本书以石膏矿采空区安全管理为研究对象，在石膏矿床地质分析基础上，阐述了石膏矿常用采矿方法——房柱法的技术特征；在相似模拟基础上分析了大面积采空区冒落诱发动力灾害的机理，建立了空气冲击气浪风速预测模型和冒落矿震强度预测模型；在总结部分矿山矿房顶板与采空区冒落失稳规律的基础上， 基于可靠性理论建立了石膏矿采空区失稳风险评价模型，并对33个石膏矿进行了风险分析。运用FLAC3D对石膏矿采空区现状稳定性进行了评价；进一步研究发现，由于石膏矿岩的特殊物理力学性质，蠕变效用显著，扰动流变耦合作用加剧了矿柱与顶板围岩的破坏进程，更好地解释了石膏矿采空区大冒落的周期性，提出了采空区大范围岩移“隔离矿柱——关键层”控制体系，并基于此提出了石膏矿采空区处理关键技术，为石膏矿采空区治理奠定了基础。

本书可供科研院所研究人员，矿业类本科生、研究生和矿山企业技术与安全管理人员参考使用。

引言1

第一章 石膏矿开采技术3

1.1 石膏矿床地质特征(石膏矿物物化性质)3

1.2 石膏矿采矿方法——房柱法5

1.2.1房柱法概述5

1.2.2房柱法实例6

1.3 遗留采空区灾害12

1.3.1采空区灾害类型及特征12

1.3.2矿山采空区灾害形式12

第二章 石膏矿岩物理力学特征14

2.1 国内外岩石流变研究14

2.2 石膏矿岩基本力学性质16

2.2.1石膏岩石基本力学性质试验研究17

2.2.2岩石流变本构关系19

2.3 石膏矿岩蠕变22

2.4 扰动流变耦合作用24

2.4.1扰动流变耦合作用机理24

2.4.2不同情况下石膏岩石蠕变试验研究32

第三章 石膏矿采空区灾变机理41

3.1 灾变机理简介42

3.1.1国内外研究综述42

3.1.2矿山采空区灾害综合分析44

3.2 冲击气浪50

3.2.1冲击气浪模拟试验研究50

3.2.2结论58

3.3 冒落型矿震59

3.3.1冒落型矿震模拟试验研究59

3.3.2冒落型矿震特征77

第四章 石膏矿采空区稳定性分析与评价79

4.1 石膏矿区的分析与评价79

4.1.1石膏矿采空区稳定型分析与评价的复杂性79

4.1.2评价方法与模型83

4.2 稳定性风险评价84

4.2.1采空区风险性评价方法与指标84

4.2.2稳定性风险评价实例(以类比模型法为例)88

4.3 石膏矿采空区长期稳定性92

4.3.1长期稳定性研究意义92

4.3.2石膏矿采空区长期稳定性演变机制及破坏模式92

4.3.3多因素耦合作用下石膏矿采空区稳定性演变97

4.3.4基于经典力学石膏矿采场矿块结构参数优化及稳定性研究99

4.3.5流变扰动等导致岩石力学参数变化后的矿块结构参数优化100

第五章 石膏矿采空区处理方法与技术107

5.1 常用方法与技术评述108

5.1.1石膏矿采空区处理方法与关键技术研究108

5.1.2大面积采空区稳定性控制体系109

5.1.3关键层对大规模岩层移动的控制122

5.1.4隔离矿柱与关键层匹配设计122

5.2 石膏矿采空区处理技术及其特点123

5.2.1封闭处理采空区123

5.2.2缓冲层对冲击气浪的缓冲作用129

5.2.3充填处理采空区138

5.2.4崩落法处理采空区139

5.3 强制崩顶处理采空区案例141

5.3.1矿山开采状况141

5.3.2矿山采空区现状142

5.3.3设计方案142

参考文献149 2100433B

随着采空区面积不断扩大，岩体应力的集中，有一个从量变逐渐发展到质变的过程。当集中应力尚未达到极限值时，矿石与围岩处于相对稳定状态。如果在此之前结束整个矿体的回采工作，而采空区即使冒落也不会带来灾难，可将采空区封闭，任其存在或冒落。这是一种最经济又简便的采空区处理方法，但其使用条件比较严格，可用于下列两种情况：

(1)矿石与围岩极稳固，矿体厚度与延伸不大，埋藏不深，地表允许崩落；

(2)埋藏较深的分散孤立的盲采空区，离主要矿体或主要生产区较远，采空区上部无作业区。

在封堵采空区时，要在采空区附近通往生产区的巷道中，构筑一定厚度的隔墙，使采空区中围岩崩落所产生的冲击气浪不至造成危害。因此，构造充分的缓冲层厚度或通往采空区的通道封堵长度是采用封闭法处理采空区的关键。

对于那些在其上部存在露天采场或有建筑物的采空区，由于地表绝对不允许大面积塌陷。因此，崩落处理采空区的方法不可行，至于对采空区用锚索或锚杆进行加固，也只是一种临时措施，要彻底根除采空区带来的安全隐患.比较可行的手段只能是“充填”。用充填料(废石，尾砂)充填采空区。用充填料支撑围岩，可以减缓或阻止围岩的变形，以保持其相对的稳定，因为充填材料可对矿柱施以侧向力，有助于提高其强度.常用的充填法有:干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法。

充填法是利用地表中露天剥离的废石、开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料，建立充填系统，然后通过采空区的钻孔、天井或充填管道将充填料自流(或加压)充填至井下采空区。

用充填法处理采空区，一方面要求对采空区的位置、大小以及与相邻采空区的所有通道了解清楚，以便对采空区进行封闭，加设隔离墙，进行充填脱水或防止充填料流失；另一方面，采空区中必须能有钻孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接进入采空区，达到密实、充填采空区的目的。

充填法用于采空区处理，具有效果好，见效快，充填密实等优点，但是充填法存在施工难度大，成本高，作业安全性差等缺点，在采用充填法处理采空区时一方面要从安全生产的角度，另一方面要从经济的角度加以考虑，选用合理的充填材料和研究经济可行的工艺技术。