采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等,进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动,减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段,因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等,计算过程复杂,仅能给出离层层位,难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明,采动覆岩与地表移动方向指向采空中心,移动边界可以简化为线性边界,基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征,构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型,较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大,反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律;随着宽深比的增加,同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小,地表下沉增大;当边界角减小时,地表下沉范围增大,地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合,可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值,利用两相邻岩层下沉的非一致性,可以确定各岩层间的离层量,通过计算导水裂隙带高度,剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层,进...     

基于岩层移动类双曲线模型的水资源“浅保-深储”方法

针对煤炭开采导致地下水位下降和地表植被破坏等生态问题,基于保水采煤的科学内涵和采动覆岩移动类双曲线模型,建立了采动覆岩不同层位含水层“浅保-深储”差异化保护方法。即在上覆岩层破坏损伤最窄的主关键层下离层区注浆控制其上部岩层不破断,保护潜水水位和地表生态;其下部破坏的含水层利用采空区垮落岩体的空隙储存起来,经自净化后再利用。“浅保-深储”模型融合了采空区充填和煤矿地下水库保水的各自优势,并给出其适用的覆岩条件。根据采动覆岩“类双曲线”破坏移动特征,理论推导了主关键层下离层区初次注浆、周期注浆步距以及注采比,分析了注采比受主控参数的影响规律,得知注采比随垮落角和主关键层与煤层间距的增大而减小,随充分采动角和工作面推进距离的增大而增大。采用现场实测注浆数据对理论注采比进行验证,2者基本吻合。采用数值模拟对比分析了覆岩含水层“浅保-深储”、采空区充填保水地下水库的储水效果和煤柱稳定性,获得了采动覆岩移动和地下水流动均具有显著的“类双曲线”特征。基于理论注采比在主关键层下离层区注浆能够实现不同层位含水层“浅保-深储”,且该保水方法煤柱支承压力最大可降低60.8%,显著提高了储水采空区隔水煤柱的安...     

覆岩体内移动变形及离层特征

采动覆岩体内的移动变形与地表的移动变形本属一个问题的两个方面,长期以来地表的实际观测资料较多,在理论分析和工程应用方面积累了不少经验,而覆岩体内的移动变形由于观测条件的困难,实际观测资料较少,但是,随着生产技术的发展（如井筒煤柱的开采,覆岩离层带注浆充填减少（减缓）地表沉陷技术等）,覆岩体内的移动变形规律的研究越来越出其重要性。本文阐述了作者近期对覆岩体内移动变形及离层特征的一些再认识。     

淮北矿区注浆充填开采地面沉降规律及分析研究

地下采煤引起岩层移动及地表沉陷,会对房屋建筑等设施造成严重损害。淮北矿业自2009年以来在杨庄、临涣、刘店等煤矿多个采煤工作面进行了采动离层注浆充填开采试验,同时进行实时地表移动与沉降观测。文中结合注浆充填开采工作面地质采矿条件、上覆岩层以及工作面参数等数据,采用注浆充填方式使地表减沉控制技术得以很好利用。     

重复采动覆岩离层井下钻孔注浆充填减沉技术北大核心

覆岩离层注浆充填减沉技术是煤矿绿色开采体系中的重要组成部分,以焦作矿区古汉山矿16032下分层工作面覆岩离层注浆充填为工程背景,从综合考虑覆岩结构和地表沉降规律的研究思路出发,提出了根据最大下沉角确定缓斜煤层重复采动覆岩离层水平位置的方法;建立了利用井下已有注浆管路系统、在井下大巷布置钻场和斜上钻孔对工作面覆岩离层进行注浆充填的方法;沿工作面走向布置5个钻场,每个钻场布置3个仰斜钻孔,由下至上分别指向亚关键层下方离层区、亚关键层与主关键层间的软硬岩交互区、主关键层下方离层区,终孔位置位于最大下沉线附近。现场监测结果表明:注浆后地表最大下沉量仅0.3 m左右,有效控制了地面沉降状况。受地层产状稳定性、岩体结构以及岩石物理力学性质测试准确性等的影响,关键层位置及离层靶区的准确识别较为困难;在实施井下覆岩离层注浆时,不仅应参考覆岩关键层位判别结果,还应根据覆岩柱状分阶段多次“钻进-注浆”交替进行的方式探索最合理的离层注浆层位。     

