煤礦塌陷區工程地質問題
㈠ 地面塌陷勘查中解決的主要地質問題
4.2.1勘查的基本要求
4.2.1.1查明塌陷區自然地理條件及地質環境
（1）氣象要素：多年平均降雨量、月降雨量分配及雨季降雨量特徵，一次最大降雨量及暴雨特徵等；
（2）水文要素：地表溪河年總徑流量及其分配，平均流量及最大流量，洪、枯、平水期水位高程和變幅；
（3）地質環境要素
a.地形和地貌類型的特徵和分布；
b.地層岩性和地質構造，第四系沉積物的成因類型、沉積層序和岩性結構及其分布；可溶岩的層位、岩性、結構、產狀及其與非可溶岩的接觸關系，劃分岩溶層組類型；基岩面的起伏形態。隱伏的溶溝、溶槽、窪地、漏斗、槽谷等岩溶形態的分布與特徵；斷裂破碎帶的產狀、規模、構造岩結構特徵與膠結程度；土洞的發育和分布特徵。塌陷區場地地震裂度、震害特徵等；
c.含水層類型、特徵及分布，地下水流場特徵，地下水的出露條件及其流量與水位動態特徵，含水層之間及與附近地表水體的水力聯系。
4.2.1.2查明塌陷發育史、發育現狀及其形成條件
（1）古、老塌陷及有關現象的遺跡；
（2）塌陷的形態特徵與分布范圍；
（3）塌陷區地質結構特徵與水動力條件，可溶岩的岩溶層組類型與岩溶發育程度，第四系覆蓋層的岩性結構與厚度，各類土的工程地質性狀、水化學性質及其空間變化規律，地下水類型與埋深及其動態特徵等。
4.2.1.3確定塌陷發育的動力因素，研究其動態特徵及其與塌陷的相關關系，研究塌陷的變形破壞機制
4.2.1.4評價塌陷區的穩定性，預測其發展趨勢，確定塌陷的危害性
4.2.1.5若為黃土塌陷，應查明黃土的工程地質特徵及水理性質
4.2.2地球物理勘查解決的主要地質問題
（1）第四系覆蓋層的岩性、厚度及分布，古河道、埋藏窪地、漏斗、槽谷的分布范圍；
（2）查明基岩埋深及基岩面的起伏形態；
（3）查明隱伏斷裂的產狀、規模及破碎帶特徵；
（4）查明采空區、土洞、岩溶洞隙、地下河管道及岩溶發育帶的埋藏條件、形態規模、空間分布和充填特徵；
（5）查明岩土松動帶的分布范圍、岩性的完整性及彈性力學參數；
（6）查明地下水的流向及流速。
㈡ 岩溶地區的主要工程地質問題是什麼及其研究意義.
主要工程地質問題有三類：滲漏問題；地基穩定性問題；地下洞室版穩定和突然涌水、涌泥問題權。
研究意義：岩溶地區有許多可以利用的有利條件，如地下蘊藏豐富的喀斯特水資源；地下洞穴中富集石油、天然氣、砂礦及礦泉資源；各種奇特的地貌現象常是很好的旅遊資源；喀斯特洞穴曾是人類祖先的棲居地，蘊藏著寶貴的考古資源。但是，岩溶也帶來許多問題，如喀斯特山區耕地少、地表水少，窪地易積水成災；采礦、地下開挖工程會遇到喀斯特涌水；地面工程建設中會遇到工程地基的地面塌陷、水庫漏水和喀斯特氣爆水庫地震、壩基溶蝕引起潰壩等，這對工農業建設是不利因素。總之，對岩溶地區工程地質研究有利於人們合理開發利用自然資源、盡量保證工程安全等。
㈢ 礦山環境地質問題一般區（Ⅲ）
Ⅲ-01：西藏尼瑪—申扎地區礦山以佔用破壞土地為主的一般區
該區面積27000km2，區內采砂金、銅礦為主，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地與環境污染。
Ⅲ-02：西藏日喀則—山南地區以地面塌陷、佔用破壞土地為主的一般區
