煤矿区构造控灾机理及地质环境承载能力研究
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作者： 夏玉成，孙学阳，汤伏全 著
出 版 社： 科学出版社
出版时间： 2008-8-1字数： 280000版次： 1页数： 188印刷时间： 2008/08/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787030225863包装： 平装编辑推荐
本书是对第一作者博士学位论文和国家自然科学基金项目研究成果的系统总结。 全书共分八章，以地质构造控制论为指导，以我国北方典型煤矿区采煤沉陷观测资料为依据，以相似材料模拟和计算机数值试验为手段，系统深入地分析和论证了构造介质、构造形态、构造界面、构造应力以及地下水对采煤沉陷的控制作用及其机理。
本书可作为地质工程、采矿工程、矿山测量、环境科学、环境工程等专业高年级学生和研究生的选修课教材，也可供相关专业工程技术人员参考。
内容简介
本书是作者近年来从事煤矿区构造控灾理论研究的最新成果。全书共分八章，以地质构造控制论为指导，以我国北方典型煤矿区采煤沉陷观测资料为依据，以相似材料模拟和计算机数值试验为手段，系统深入地分析和论证了构造介质（煤层覆岩）、构造形态（单斜与褶皱）、构造界面（节理与断层）、构造应力以及地下水对采煤沉陷的控制作用及其机理。建立了全新的煤矿区构造控灾理论体系；在此基础上，总结了煤矿区地质环境承载能力评价预测理论和方法。本书基础资料数据翔实、试验结果真实可靠。
本书可作为地质工程、采矿工程、矿山测量、环境科学、环境工程等专业高年级学生和研究生的选修课教材，也可供相关专业工程技术人员参考。
目录
前言
第一章 绪论
1.1 煤矿区地质环境承载能力的相关概念与研究意义
1.2 煤矿区地质环境承载能力的影响因素与研究重点
1.3 采煤沉陷及其相关领域的国内外研究现状与趋势
1.3.1 矿产工业正在积极应对可持续发展提出的挑战
1.3.2 建设“绿色矿区”是矿业可持续发展的必然选择
1.3.3 研究采煤沉陷控制机理是建设“绿色矿区”的关键
1.3.4 地质环境承载能力研究将得到进一步加强
第二章 煤矿区地表环境灾害及其影响因素概述
2.1 采煤沉陷对生态环境的危害
2.1.1 破坏宝贵的土地资源
2.1.2 破坏水资源且加剧水土流失
2.1.3 造成地表土壤退化
2.1.4 破坏地表建（构）筑物
2.1.5 诱发次生地质灾害
2.2 地下开采对地质环境的扰动
2.2.1 开采深度
2.2.2 开采厚度与采空区面积
2.2.3 顶板管理与采煤方法
2.2.4 开采速度
2.2.5 重复采动
2.3 地质环境固有的抗扰动能力
2.3.1 构造介质
2.3.2 构造形态
2.3.3 构造界面
2.3.4 构造应力
2.3.5 地下水
第三章 构造介质对采煤沉陷的控制
3.1 煤矿区构造介质的地质-力学特征
3.1.1 沉积岩的地质特征及其对力学性质的影响
3.1.2 煤矿区常见构造介质的工程地质类型
3.1.3 构造介质的三个要素
3.2 不同构造介质采煤沉陷典型实例
3.2.1 铜川某煤矿508工作面
3.2.2 铜川某煤矿291工作面
3.2.3 神府51101工作面和铜川905工作面
3.3 覆岩综合硬度与采煤沉陷的关系
3.3.1 覆岩类型划分
3.3.2 相似材料模拟
3.3.3 数值试验研究
3.4 松散层比例与采煤沉陷的关系
3.4.1 常见松散层及其力学性质
3.4.2 数值试验研究
3.5 关键层位置与采煤沉陷的关系
3.5.1 关键层及其特征
3.5.2 数值试验研究
3.6 构造介质对采煤沉陷的控制作用
3.7 构造介质对采煤沉陷的控制机理
3.7.1 岩石的变形破坏机理
3.7.2 岩体破坏机制与本构关系
3.7.3 覆岩综合硬度和关键层的作用
第四章 构造形态对采煤沉陷的控制
4.1 单斜构造与采煤沉陷
4.1.1 倾角分类
4.1.2 建模与试验方法
4.1.3 模拟开采试验
4.1.4 试验结果对比
4.2 褶皱构造与采煤沉陷
4.2.1 试验模型与边界条件
4.2.2 模拟开采试验
4.2.3 试验结果对比
4.3 构造形态对采煤沉陷的控制作用
4.3.1 单斜构造对采煤沉陷的控制作用
4.3.2 褶皱构造对采煤沉陷的控制作用
4.4 构造形态对采煤沉陷的控制机理
4.4.1 单斜构造对采煤沉陷的控制机理
4.4.2 褶皱构造对采煤沉陷的控制机理
第五章 构造界面对采煤沉陷的控制
5.1 煤层覆岩中的构造界面及其特点
5.2 块裂介质采煤沉陷的典型实例
5.2.1 河南云盖山井田
5.2.2 徐州董庄井田
5.3 节理与采煤沉陷的关系
5.3.1 节理倾角与采煤沉陷
5.3.2 节理发育程度与采煤沉陷
5.4 断层与采煤沉陷的关系
5.4.1 隐伏断层下采煤引起的地表沉陷
5.4.2 断层产状及组合形式与采煤沉陷
5.5 构造界面对采煤沉陷的控制作用
