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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 矿山地质灾害研究进展1

1.2.1 露天矿山边坡稳定性研究1

1.2.2 开采沉陷研究3

1.2.3 露天与井工联合开采的边坡稳定性研究5

1.2.4 井下地质灾害研究6

1.2.5 采矿对水环境的影响11

1.2.6 煤矸石对环境的影响12

1.3 城市地质灾害研究现状13

1.3.1 城市地质灾害的主要类型及危害13

1.3.2 地质灾害评估体系的研究14

1.4 矿山城市危机与转型16

1.4.1 矿山城市所面临的问题16

1.4.2 矿山城市的资源枯竭危机和转机17

1.4.3 矿山城市的再生问题17

1.4.4 矿山城市地质灾害研究方法18

1.5 意义18

第2章 矿区地质背景19

2.1 自然地理19

2.2 区域地质构造与地震20

2.2.1 区域地质构造背景20

2.2.2 地震21

2.2.3 抚顺矿震22

2.3 地形地貌22

2.4 地层岩性23

2.4.1 太古宇（Ar3）24

2.4.2 中生界（Mz）24

2.4.3 新生界（Kz）29

2.4.4 侵入岩31

2.5 地质构造32

2.5.1 褶皱32

2.5.2 断层32

2.5.3 节理与裂隙34

2.6 水文地质34

2.6.1 地表水系34

2.6.2 水文地质特征35

2.6.3 地下水动态特征38

2.6.4 水化学特性及侵蚀性38

2.6.5 岩（土）体透水性39

2.7 岩体风化与卸荷40

2.7.1 岩体风化特征40

2.7.2 岩体卸荷特征42

第3章 矿区地质灾害研究43

3.1 矿区井田分布及采煤概况43

3.1.1 古城子井田44

3.1.2 胜利矿和深部井田44

3.1.3 西露天矿45

3.1.4 东露天矿45

3.1.5 老虎台矿45

3.1.6 龙凤矿46

3.1.7 泰和矿46

3.2 地质灾害形成背景46

3.2.1 地质构造背景复杂46

3.2.2 人类工程活动频繁47

3.2.3 城区煤田混而为一47

3.3 地质灾害类型及时空分布特征47

3.3.1 滑坡和泥石流47

3.3.2 地表变形49

3.3.3 地裂缝52

3.3.4 采煤沉陷与地面塌陷55

3.3.5 矿井灾害59

3.3.6 排土场排弃物污染63

3.4 地质灾害致灾机理分析65

3.4.1 采空区致灾机理65

3.4.2 断层活化致灾机理66

3.5 地质灾害成因分析67

3.5.1 边坡滑坡成因67

3.5.2 地面变形成因70

3.5.3 地面沉陷成因73

3.5.4 地裂缝成因75

3.5.5 地面塌陷成因77

3.5.6 煤田矿震成因78

第4章 矿区深层地质结构研究80

4.1 地质演化简史80

4.1.1 太古宙阶段（2500Ma前）80

4.1.2 元古宙阶段（2500～542Ma）80

4.1.3 古生代阶段（542～251Ma）80

4.1.4 中生代阶段（251～66Ma）80

4.1.5 新生代阶段（66Ma至今）81

4.2 煤系地层形成85

4.3 矿区地质结构类型划分87

4.3.1 峡谷型地质结构类型88

4.3.2 深埋插入倾伏型地质结构类型89

4.3.3 不受F1和F1A控制的峡谷型地质结构类型90

4.4 小结91

第5章 岩石（体）地球物理特性研究92

5.1 概述92

5.1.1 浅层人工地震法92

5.1.2 高密度电阻率法94

5.1.3 声波钻孔数字电视系统94

5.2 声波电视测试工作原理及方法95

5.2.1 全孔壁数字电视成像系统95

5.2.2 声波测试96

5.3 测试成果分析97

5.3.1 岩性分类97

5.3.2 岩体波速特性及分类99

5.3.3 钻孔岩体相对低速带划分105

5.3.4 地质构造产状分析统计106

5.3.5 岩性分层及构造带划分107

5.4 岩石（体）地球物理参数108

5.4.1 岩体完整性系数（KV）的确定与分级108

5.4.2 岩体动弹性模量计算110

5.5 小结111

第6章 矿区岩石（体）试验研究112

6.1 概述112

6.2 岩石室内试验研究113

6.2.1 室内实验概述113

6.2.2 常规实验成果113

6.2.3 软岩流变特性119

6.3 岩体力学试验122

6.3.1 试验方法简介122

6.3.2 岩体变形特性分析129

6.3.3 岩体直剪试验特性137

6.3.4 结构面直剪强度特性143

6.3.5 试验区（支洞）岩体声学特性145

6.4 工程岩体基本质量评价145