該區面積9062km2，區內分布有14個礦山企業，以小型為主，主要開采砂金、銅、鉻鐵、銻、地熱水、石材等。砂金礦目前經整頓停產，小型鉻鐵礦、銅礦、銻礦開采易誘發地面塌陷、地裂縫等礦山環境地質問題，礦業活動佔用破壞土地面積大，羊八井地熱開采易引起地面沉降，但沉降量較小，據監測羊八井地熱開采幾十年來引起的地面累計沉降量僅有幾毫米。
Ⅲ-03：川西高原寶興—汶川地區以草原破壞為主的一般區
該區面積8016km2，區內開采礦產有石灰岩、磷礦、鉛鋅礦。礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地。
Ⅲ-04：川西甘洛—樂山地區以滑坡、佔用破壞土地為主的一般區
該區面積4500km2，區內以采鉛鋅礦、石灰石、煤礦為主，主要礦山環境地質問題是滑坡、佔用破壞土地和環境污染。
Ⅲ-05：川西木里—石棉地區以滑坡、地面塌陷、佔用破壞土地為主的一般區
該區面積7312km2，主要開采銅礦、金礦、石棉、鉛鋅礦、花崗石，礦山環境地質問題主要是滑坡、地面塌陷、佔用破壞土地。
Ⅲ-06：川西寧南—雷波地區以滑坡、佔用破壞土地為主的一般區
該區面積3000km2，主要開采鉛、鋅、石灰石，礦山環境地質問題主要是滑坡、佔用破壞土地、環境污染。
Ⅲ-07：四川廣安—鄰水地區以滑坡、煤矸石自燃、環境污染和佔用破壞地為主的一般區
該區面積797km2，區內主要開採煤、頁岩、石灰岩，礦山環境地質問題主要是滑坡、煤矸石自燃、佔用破壞土地、環境污染。
Ⅲ-08：重慶開縣—巫溪地區以佔用破壞土地、環境污染為主的一般區
該區面積937km2，主要開採煤、石灰岩，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地、環境污染。
Ⅲ-09：重慶梁平—墊江地區以佔用破壞土地、環境污染為主的一般區
該區面積1041km2，主要開採煤礦、石灰岩、磚瓦頁岩，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地、粉塵造成的大氣污染。
Ⅲ-10：貴州普定—黔西地區以地面塌陷、佔用破壞土地、環境污染為主的一般區
該區面積2750km2，主要開採煤、硫鐵礦、金礦、石灰岩，礦山環境地質問題主要為地面塌陷、佔用破壞土地、環境污染。
Ⅲ-11：貴州麻江—雷山地區礦山以滑坡、佔用破壞土地為主的一般區
該區面積3825km2，主要開採煤礦、鋁土礦、鋅礦、石灰岩，礦山環境地質主要是滑坡、佔用破壞土地。
Ⅲ-12：貴州益縣—興義地區以崩塌、地面塌陷、佔用破壞土地、環境污染為主的一般區
該區面積1125km2，主要開採煤礦、金礦，礦山環境地質問題主要是崩塌、地面塌陷、佔用破壞土地、污染環境等。
Ⅲ-13：雲南武定—東川地區以佔用破壞土地、泥石流、環境污染為主的一般區
該區面積2500km2，主要開采銅礦、鉛鋅礦、鈦砂礦、石英砂礦，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地、泥石流、環境污染等。
Ⅲ-14：雲南文山—開遠以佔用破壞土地、環境污染為主的一般區
該區面積2868km2，主要開采錳礦、鋅礦、粘土和石灰石，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地、污染水系等。
Ⅲ-15：雲南維西地區以佔用破壞土地為主的一般區
該區面積1406km2，主要開采銅礦、煤礦、建築用砂，礦山環境地質問題主要是佔用破壞土地、沙化和滑坡等。
㈣ 煤礦采空區地面沉降、塌陷的機理