5.5.1 节理对采煤沉陷的控制作用
5.5.2 断层对采煤沉陷的控制作用
5.6 构造界面对采煤沉陷的控制机理
5.6.1 构造界面的力学性质
5.6.2 构造界面的力学模型和破坏准则
5.6.3 节理对采煤沉陷的控制机理
5.6.4 断层对采煤沉陷的控制机理
第六章 构造应力对采煤沉陷的控制
6.1 煤矿区原岩构造应力基本状态
6.1.1 地应力与构造应力
6.1.2 大地构造背景与构造应力概况
6.1.3 煤矿区原岩构造应力场的一般特点
6.2 构造应力影响采煤沉陷的典型实例
6.2.1 陶庄井田
6.2.2 台吉井田
6.3 构造应力与采煤沉陷关系的实验研究
6.3.1 相似材料模拟实验装置
6.3.2 相似材料模拟实验结果
6.3.3 数值试验软件与建模
6.3.4 数值试验结果
6.4 构造应力对采煤沉陷的控制作用
6.5 构造应力对采煤沉陷的控制机理
6.5.1 煤层覆岩单元体平衡理论分析
6.5.2 煤层覆岩弯曲变形理论分析
6.5.3 构造应力与其他因素的关系分析
第七章 煤层覆岩与地下水在采煤沉陷中的互馈效应
7.1 煤矿区地下水系统的特点
7.2 地下水对覆岩抗扰动能力的影响
7.2.1 对岩体力学性质及应力状态的影响
7.2.2 地下水对采煤沉陷影响的数值试验
7.3 覆岩破坏对地下水系统的影响
7.3.1 地下水向煤矿采空区渗流的机理
7.3.2 采煤沉陷对地下水系统的改造效应
7.4 固液耦合采煤沉陷模拟实验
7.4.1 实验目的
7.4.2 实验设备及材料
7.4.3 实验过程及现象
7.4.4 实验结果分析
7.5 主要结论
第八章 煤矿区地质环境承载能力评价方法与实例
8.1 评价指标体系
8.2 评价分级标准
8.2.1 建筑物损坏等级
8.2.2 土地损害等级
8.2.3 地质环境承载能力等级
8.3 评价方法及主要工作流程
8.3.1 煤矿区原岩构造应力状态的确定方法
8.3.2 地质环境承载能力评价工作流程
8.3.3 地质环境本身抗扰动能力量化评价方法
8.4 煤矿区构造应力状态分析实例
8.4.1 研究区地质概况
8.4.2 区域古构造应力、应变场演化历史分析
8.4.3 现今区域构造应力、应变场的GPS测量
8.4.4 井田构造反映的构造应力场特征
8.5 建筑物下允许开采强度预测实例
8.5.1 地质与开采条件
8.5.2 计算机数值试验模型
8.5.3 计算机数值试验结果
8.5.4 安全开采尺寸预计
8.5.5 预计结果验证
8.6 地质环境承载能力评价实例
8.6.1 评价区地质概况
8.6.2 区域构造动力学背景
8.6.3 矿区构造样式
8.6.4 地质环境承载能力评价
参考文献
书摘插图
第一章 绪 论
煤炭是我国第一大能源，2007年原煤产量达到25.23亿t。由于煤炭开采规模巨大，且绝大部分煤矿开采埋藏在人类生产、生活区之下的煤炭资源，所以煤炭开采对矿区土地资源的破坏较其他矿产开采更为严重，对矿区生态环境的损害已经到了触目惊心的地步。但在我国目前的经济条件下，不可能为了保护环境而停止煤炭开采活动，同时也绝不能以牺牲环境为代价获取资源。虽然煤炭资源的井工开采引起了煤矿区地质环境的恶化，但不能由此得出“只要开采煤炭就必然破坏环境”的推论。从地质学的角度看，煤矿区特定的地质、水文条件和土地利用类型决定了该煤矿区地质环境的承载能力。只要在开采之前，预先评估煤矿区地质环境可以承受的损害程度，把开采强度限制在煤矿区地质环境承载能力之内，就有可能实现采动损害最小化，达到既合理开发利用煤炭资源，又能将开采对环境的损害减到最小的目标。
1.1 煤矿区地质环境承载能力的相关概念与研究意义
环境通常指环绕人类社会的自然界，主要由岩石圈、水圈、大气圈和生物圈等组成，包括作为生产资料和劳动对象的各种自然条件，形成于漫长的地球历史演化过程，并处于不断的变化之中。地质环境属于自然环境的一部分，指的是岩石圈中与人类社会有特殊联系，且与水圈、大气圈、生物圈密切相关的地球表层。煤矿区地质环境主要是指煤炭资源赋存、开采区域地表附近的岩土体、水体及其稳定性。
地质环境是在漫长的地质演化过程中，由于各种内、外地质动力作用而形成的。从地质时间尺度来看，地质环境本身的变化是永恒的。但相对于人类活动来说，这种变化就显得极为缓慢，往往要经过上万年甚至几百万年才能表现出来。因此，在考查人类工程活动（采动）对地质环境的影响时，可以认为地质环境自身是稳定不变的。
人类工程活动是对地质环境影响速度最快，影响结果最显而易见的另一种地质作用，称为人为（或人类）地质作用。在矿区建设和矿产资源开发过程中，人为地质作用可以在一定程度上改造恶劣的自然环境，甚至形成某些“沙漠中的绿洲”；另一方面，如果地下采掘工程对地质环境产生的扰动打破地质环境原有的平衡状态，便产生地表裂缝、塌陷以及水资源流失等地质环境灾害。
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