6.4.1 岩体结构分析145

6.4.2 工程岩体基本质量分级146

6.4.3 岩体渗透特征149

6.5 岩石（体）实验成果综合分析149

6.5.1 室内试验与原位试验对比分析150

6.5.2 岩石强度特性与变形特性151

6.5.3 岩体力学参数建议值151

第7章 三维地应力场研究154

7.1 概述154

7.2 地应力的组成和影响因子155

7.2.1 大陆板块边界受压及地幔热对流引起的应力场155

7.2.2 地心引力引起的应力场155

7.2.3 岩浆侵入引起的应力场155

7.2.4 地温梯度引起的应力场156

7.2.5 地表剥蚀产生的应力场156

7.3 地应力场的变化规律157

7.4 我国地应力场的区划160

7.5 抚顺矿区构造应力场分析160

7.5.1 抚顺煤田区域构造应力场分析161

7.5.2 井田范围内不同构造体系相互关系分析162

7.5.3 老虎台矿区构造应力场分析164

7.5.4 采矿区内断裂调查统计与分析166

7.5.5 老虎台矿区主要断裂构造对邻近区域应力分布的影响与分析167

7.6 老虎台矿和龙凤矿地应力测试成果168

7.6.1 测试原理及步骤168

7.6.2 测点布置和测量步骤170

7.6.3 实测资料整理与分析171

7.7 老虎台矿三维地应力场反演174

7.7.1 初始地应力场反演分析法研究174

7.7.2 初始地应力场回归分析原理176

7.7.3 初始地应力场数学模型177

7.7.4 地应力反演及成果分析180

7.8 小结184

第8章 采煤过程中矿区稳定性研究185

8.1 岩石（体）力学计算参数研究185

8.1.1 概述185

8.1.2 BP人工神经网络186

8.1.3 岩体力学参数反演条件188

8.1.4 矿区岩体力学参数反演190

8.2 数值计算和分析理论194

8.2.1 有限差分元法——FLAC3D195

8.2.2 有限元法199

8.3 深山峡谷型片区数值分析（Ⅰ型）203

8.3.1 研究内容和计算工况203

8.3.2 材料模型和参数204

8.3.3 大变形数值分析205

8.3.4 分析小结207

8.4 深埋倾斜插入型片区数值分析（Ⅱ型）207

8.4.1 研究内容、计算工况和参数207

8.4.2 U2-2剖面209

8.4.3 Y4-4剖面214

8.4.4 分析小结221

8.5 不受F1和F1A断层控制的峡谷型片区数值分析（Ⅲ型）223

8.5.1 研究内容、计算工况和参数223

8.5.2 大变形数值分析224

8.5.3 有限元数值分析229

8.5.4 分析小结232

8.6 本章小结233

8.6.1 老市政府片区233

8.6.2 榆林桥南片区234

8.6.3 天湖桥南片区234

第9章 深井安全开采控制决策系统236

9.1 概述236

9.1.1 研究现状236

9.1.2 系统组成与实施237

9.2 三维地质建模及可视化237

9.2.1 三维建模的数据结构238

9.2.2 三维界面的NURBS建模238

9.2.3 复杂地质条件煤矿矿区三维实体建模240

9.2.4 基于地质信息的三维可视化实现242

9.3 基础地质信息系统248

9.3.1 三维地应力场系统248

9.3.2 深部巷道围岩分级子系统248

9.3.3 深井突水信息系统252

9.3.4 煤与瓦斯突出信息系统254

9.3.5 冲击地压信息系统255

9.4 深井灾害风险评估与控制决策系统256

9.4.1 巷道围岩分类与支护决策系统256

9.4.2 突水预测决策系统258

9.4.3 煤与瓦斯突出决策系统259

9.4.4 冲击地压预测决策系统260

9.5 小结261

第10章 矿区地质灾害评估与对策263

10.1 老市政府区工程建设条件评价263

10.1.1 基本工程地质条件263

10.1.2 变形监测分析263

10.1.3 地质灾害危险性分级评价264

10.1.4 稳定性分析与评价266

10.1.5 工程建设条件评价266

10.2 榆林桥南区工程建设条件评价267

10.2.1 基本工程地质条件267

10.2.2 变形监测分析267

10.2.3 地质灾害危险性分级评价269

10.2.4 稳定性分析与评价269

10.2.5 工程建设条件评价270

10.3 天湖桥南区工程建设条件评价270

10.3.1 基本工程地质条件270

10.3.2 变形监测分析271

10.3.3 地质灾害危险性分级评价276

10.3.4 稳定性分析与评价276

10.3.5 工程建设条件评价277

10.4 结论与建议277

10.4.1 结论277

10.4.2 建议278

参考文献281