隨著地下開采工作面的推移，上覆岩層內部的原始應力平衡狀態受到破壞，岩層內部的應力重新分布以達到新的平衡。采場頂板的變形過程與上覆岩層的變形過程是不同的，即采場的頂板岩層變形、層面開裂、彎曲、離層，達到極限垮距開始斷裂、垮落，形成初次垮落乃至周期性垮落過程。在非充分采動過程中，采場上覆岩層表現出垮落、斷裂、離層、移動和變形等特徵，形成四個帶，即垮落帶、斷裂帶、離層帶和整體彎曲下沉帶。在充分采動後，上覆岩層形成三個帶即垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶，最終表現為地表大范圍的下沉。現以三號井田采空區為例，分析地面沉降塌陷的發育程度與采厚、采深、地層岩性及采空區的幾何尺寸等要素的關系，而且研究發育過程與回採的時間關系，進行機理分析。
(1)岩層破壞與地面變形的幾個階段
目前關於采空區岩層破壞與地表變形的機理研究有多種假說和理論模型，如拱形冒落理論、懸臂梁冒落理論、岩塊碎脹充填理論、冒落岩塊鉸接理論、砌體梁理論等。將這些理論加以整合，可以把大峪溝煤礦長臂開采造成的頂板岩層破壞分為以下三個階段，我們將之稱為「空腔理論」。
第一階段發生在回採的初期，采空區長寬尺寸較小(小於1/4～1/3采深時)，頂板上覆岩層的破壞形式分為三個帶(圖3.30)，即冒落帶、斷裂帶和彎曲帶。冒落帶位於坑道的頂部，是工作面放頂後引起頂板岩層斷裂破壞並垮落的范圍。由於直接頂板的冒落，間接頂板底部所受的向下拉張力有所減小，其破壞形式不再是破碎垮落，而是以切層、離層的方式向地下臨空區位移變形，形成一個裂隙眾多的變形區，稱為斷裂帶，該帶也是拱形冒落理論所講的平衡拱所在的部位。其中岩塊雖然斷裂，但彼此之間相互咬合呈鉸接狀態的整體，支撐上覆岩層。斷裂帶頂界至地表的岩體范圍為彎曲帶。彎曲帶內裂隙發育程度不如斷裂帶，主要以向下的彎曲變形為主，所以又稱為整體移動帶。斷裂帶和彎曲帶向下彎曲的應變與兩端支撐的梁的受力變形相似，彎曲變形的范圍和垂直位移的分布直接關繫到地面沉降的范圍和下沉值。需要注意的是，冒落帶岩石垮落到下方坑道時，破碎的岩塊會彼此支撐，形成大量空隙，總體積會比垮落前的原岩增大許多，即出現碎脹現象。若煤層薄，采厚較小，碎脹的岩石有可能將冒落帶和坑道全部充滿，此時，可對斷裂帶的底部施以一定的支撐作用，減少斷裂帶和彎曲帶的變形量。進而減少地面的沉降幅度。
圖3.30 第一階段覆岩破壞示意圖
在此階段，地面變形主要以沉降為主，能否出現地裂縫取決於地表微地形和淺表岩土的岩性、受力情況，但總變形量較小，一般不會影響土地的正常耕種和房屋的安全性。
第二個階段是第一個階段的繼續發展。采空區范圍進一步擴大，冒落帶的頂面會不斷向上移動，帶寬加大，進而使斷裂帶接近或達到地面(圖3.31)，彎曲帶消失。這個階段，間接頂板的變形如同梁受力彎曲的極限狀態，斷裂帶不僅裂縫發育，而且彎曲的下移量也急劇增大。在煤層較薄采厚較小的情況下，地下空間會被垮落岩塊充滿並對斷裂帶有一定支撐作用，但是，當采厚較大時，碎脹的岩塊不足以填滿冒落帶和坑道時，斷裂帶與充填物之間則脫節，形成空腔，上覆地層的自重完全由斷裂帶承受。此時，地面發生劇烈下沉，大量地裂縫的產生、錯動，可形成明顯的沉降塌陷槽地。
圖3.31 第二階段覆岩破壞示意圖
