开采沉陷影响下高速公路容许曲率变形研究

对高速公路不同于普通建筑物的特殊性进行了分析。根据开采沉陷影响下高速公路断裂破坏的原因,提出以曲率作为研究高速公路容许变形的指标。基于对高速公路断裂破坏前结构状态的分析,利用力学理论推导出高速公路容许曲率的计算公式,建立了同时考虑高速公路结构特征及修筑材料特性的开采沉陷影响下高速公路结构安全性判断方法,并计算出我国常规水泥混凝土路面高速公路的容许曲率区间。     

采煤沉陷影响下高速公路内部应力分布研究

根据高速公路的结构特点,建立了具有普适性的数值模型,模拟高速公路受采煤沉陷影响的全过程。通过对工作面推进中高速公路内部水平应力及垂直应力分布变化的研究,得出:采煤沉陷影响下,行车荷载对高速公路内部应力的分布影响较小,路基与路面的下沉存在不一致性,这与路面材料的强度有关,高强度路面表现出较强的抗沉陷能力。基于对高速公路路面开裂及凸起破损的现场勘察,分析了路面内水平应力分布于水平变形分布的相似性,从力学的角度解释了上述路面损坏发生的原因,并提出了控制采煤沉陷对高速公路破坏性影响的对策。     

高等级公路在开采影响下的破坏现象探讨

根据地下开采引起的地表破坏现象,借鉴建筑物下、水体下、铁路下采煤,结合高等级公路自身属于带状建筑物的特点,分别讨论了地下开采引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形对高等级公路的破坏现象。地下煤炭被采出并达到一定规模后将引起采空区上覆岩层冒落破坏,继续开采,破坏现象将影响到地表,引起地表移动变形,导致地表建筑物、构筑物受到不同程度的破坏。对于高等级公路,地下开采影响到路基路面后,将使高等级公路产生路面移动盆地、路面台阶和裂缝、路面塌陷坑和塌陷槽、路基高路堤沉陷以及边坡坍方等破坏现象。     

综放工作面过运煤公路下开采技术

为了解决公路下安全高效开采技术问题,将工程实践、岩移观测、数值计算、理论分析相结合,对黄土沟壑区开采沉陷特征及公路下开采技术进行了研究。结果表明:由于煤层埋藏浅,第四系冲积层厚度大强度低,覆岩破坏剧烈,导水裂缝带直达地表,综放回采初期在上下顺槽内侧和切眼外侧出现台阶裂缝,裂缝走向与回采边界平行,落差较小;煤层开采达到或超过充分采动后在回采边界岩体沿煤壁整体切落,地表出现大的台阶裂缝;地表台阶裂缝的出现受地形影响比较明显,边坡土体在重力作用和开采沉陷影响下,地表裂缝更加发育;路基下部的厚黄土层可吸收部分开采沉陷变形,对减轻公路破坏发挥了一定作用;可按台阶裂缝角划定公路保护煤柱,煤柱内不放煤,地表及时采取措施可实现公路的安全运行。研究成果为相似地质条件公路下煤矿开采提供了技术参考。     

浅部松散含水层下开采上“两带”观测与相关规律研究

针对煤层露头附近开采,对上覆岩层造成的破坏程度的问题,采用钻探、物探以及地表沉陷观测,进行了导水裂缝带发育高度和地表岩移规律研究,取得了浅部松散含水层下开采引起覆岩变形破坏及地表沉陷规律,得出了垮落带、导水裂隙带（简称上“两带”）发育高度及地表沉陷的主要参数。对煤矿浅部松散含水层下开采的水害防治工作及安全生产具有重大意义。     

采煤沉陷影响下高速公路路面损坏特征及应急措施

针对某高速公路路面出现的凸起及开裂等损坏现象,通过现场勘测与计算分析,确定高速公路下的采煤活动是导致其路面发生变形破坏的根本原因,地表水平变形是导致路面损坏的主要变形,路面的凸起及开裂分别是由地表水平压缩变形和水平拉伸变形引起的,现场监控显示:高速公路路面凸起对行车安全的威胁要大于路面开裂。高速公路路面损坏的发生与高速公路结构、修筑材料与质量以及地表移动变形大小等因素有关。从巡视、警示、损坏路面处理及变形监测等4个方面对高速公路采煤沉陷区路段采取了应急措施,确保了高速公路的运营安全。     

堤体下采煤技术研究

应用实地观测的方法对开采引起的堤坝的移动变形、堤坝产生突然沉陷的可能性及开采引起的堤坝裂缝的发育等专门问题作了研究。研究结果表明:受采动影响的堤坝距开采煤层的距离大于两倍的导水裂缝带高度时,堤坝具有整体、缓慢沉陷的特点,不会产生突然沉陷;堤体内部不会产生裂缝,仅存在疏松带;堤体表面的裂缝发育到一定深度后尖灭。还提出了裂缝位置及发育深度的计算公式,列举了堤坝下采煤的一个实例。     

宜黄高速公路仙江段路基变形地质雷达探测

高速公路填土路基变形破坏使得路面砼板产生纵向裂缝,已严重影响高速行驶车辆的安全.因此,路基变形破坏的程度和应采取何种治理措施都是值得探讨的问题.通过一个实例研究,详细介绍地质雷达在探测路基变形方面的应用效果.     