离层注浆开采关键层变形特征及地表沉陷控制效应

为研究覆岩离层注浆开采条件下关键层变形特征及地表沉陷控制效应，准确预计地表移动变形值，对离层注浆开采关键层变形进行了力学分析，将关键层下方离层注浆充填体和煤岩体的组合视为弹性地基，并将之划分为压实区、欠压实区和实体煤区3种不同的区段，基于弹性地基梁理论，给出了关键层挠度方程和弹性地基系数计算方法；采用“两步法”,通过分层模拟的方式开展了离层注浆开采关键层变形与地表沉陷数值模拟，研究了不同工作面宽度条件下离层发育和关键层破断特征，以及不同注采比条件下地表移动变形特征；借鉴等价采高理论，将离层注浆开采条件下关键层弯曲下沉空间等效视为开采空间，结合概率积分法，建立了适用于离层注浆开采的地表沉陷预计模型。以淮北矿区袁店二矿7221离层注浆开采工作面为例进行了验证，结果表明：该地质条件下，离层注浆开采工作面宽度宜设计在90～120 m;采用提出的预计模型和方法能够对离层注浆开采条件下的地表沉陷进行有效预计，预计值与实测值平均误差9 mm,在允许误差范围内；离层注浆开采地表沉陷控制效果显著，减沉率约83%。     

深井覆岩体内浆体充填对桥梁的保护作用研究

为保证采动区桥梁的交通安全,根据华丰矿地质采矿条件,结合矿井成功实施的离层注浆工程,对桥梁的周边区域增加注浆钻孔,加大注浆量。根据布设的地表及桥梁测点的岩移观测数据,对比预计的未离层充填时地表最大下沉量,表明离层注浆条件下鲁里大桥区域减沉率达到56%,采动区域桥梁仍能保持正常使用,该方法对桥梁的保护效果显著,可为类似条件下地表减沉工程提供参考。     

煤矿开采地表移动与变形规律常规化研究模式

根据煤矿地下工作面回采引发开采沉陷的研究现状,探讨了矿山开采沉陷的地表移动和变形规律常规化研究模式,即综合应用岩移观测站实测数据的图解法、数值模型的模拟计算法、变形预计的拟合验证法和已有研究成果的参比法等,就能较科学地确定合理的地表移动变形预计参数与岩层移动角值,也可利用相似材料试验模拟覆岩采动的裂隙发育特征,钻孔观测工作面采动后覆岩离层发生的位置,以及三维激光扫描获取地表沉陷盆地的扩展规律。     

覆岩离层注浆充填保护地面高压线路试验研究

采用覆岩离层充填控制地表沉陷技术对济宁二号煤矿4302工作面开采保护地面高压线路进行了试验研究。针对工作面地质和采矿技术条件,设计了合理的覆岩离层充填实施方案,包括注浆站、注浆井、注浆管路、注浆运行系统及工艺流程。通过对地表及高压线杆移动观测站数据进行分析,得出覆岩离层充填后的地表下沉曲线、地表减沉率以及高压线杆的下沉与偏斜值。试验结果表明,覆岩离层充填后地表减沉效果明显,高压线杆偏斜均未超过其允许限差,高压线路正常运行。     

煤矿覆岩采动离层位置的计算

为了准确计算采区上方采动覆岩内离层发生的高度，以指导离层高压注浆技术的设计和施工，最终达到减缓地表下沉的目的，以组合板变形的力学模型为基础指导出根据覆岩的层位、厚度及物理力学性质即可定量计算离支位置的实用公式。相似材料模型的模拟开挖结果验证了推导结果的可能性。     

高压旋喷桩加固滨海地区软土地基沉降分析

为了分析高压旋喷桩加固后的软土地基沉降规律, 以天津滨海地区某软土地基加固工程为例, 基于两相多孔介质弹塑性本构模型对高压旋喷桩加固处理的软土地基沉降进行了数值分析。结果表明, 软基加固前地表沉降形式呈“锅底”型, 与实际观测情况相符, 沉降量随时间呈对数函数增长;高压旋喷桩加固软基效果明显, 可以有效减少软基地区的地表沉降;加固处理后的地面实际监测得到的沉降量小于数值模拟所得预测值, 加固效果良好, 高压旋喷桩可作为既有建筑物地基加固的首选方法。     

基于FLAC3D的复杂空区对地表公路影响研究

为了研究矿山复杂空区群对地表公路的影响,以某矿山开采实际为背景,利用FLAC3D建立模型,分析穿过该矿区地表的两条公路在受空区群影响下的沉降变形特点,得出了其变形影响规律,并预测了最终地表沉降量,结果表明,当前开采情况下采空区不影响地表公路正常运行,但沉降引起的路面起伏及坡度变化等问题需予以关注,该研究方法可供类似研究借鉴。     

某采空区地表沉降规律三维可视化处理与分析

采用莱卡全站仪和GPS相结合的方法,对采空区地表进行水平位移监测,并采用三角高程法监测空区地表垂直位移,从而获得空区地表水平位移值及下沉累积值等。在此基础上,借助SURFER软件对采空区地表变形数据进行三维处理,绘制出地表沉降三维表面图、地表沉降三维切片图、地表监测点布置张贴图。直观形象地反映了地表变化形态、变形范围、沉降大小、变形趋势等,并基于地表移动破坏形式、地表水平位移值及下沉累积值,给出具体分析结果及相关建议。     