第三階段是采空區頂板變形最嚴重的階段，它是第二階段進一步發展的結果。隨著采空區范圍進一步擴大，長度和寬度值大於采深，采空區中心距四周邊界(非采空區)超過某一臨界值時，中心點上方的岩層將全部折斷、垮落，形成冒落帶(圖3.32)。由於冒落帶已發育到地面，地面會出現最為嚴重的塌陷變形。而在近邊界(小於臨界值)地段，仍可保留斷裂帶，其受力狀況如同懸臂梁。與之對應，地面變形與第二階段相同。
圖3.32 第二階段覆岩破壞示意圖
上述三個階段是針對采空區不斷擴大的條件下，中心點的變形而言的，除此之外，在邊界外側的一定范圍內，不同發展階段也存在變形不斷發展的過程(圖3.33)，W1、W2、W3、W4為不同階段地表變形值。
對於一個特定礦區而言，是否會出現上述三個階段，出現的地點在什麼地方，何時出現，這些問題的解答都需要從開采深度(采深)、采厚、采空區擴大的時間過程以及岩層的力學性質等多個方面綜合分析，理想條件下的理論計算或單因子的研究往往是難以真實地反映實際情況。因此，在實際工作中，建立在定性分析基礎上的綜合經驗判據和半經驗公式仍是一種廣泛採用的辦法。
圖3.33 地表移動發展過程
(2)充分采動和非充分采動
為了便於定性和定量分析，目前常用到充分采動和非充分采動這兩個概念。充分采動是指地下礦層采出後地表下沉值達到該地質采礦條件下應有的最大值，此時的采動狀態稱為充分采動。此後，開采工作面繼續擴大，地表的影響范圍也相應擴大，但地表最大下沉值卻不再增加，地表移動盆地將出現平底。通常把地表移動盆地內只有一個點的下沉達到最大下沉值的采動狀態稱為剛好達到充分采動，此時的開采稱為臨界開采。非充分采動是指采空區尺寸(長度和寬度)小於該地質采礦條件下的臨界開采尺寸時，地表最大下沉值未達到該地質采礦條件下應有的最大下沉值。此時地表的移動盆地呈碗形。工作面在一個方向(走向或傾向)達到臨界開采尺寸而另一個方向未達到臨界開采尺寸時，也屬非充分采動，此時的地表移動盆地呈槽形(鄒友峰等，2003)。
結合前文的論述，所謂充分采動包括兩種情況:①坑道頂板全部垮落，冒落帶發育到地面。相當於第三階段采空區中心點所出現的情形;②坑道頂部的上覆岩層未全部垮落，仍存在斷裂帶或斷裂帶彎曲帶同時存在，只是由於碎脹的岩石充滿地下空間並對斷裂帶底部有支撐作用，冒落帶不再向上發育。這種情況可出現在采厚較小的第一、第二階段和第三階段采空區周邊地區。
充分采動區的最大特點是地表下沉變形量達到該地段各種自然和采動活動所能引發的最大值。一旦達到該值，即使采空區繼續擴大，邊界外移，已破壞或未破壞的上覆地層不再變形，地面變形也會終止，呈穩定狀態。
非充分采動主要發生在冒落岩塊堆積體與斷裂帶之間存在空腔的情況下。在采厚較大且斷裂帶中岩塊鉸接，能夠承載上覆岩層自重或上覆岩層中存在有承載力較大的「關鍵層」時，上覆岩層的形變可以暫時停止，此後進一步擴大采空區或受到震動變形活動還可以繼續發生，直到形成充分采動為止。所以，非充分采動在上述第一、第二階段和第三階段采空區周邊十分常見。
(3)地面變形的時間特徵(采空區地面形變的穩定過程)
由非充分采動向充分采動的轉化過程，實質上是冒落帶厚度不斷增大，岩石碎脹量增多，體積放大，逐漸填充地下空腔的堆積過程。伴隨這一過程的上覆岩層形變，是導致地面沉降、塌陷的主要原因。岩層形變過程的暫時停止或最終結束，地面也會在滯後一段時間後，達到暫時穩定或最終穩定。根據大量的監測、統計資料以及3.3中大峪溝煤礦采空區的計算結果，都證明了這一點，就是地面變形大體可分為兩個時期:
第一個時期是非充分采動時期，是地面變形出現到劇烈發生的主要期間，下沉速度和裂縫錯動速度最快;此期下沉量占該地段最大下沉量的90%以上(圖3.34)。