厚黄土下综放高强度开采地表沉陷与覆岩破坏实测

为研究厚黄土下厚煤层综放开采地表沉陷和覆岩破坏规律,通过在工作面地表建立岩移观测站和地面钻孔水文勘探,进行了地表沉陷变形实测和覆岩破坏高度钻探测定。总结研究地表岩移观测站实测资料和覆岩破坏探测钻孔水文观测资料,得出厚黄土综放高强度条件下地表沉陷剧烈,曲线较陡,在下沉盆地边缘沉陷变形曲线收敛较慢,最大下沉速度偏大,采动影响范围偏远;覆岩破坏探测结果显示综放覆岩破坏异常发育,导水裂缝带高度与综放采厚近似成正比,裂高采厚比例系数平均为19.75。研究成果为黄土区综放地表开采损害防治和水体下采煤及顶板水害防治提供技术支撑。     

降雨诱发采动滑坡物理模拟试验研究

采动滑坡是岩土工程中极具挑战性的问题之一,采动滑坡为矿区地质灾害的主要类型,其危害性相较于其他类地质灾害更加严重。采煤会诱发平缓结构斜坡发生强烈的地面变形,研究结果表明天然状况下采煤结束后一定时间内地面变形将趋于稳定,采动滑坡的发生受降雨影响显著。以贵州马达岭滑坡为地质原型,马达岭斜坡为平缓倾内的层状结构斜坡,具有上硬下软和上陡下缓结构特征,是受采矿和降雨影响诱发的滑坡。采用物理模拟方法,应用模型箱和相似材料根据相似比建立滑坡模型,采用土压力监测计、孔压力监测计和三维激光扫描仪对模型进行监测,研究了模型在开采与降雨两类工况下变形及内部应力的变化情况和在开采与降雨共同作用下斜坡变形破坏过程,再现了滑坡从孕育到发生的全过程,分析强降雨诱发采动滑坡形成的机制。研究表明:采空区形成后,坡内原有的应力平衡被打破,发生应力重分布,采空区顶板应力卸荷,边界部位应力集中,顶板位置首先发生弯曲沉陷,产生大量离层裂缝,裂缝不断向四周扩展,逐渐形成大量竖向拉张裂缝,采空区的边界部位出现多条斜向裂隙;同时采动的影响不断向上传播,采空区顶板处产生裂缝多与上覆岩体中发育的裂缝贯通形成大型裂缝;降雨作用下,坡内裂缝持续发展,降雨导致采空区及上覆岩体中形成稳定水位,增大坡后的静水压力,使裂缝不断增大,推动斜坡向临空面发生变形,雨水下渗作用下,逐渐沿下部"阶梯状"裂缝、采空区、竖向拉张裂缝形成基本贯通的潜在滑动面,最终在水压作用下,剪断锁固段形成贯通的滑面,发生整体滑动。马达岭滑坡其演化过程可分为3个阶段:①采空区覆岩-斜坡变形阶段:由于开采使上覆岩层产生变形破坏,模型坡表及内部发育大量裂隙,为雨水的入渗提供有利条件;②降雨诱发斜坡整体变形演化阶段:雨水入渗模型,加剧裂缝发育,使模型向临空向发生变形,坡内裂隙已基本贯通,模型到达失稳的临界点;③滑面扩展-滑坡发生:降雨作用下,岩体不断被软化,同时,模型内裂缝充水,使裂缝不断发育直至贯通,导致滑坡发生。因此其变形破坏机制可总结为采空区覆岩-斜坡变形→降雨诱发斜坡整体变形演化→滑面扩展-滑坡发生。     

风沙区超大工作面开采土地损伤的演变与自修复特征

为揭示超大工作面开采过程中土地损伤的演变规律,以神东矿区的部分典型工作面为研究对象,建立了土地生态环境观测方法,发现地表移动变形、地裂缝以及土壤物理性质等关键要素具有一定的修复能力:① 与传统开采方式对比,超大工作面快速开采条件下,地表的移动变形和下沉总量没有变化,地表的下沉速度明显增大,地表受采动影响的时间缩短50%左右,相对均匀沉陷区的面积一次性达到78%,有效地促进了采后地形向采前状态的自修复;② 地裂缝存在明显的“分区”特性,动态地裂缝扩展程度较弱并快速闭合,发育周期与采矿地质条件有函数关系;边缘地裂缝以“O”型圈分布于开采边界,裂缝角呈近似垂直角,分布范围明显减小,也表现出较强的自修复能力;③ 土壤物理性质的变化与地表移动变形以及地裂缝的分区特征基本吻合,均匀沉陷区的土壤物理性质在采动1 a后趋于采前水平,而非均匀沉陷区由于边缘地裂缝的存在,暂无自然修复现象,需要辅助人工治理。     