浅埋暗挖地铁施工地层沉降监测与控制

地层沉降属多因一果，以广州地铁二号线公园前站—海珠广场站浅埋暗挖地铁区间地层沉降监测为实例，归纳分析了地层沉降的主要原因，提出了及时加强初期支护(包括超前支护)和应用注浆等辅助施工措施控制地层沉降的结论，值得探讨与借鉴。     

有限元数值模拟在煤炭沟煤层开采中的应用

对煤炭沟井田1-1′地质剖面煤层开采覆岩变形进行了有限元数值模拟分析。从岩体的本构关系入手,选取岩体参数,概化和建立工程地质模型,从而获得煤层开采中顶板岩体位移变化规律特征,分析结果表明,随着该区煤层的开采,会引发地面塌陷、斜坡滑坡和地裂缝等地质灾害,其结论对生产实践具有指导作用。     

覆岩离层注浆减沉技术的应用与发展现状

在分析覆岩离层注浆减沉机理基础上,对我国矿区注浆减沉试验情况进行了统计分析,得出覆岩离层注浆是一项有效的地层控制措施,在采矿和地质条件允许的情况下,地表减沉率达到36%~65%。对近年来覆岩离层注浆减沉理论的发展进行了综述,指出高性能注浆材料、注浆系统优化和注浆减沉效果的定量评价标准仍是需要深入研究的课题。分析了影响注浆减沉效果的采矿和注浆工程因素,指出在充分掌握工作面上方覆岩离层动态发育规律的基础上,合理确定注浆层位以及适宜的注浆时机,加大注浆量才能保证注浆减沉效果。     

CFG桩复合地基压缩模量计算方法探讨

CFG桩法在高层及多层建筑的地基处理中已有许多成功实例,在变形计算中,《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）推荐使用复合模量法,并提供了计算复合土层压缩模量的应力比法公式。这里通过复合地基载荷试验资料,提出一种改进的面积比法公式。应用该法计算的复合地基沉降值,与建筑物的沉降观测值有较好的吻合度。     

强冲击大采高综采工作面超前支护技术

通过对纳林河二号煤矿31102工作面回风巷超前支护段强矿压作用机理及回采过程中微震监测系统、超前应力监测系统、地面沉降观测数据的综合分析,总结了临空巷道回采期间超前支护段巷道变形机理及覆岩运动规律。结合现场矿压规律和微震监测数据分析结果,将超前支护前300 m划分为高、中、低频区和稳定区,针对不同区段采取“四位一体”支护设计。现场实施后巷道变形得到有效控制,实现了安全高效回采,对类似矿井大采高临空巷道超前支护有一定借鉴意义。     

PSI技术在苏通大桥基础沉降监测中的应用

苏通大桥桥位区河床松软覆盖层厚约300m,主塔群桩基础由131根直径2.8m/2.5m、长117m(北塔)/114m(南塔)的钻孔灌注桩组成,桩径比仅2.29,群桩沉降问题非常突出。已有研究表明,常规的地面变形观测方法及精密传感器监测技术都具有一定的局限性。为此,将新兴的永久散射体干涉测量(Permanent Scatters InSAR,简称PSI)技术应用于苏通大桥地基基础沉降监测。结合大桥自身的PS特性和桥位区重点监测部位的CR,利用该地区2003年~2007年(主体工程施工期间)间获取的12景ENVISAT卫星SLC数据和外部的SRTMDEM进行"二通"模式D-InSAR,从而得到施工过程中不同阶段的雷达视线向形变图,转换后得到地面竖向变形分量,客观、全面地反映了苏通大桥在建设过程中基础的沉降。将差分干涉测量的沉降结果与多种高精度传感器监测结果对比,两者具有很好的一致性。研究结果表明,PSI技术是一种极具潜力的大型桥梁地基基础沉降监测技术,可获得可靠的、具有mm级精度的观测结果。随着监测区SAR数据的不断累积,备受关注的南、北主墩的高精度的沉降量也将逐步得到解算。     

GPS技术在变形监测中的应用及发展趋势

为控制或防治地面沉降和地质灾害,合理开发和利用地下空间资源提供规划和决策依据,各城市在地面沉降、地质灾害区域监测、大型构建筑物变形监测等工作中广泛应用现代通信技术、“3S”等空间技术,充分发挥GPS定位速度快、全天候观测、数据自动采集与传输、测站之间无通视要求、可同时测定监测点高精度的三维坐标的特点.结合精密水准测量对重点区域进行重点监测,建立GPS与其他变形监测技术集成应用的变形监测系统,初步建立城市地面沉降监测网络,研究基于“3S”的变形监控在线实时分析系统和基于Web的监测信息反馈及自动报警系统,实现地面沉降监测定量分析,并将监测信息三维可视化表达,从而建立城市地面沉降和地质灾害预警系统.