圖3.34 井田二1煤不同采空尺寸下地表最大下沉量曲線圖(以1112號孔為例)
在地層結構相似的河南礦區，如焦作、鶴壁、平頂山、義馬大型煤礦下沉速率最大者為84mm/d，最小者為1.60mm/d，劇烈下沉期約在42～285天之間(表3.7)。
第二個時期是充分采動時期，該時期的主要特點是下沉速率減小，變形以沉降為主，相當於整個采動過程的尾端———殘余變形階段。由圖3.34可以看出，當進入充分采動狀態之前，即n1×n2<1時，地面累計下沉值是采空區幾何尺寸比n1×n2的函數，n1×n2值越大累計下沉值也越大，但下沉值的增量卻逐漸減小(累計下沉曲線的斜率趨於平緩)。一旦進入充分采動狀態即n1×n2=1，累計下沉曲線的斜率達最小值，Wm/W0接近於1，說明采空區的變形即將結束。上述分析僅僅是半經驗公式所表述的過程，事實上，進入充分采動階段，地面變形不會立刻終止。地下岩層變形的延遲效應及其傳遞到地面，需要一段時間。根據表3.3河南省各大煤礦監測統計結果，這一時期的時間長度約在1年至1年半。
㈤ 岩溶地區的主要工程地質問題是什麼
主要工程地質問題有三類：滲漏問題；地基穩定性問題；地下洞室穩定和突然涌專水、涌泥問題。
研究屬意義：岩溶地區有許多可以利用的有利條件，如地下蘊藏豐富的喀斯特水資源；地下洞穴中富集石油、天然氣、砂礦及礦泉資源；各種奇特的地貌現象常是很好的旅遊資源；喀斯特洞穴曾是人類祖先的棲居地，蘊藏著寶貴的考古資源。但是，岩溶也帶來許多問題，如喀斯特山區耕地少、地表水少，窪地易積水成災；采礦、地下開挖工程會遇到喀斯特涌水；地面工程建設中會遇到工程地基的地面塌陷、水庫漏水和喀斯特氣爆水庫地震、壩基溶蝕引起潰壩等，這對工農業建設是不利因素。總之，對岩溶地區工程地質研究有利於人們合理開發利用自然資源、盡量保證工程安全等。
㈥ 煤礦采空區沉陷研究方法
目前，對於開采沉陷評價的研究主要可以分為兩大類:經驗分析方法和理論分析方法。經驗分析方法的特徵是繞開岩體的變形機理，從地表移動現象觀測入手，直接將地表沉陷與地質采礦因素聯系起來，在大量的地表觀測資料基礎上進行統計分析，得到描述岩層與地表移動變形的統計方法。這種方法具有代表性的是概率積分法、典型曲線法和剖面函數法等。概率積分法是已經成為較成熟的、在我國應用最為廣泛的一種研究方法。目前在《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中已經把概率積分法列為主要的開采沉陷計算方法。但由於岩體本身以及受采動岩體移動規律的復雜性影響，即煤礦開采導致的岩層移動現象是非線性的，其失穩表現為具有平穩隨機過程，而且是多解的;當煤礦開采導致岩層失穩時，系統原有的穩定性遭到破壞，宏觀狀態具有異常漲落的特點，屬於非平穩的隨機過程，這時試圖直接刻畫諸點之間的動力學相互作用，把握瞬間系統內部變化的所有細節與遍歷的狀態之間的關系，幾乎是不可實現的。而且作為復雜性系統的一種獨特行為，失穩的發生受多因素的相互作用的影響，因素之間的相干效應以及原有影響因素以外的某一隨機因素干擾的異軍突起，都有可能產生微妙的變化，經過放大，決定著系統突變最終狀態的走向，從而使系統演化問題具有多解性和難以預測性。所以這種方法所用的理論模型很難全面准確地反映岩層和地表移動的規律，不得不進行某種簡化，即不再追求其內部細節的動力學過程，僅僅刻畫系統的狀態、行為、特徵的動力學變化。因而在預測大傾角煤層的沉陷時，准確度不高。在有些條件下該方法的預測結果甚至與實測結果相差很大。