厚煤层综放开采覆岩移动规律数值模拟分析

为了掌握高河矿综放工作面上覆岩层移动规律,为工作面布置及“三下”开采提供参考,结合高河矿E1302综放工作面地质情况,采用数值模拟方法,对工作面地表移动、上覆岩层移动及岩层破坏特征进行模拟分析。研究表明:岩层移动在基岩内衰减较为明显,在松散层内近似整体沉降,厚基岩具有一定的控制地表沉陷变形的能力;导水裂缝带发育髙度最大约为140 m,裂高采厚比为20;综放开采强度大,地表的沉陷变形值增大,地表裂缝增加,从而导致地表下沉系数增大。     

莒山煤矿ZF306综放工作面开采地表移动变形规律研究

为了降低煤炭开采对地面构筑物影响,并为矿井采面回采提供数据支撑,以莒山煤矿ZF306综放工作面回采为工程实例,采用现场实测、理论分析方法对厚煤层开采引起的地表移动情况进行分析。结果表明:采面回采后地面发育有地表沉陷盆地及地表裂缝;地质构造对地表下沉量有显著影响,在X3陷落柱影响附近地表下沉降均有所增加,其中Z6测点下沉量达到2562mm;在采面回采过程中地表移动变形呈现渐变趋势,其中活跃期引起的地表下沉量占到地表全部下沉量的93%。     

高速公路下伏采空区变形监测技术探讨

山西省作为我国的煤炭大省,因采空区而引发的地表沉陷、地裂缝等地质灾害时常发生,成为影响其上高速公路路基、建筑物和构筑物等稳定的重大安全隐患.本文就下伏采空区的高速公路变形监测方案、方法和数据处理进行了有益的探讨.     

基于三维激光扫描的矿区道路沉陷监测研究

针对矿区道路变形,如道路塌陷,道路隆起,路面裂缝等,对车辆通行造成的重大影响,提出了一种基于三维激光扫描的矿区道路沉陷监测方法|首先,通过三维激光扫描仪获取路面点云数据,然后利用插值得到各期DEM数据,变形后的DEM数据与原始DEM数据相减得到下沉量,最后使用反距离加权法对下沉数据栅格化处理得到道路下沉模型,利用下沉信息进而提取道路倾斜、曲率等变形信息。使用该方法在五沟煤矿附近S203省道进行实验,得到的结果与实测水准数据吻合,验证了该方法在道路沉陷监测上的可行性。     

唐山市马家沟矿开采沉陷损坏特征研究

开采沉陷损坏特征研究对于矿区沉降机理分析和生态修复利用至关重要。以唐山市马家沟矿区为例,根据该区域煤炭开采和矾土矿资源赋存特征,结合现场勘测与调查资料,分析了矿区开采沉陷变形损坏 特征。结果表明：急倾斜煤层开采在下山方向地表易形成台阶状非连续变形地裂缝,处于裂缝处的建（构）筑物破坏严重,位于裂缝以外的建（构）筑物破坏轻微,说明开采沉陷在裂缝处发生集中变形;根据物探勘 测,原采动过程中形成的地裂缝随着开采沉陷的稳定绝大部分闭合密实,但个别裂缝仍存在;在急倾斜煤层露头区域,不仅在开采过程中地表出现抽冒塌陷现象,而且开采沉陷稳定若干年后仍可能出现抽冒塌陷现象 。上述分析可为闭坑后的马家沟矿区采空区专项勘察及塌陷土地建设提供基础数据和设计依据,同时对国内类似矿区开采沉陷规律研究及矿区景观生态修复也有一定的参考意义。     

综采放顶煤地表沉陷规律及机理

在实测、实验和理论分析的基础上,系统地研究了综采放顶煤条件下地表沉陷规律及其机理.在综采放顶煤条件下地表移动剧烈,地表下沉盆地陡峭,移动变形集中,地表断裂比较发育.表现在参数上,地表下沉系数、主要影响角正切明显偏大.综采放顶煤条件下导水断裂带异常发育,其高度与煤层开采厚度近似成正比.     

我国采动地裂缝形成机理研究进展

煤矿区采动地裂缝可对岩土工程的稳定及土地生态安全造成严重威胁,研究其形成机理有助于实现矿区资源与环境协调开发。根据采动地裂缝的力学成因进行分类,系统梳理了不同类型采动地裂缝形成机理研究进展,分析了采动地裂缝的影响因素与研究方法,讨论了相关的关键科学问题。分析认为,岩层破断与表土层形变过程尤其是基岩与松散层接触面的应力-应变机制、动态地裂缝多周期形成机理、顾及多因素耦合影响效应的力学模型构建、多技术手段的综合运用、深部开采与生态脆弱矿区高强度开采以及煤炭开采新技术引起的地裂缝形成机理等将是未来研究的难点与发展趋势。