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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——FLAC3D 195

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