理論分析法分為兩種:一種是力學研究方法，另一種是數值分析方法。①力學研究方法:上覆岩層的結構問題以及該結構以什麼樣的形式存在，一直是采礦工作者關注的問題。在研究這個問題的過程中，提出了許多結構假說及理論模型，這些都推動了人們對采場上覆岩層運動規律的認識(鄒友峰等，2003)。礦井塌陷的機理是百餘年來許多礦業發達國家致力研究的重要理論問題和實際問題，但由於現場觀察和測量的困難，再加上礦層和覆岩的成分、結構、構造和物理力學性質變化多端，礦層壓力的變化和岩層的移動狀況難於詳細觀測，因而至今尚未形成通用公認的礦山塌陷理論。現今運用較多的理論主要有:俄羅斯的M.M.普羅托吉亞科夫於1907年根據結構力學中的壓力曲線理論提出的拱形冒落論和德國人哈元和吉列策爾於1928年補充說明了拱形冒落的假說提出的壓力拱假說;由德國的舒爾茨和斯托克提出的懸臂梁 (板)冒落論和冒落岩塊碎脹充填論(紀萬斌等，1998)。我國學者(錢鳴高院士、李鴻昌等)發展了冒落岩塊鉸接論，提出的砌體梁平衡說及20世紀80年代後期提出的采場薄板礦壓理論(賈喜榮，1997); 謝和平等(2003)提出的礦山岩體損傷力學方法，開拓了「礦山岩體力學研究與應用」新領域研究。②數值分析方法(鄒友峰等，2003)是利用力學原理，通過假設、簡化將岩體抽象為一定的力學模型，在此基礎上建立岩體的基本微分方程，然後根據給定的邊界條件，求解微分方程，得到各種問題的應力、應變、位移等未知量。這種方法因其能夠考慮岩體的固有屬性，適應不同特徵的岩體采動沉陷問題，在一定程度上較有效地反映出采動岩體的破壞狀態，應用較廣泛，也是目前解決岩體復雜條件下開采沉陷問題的常用計算方法。它包括有限元法、邊界元法、離散單元法、拉格朗日元法、非連續變形分析等方法。
采空區地表穩定性評價方法都是建立在開采沉陷預測評價研究方法基礎上，與評價對象穩定性評價相結合的綜合方法。常用采空區地表穩定性評價方法很多，如《工程地質手冊》通過力學平衡的分析方法，得出了臨界深度的計算公式，用來評價采空區場地建築的適宜性。概率分析法通過中國開采沉陷研究學者的補充和完善，已經成為采空區穩定性評價方法中使用最廣泛的一種。
但是目前的研究中仍然存在諸多的不足之處，例如:①對於時間過程的刻畫，現有的研究仍是一種靜態的分析，僅是對於采空區地面沉陷某一狀態的分析與評價，但采空區覆岩破壞與地面沉陷是一個復雜的隨時間和空間變化的四維問題，是空間和時間的連續函數，所以對於采空區地面沉陷的機理研究仍有許多未解決的問題;②由於煤礦山煤層厚度、埋藏深度、上覆岩層的力學性質和厚度不一，地表地形變化大，地面沉陷特徵在空間上分布也不相同，但目前的研究多將各參數概化為均一的，無法體現開采沉陷規律在空間上的變化;③對於空間結構的刻畫，由於煤礦山地質條件復雜多變，而且大多數煤礦山地面變形監測數據不完整，尤其是中小型煤礦山根本沒有地面變形的監測，無論是經驗分析方法還是理論分析方法，都在實踐中存在很大的局限性。因此，在實際生產中，實用便捷的開采沉陷評價方法的研究，顯得十分迫切。
所以，本研究擬以煤礦山的生產時間為線索，從煤礦山開采沉陷的時空發展規律出發，綜合分析關於采空區岩層移動與地表變形機理研究已有的假說和理論模型，對煤礦山開采沉陷機理進行分析;針對大峪溝煤礦，對貫穿於煤礦山生產全過程的開采沉陷時空評價方法進行研究，包括開采沉陷風險評估方法、已采空區沉陷現狀與地面穩定性評價方法;並根據風險評估、現狀評價和穩定性評價結果，提出煤礦山開采沉陷的防治對策。具體研究思路如圖3.1所示。
圖3.1 研究思路框圖
㈦ 礦山地質工程問題及工程地質條件
礦山地質工程研究的主要任務是對礦山建設中將要遇到的地質工程問題和工程地質條件進行預報，這項工作是非常重要的。這項工作做好了，不僅可為國家節省大量資金，且可加快礦山建設速度。礦山建設中經常遇到的地質工程問題有：①露天礦邊坡穩定性問題；②井巷及采場圍岩穩定性問題。
控制上列地質工程問題的關鍵性工程地質條件有四項：①軟弱、破碎岩體及軟弱夾層；②軟弱結構面，包括斷層帶、層間錯動帶及貫通較長的大節理；③地下水；④地應力。這四項工程地質條件是控制上列礦山地質工程問題的關鍵，在礦山地質工程研究中必須查明。
地質因素是有規律的，工程地質條件是可以查清和作出預報的，我國礦山建設中有許多成功的實例，淮南煤礦成功地強行通過潘集三井下部含水層便是一例，潘集礦區位於淮河中游，沖積層厚139～463m，含有孔隙水，屬於水下採煤，涌水、突水是該礦基建中遇到的大問題。調查報告提出可能遇到17個含水層，需做5次注漿處理，需耗費工期9個月，投資246.28萬元。淮南指揮部地質測量處在施工過程中不斷總結經驗，找出地質規律，修正原地質勘察資料，在施工過程中不斷作出預報，保證順利地完成了建井任務。他們對礦井出水點進行了統計分析，發現該地區基岩裂隙水主要從NWW及NNE組裂隙及斷裂中湧出。前者為淋水，水量不大，時間長；後者為突水方式出現，出水集中，而時間短。基岩裂隙水主要通道是區域性活動斷裂，裂隙水具有垂直分帶規律，它與岩層中的砂岩密切有關。測量結果分析表明，裂隙水的補給源是有限的。因為該地區煤系地層均上覆有較厚的新生界鬆散蓋層。其中有較厚的粘土層分布，特別是底部有一層較厚的粘土層將上層水隔開，下部煤系中斷裂不發育，且有粘土層分隔，水力聯系差，突水條件極小，且在其附近的潘集一主井在323m處發生突水，開始時漏水量為151m3/h，突水點集中在井筒9m段內。第二天減為99m3/h，三五天減為74t，64t，48t。停工17d就復工了。據此判斷，三井不會產生嚴重突水，故決定不進行注漿止水，而做好准備採取強行通過。結果表明，施工工程地質預報是正確的，共節約注漿費326.49萬元，提前工期兩個月，超進尺一倍，三個井筒原計劃進尺450m，而年末實際進尺為922.8m。
兗州煤田興隆庄東翼皮帶大巷穿過巨王林斷層的地質預報是又一個成功的實例。興隆庄礦精查報告劃定的巨王林斷層是影響井田設計開拓的主要斷層之一，同時是東翼皮帶大巷施工的一大障礙。原精查報告指出，該斷層落差為25～110m，斷層附近岩石中裂隙發育，破碎帶較寬，導水性強，施工時將面臨斷層突水和頂板難於支護等困難。第一工程處地質組對精查報告重新進行了分析，發現原勘察中對巨王林斷層僅有一個鑽孔控制，而對皮帶大巷將穿過的地方斷層落差未予確定。他們根據斷層性質、斷層面向深部延展時斷距變化規律及施工中獲得的資料分析，提出：巨王林斷層為一扭性斷層，落差較小，應在1～17m之間，具有尖滅的可能性。岩層不會太破碎，且導水性不會好。皮帶大巷遇到斷層時，預計斷層兩盤以塑性泥質岩、粘土岩為主，斷層泥充填應較密實，亦預示導水性差，阻水可能性大。鑒於上述對斷層導水性和臨近含水層的分析認識，預計皮帶大巷遇到斷層時可能出現的最大涌水量為80m3/h，或者不出現涌水，不必停工注漿處理。在施工過程中施工人員取消了原施工組織設計中的注漿堵水措施，採取強行通過的方法通過。掘進實際情況表明，這一預報是正確的。結果井筒施工提前10個月左右完成，為國家節約投資240餘萬元。
上面兩個實例表明，工程地質工作在適量的勘察工作量配合下，充分利用地質原理，完全可以作出正確的地質預報。關鍵在於礦山工程地質工作者不僅要掌握一般的地質原理，而且還要掌握與礦體埋藏條件有關的地質規律，特別是小構造及小小構造，斷層、節理、蝕變帶等規律，這樣才能主動地去查明具體礦山工程地質條件，預報礦山建設及施工過程中可能出現的地質工程問題。
㈧ 煤礦塌陷區形成的幾種地質原因 以及相關論文的推薦
煤礦塌陷應該分為采空區塌陷和岩溶塌陷兩種。
采空區塌陷：長期的大規模的開采形成采空版區權，隨著采空區面積不斷加大，煤層的頂板（覆岩）失去支撐，頂板岩層隨之發生彎曲、斷裂、垮落，產生傾斜變形和水平移動。垮落過程中引發采空區周圍的岩體變形、松動、乃至破壞使采空區上覆岩層隨之彎曲下沉，覆岩層的這種彎曲到達地面後，形成地表沉陷現象。
這類塌陷可通過調查采礦活動情況和地面跡象預防。
岩溶塌陷：岩溶塌陷（karst breakdown survey）是指在岩溶地區，下部可溶岩層中的溶洞或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩產生塌落或沉陷的統稱。在礦區通常是由於在岩溶地區抽排地下水造成周邊地下水位變化，地下水掏空溶洞充填物形成土洞。
這類塌陷的誘因通常和水位變化有關，如暴雨，或者長時間乾旱後的降雨，還有就是地表水的下滲。這類塌陷預防主要通過物探方法探查土洞。
㈨ 煤礦塌陷區在什麼情況下會塌陷
煤礦塌陷應該分為采空區塌陷和岩溶塌陷兩種。
采空區塌陷：長期的大規模的開采形成采專空區屬，隨著采空區面積不斷加大，煤層的頂板（覆岩）失去支撐，頂板岩層隨之發生彎曲、斷裂、垮落，產生傾斜變形和水平移動。垮落過程中引發采空區周圍的岩體變形、松動、乃至破壞使采空區上覆岩層隨之彎曲下沉，覆岩層的這種彎曲到達地面後，形成地表沉陷現象。
這類塌陷可通過調查采礦活動情況和地面跡象預防。
岩溶塌陷：岩溶塌陷（karst breakdown survey）是指在岩溶地區，下部可溶岩層中的溶洞或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩產生塌落或沉陷的統稱。在礦區通常是由於在岩溶地區抽排地下水造成周邊地下水位變化，地下水掏空溶洞充填物形成土洞。
這類塌陷的誘因通常和水位變化有關，如暴雨，或者長時間乾旱後的降雨，還有就是地表水的下滲。這類塌陷預防主要通過物探方法探查土洞。
㈩ 基坑的工程地質問題以及解決措施
主要工程地質問題有三類：滲漏問題；地基穩定性問題；地下洞室穩定和突然涌版水、涌泥問題。研究意權義：岩溶地區有許多可以利用的有利條件，如地下蘊藏豐富的喀斯特水資源；地下洞穴中富集石油、天然氣、砂礦及礦泉資源；各種奇特的地貌現象常是很好的旅遊資源；喀斯特洞穴曾是人類祖先的棲居地，蘊藏著寶貴的考古資源。但是，岩溶也帶來許多問題，如喀斯特山區耕地少、地表水少，窪地易積水成災；采礦、地下開挖工程會遇到喀斯特涌水；地面工程建設中會遇到工程地基的地面塌陷、水庫漏水和喀斯特氣爆水庫地震、壩基溶蝕引起潰壩等，這對工農業建設是不利因素。總之，對岩溶地區工程地質研究有利於人們合理開發利用自然資源、盡量保證工程安全等。