淄博某采空区场地建筑适宜性评价研究

根据研究区岩土层结构和地下煤层的赋存特征及煤炭开采背景,运用概率积分法,预测拟建场地多层采空区条件下的地表残余变形,并计算拟建场地浅部2煤采空区的垮落断裂带发育高度及建筑荷载作用下的地基附加应力影响深度。结果表明:拟建场地残余变形中最大沉降量为130 mm,最大倾斜值为1. 8 mm/m,均小于规范规定的建筑物地基变形允许值;拟建建筑地基附加应力最大影响深度为地下58. 3 m,小于2煤采空区垮落断裂带顶部的埋深,地基附加应力不足以引发采空区的"活化";在建筑基础刚度、地基处理等方面满足规范要求的前提下,拟建场地作为建筑场地是适宜的。     

长壁开采老采空区带状注浆设计方法

在分析老采空区残余沉降机理的基础上,结合开采沉陷理论,对控制老采空区残余沉降的注浆充填的技术方法进行了研究.得到如下结论：控制老采空区残余移动变形的关键是控制垮落带和断裂带内岩体的变形.在一定开采深度下,老采空区注浆充填可采用带状注浆充填.当开采深度小于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时,注浆孔间距为2倍的浆液扩散半径;当开采深度大于导水断裂带高度和地面建筑载荷作用深度时,给出了带状注浆充填注浆孔间距计算公式及注浆孔布设原则.注浆孔首先应布置在距离工作面边缘内20 m范围内、急倾斜煤层上山方向和断层发育区域,以充填采空区边缘的空洞和欠压密区.     

采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低,加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采煤塌陷区土地建筑利用的可行性和适宜性,采用理论计算和工程验证方法研究了塌陷区建筑地基的稳定性。在充分分析研究区下方老采空区特征和分布情况的基础上,采用概率积分法并选择合理的残余沉陷预计参数计算了该区地表后期的残余沉陷变形。采用地基附加应力法计算了新建建筑荷载在采空区上方地层中的影响深度,通过对比其与垮落裂隙带高度的空间位置关系来定量评价老采空区地基稳定性,并综合考虑地表倾斜变形指标确定建筑物高度。为确保建筑物安全使用,提出了基于地表残余沉陷变形的建筑物抗变形措施。研究表明：研究区后期将承受Ⅰ级残余沉陷变形,新建建筑荷载影响深度不会波及到垮落裂隙带范围,不会导致老采空区“活化”,实践效果验证了评价结论的可靠性;对采煤塌陷区进行工程建设利用和商业开发具有可行性,可以有效利用塌陷区废弃土地资源,生态效益和社会效益良好。     

采煤塌陷区土地建筑利用技术与工程应用

我国采煤塌陷区土地量大面广利用率低,加大对采煤塌陷区土地利用具有重要意义。为科学评估采煤塌陷区土地建筑利用的可行性和适宜性,采用理论计算和工程验证方法研究了塌陷区建筑地基的稳定性。在充分分析研究区下方老采空区特征和分布情况的基础上,采用概率积分法并选择合理的残余沉陷预计参数计算了该区地表后期的残余沉陷变形。采用地基附加应力法计算了新建建筑荷载在采空区上方地层中的影响深度,通过对比其与垮落裂隙带高度的空间位置关系来定量评价老采空区地基稳定性,并综合考虑地表倾斜变形指标确定建筑物高度。为确保建筑物安全使用,提出了基于地表残余沉陷变形的建筑物抗变形措施。研究表明：研究区后期将承受Ⅰ级残余沉陷变形,新建建筑荷载影响深度不会波及到垮落裂隙带范围,不会导致老采空区“活化”,实践效果验证了评价结论的可靠性;对采煤塌陷区进行工程建设利用和商业开发具有可行性,可以有效利用塌陷区废弃土地资源,生态效益和社会效益良好。     

老采空区地面建筑技术研究及应用

为科学地利用采煤塌陷区进行地面建筑,保证新建建(构)筑物的安全正常使用,采用理论研究与现场实践相结合的方法,系统研究了地表残余变形值的计算、老采空区地基稳定性评价方法、地基处理技术及新建建(构)筑物抗变形技术措施,得出了在采空区上方进行地面建筑时,其最小开采深度必须大于垮落裂缝带高度与建筑荷载影响深度两者之和的结论,在确定新建建筑物的建设高度时,还要考虑地表的残余沉陷变形值,尤其是地表倾斜变形值。对采深较浅或地质采矿条件复杂不能满足建筑要求时,还要考虑对采空区进行注浆处理。该技术在平顶山、唐山、晋城、焦作等资源性城市得到了成功推广应用。     

采空区充水活化及覆岩变形规律试验研究

为了研究充水情况下老采空区“活化”机理及覆岩运动规律,基于相似理论制作了采空区相似材料模型,通过人工注水的方式模拟采空区垮落带浸水状态,进行了煤层开采及充水条件下覆岩沉降变形观测,对采空区充水后上覆岩层变形规律、覆岩破坏形式进行研究。结果表明,煤层被开采后,自下而上会产生垮落带、断裂带和弯曲下沉带,采动破坏岩石会支撑上覆岩体,使得采空区边界存在空洞区域;煤层开采后的老采空区存在大量空洞、空隙,充水后采空区覆岩会发生“活化”,垮落带破碎岩石进一步压实,离层裂隙中间区域的压密程度高于两侧,随着充水时间延长,覆岩裂隙逐渐拓展,且采空区充水第一次观测时沉降量较大,之后岩层沉降量变化有减小趋势;采空区充水后垮落带上方岩层沉降量最大,覆岩越靠近地表,采空区充水对覆岩影响程度越小。     

基于长壁采空区覆岩稳定性的地表残余下沉系数计算方法

为确定地表建(构)筑物荷载作用下长壁采空区地表残余下沉系数,基于长壁采空区覆岩稳定性分析方法,提出了采空区中央和边界两个区域的地表下沉系数确定原则和计算方法.采用概率积分法对荷载作用下长壁采空区地表残余沉陷预测时,地表下沉系数的选取应充分考虑地表荷载大小和作用位置、垮落带岩体的压密,以及裂缝带破断岩体结构的稳定性,按照...     

浅部老采空区地表建设可行性评价

针对浅部老采空区地表建设可行性问题,提出3个方面主要评价:老采空区覆岩是否已垮落压实;若未完全垮落,其稳定性如何,若失稳,地表是否会产生非连续变形;地表残余沉降与变形量值。研究并推导了荷载影响下浅部老采空区残留煤柱失稳和残留空洞覆岩整体失稳的判别公式;研究了残留空洞上覆岩层逐层破断向上发展的条件,推导了地表发生非连续变形的判别公式;指出浅部老采空区地表残余移动变形可采用残余变形系数法或等效厚度法进行计算。最终,根据不同采煤方法结合采取的措施给出了浅部老采空区地表建设可行性评价指标和准则。工程实例证明了评价方法的合理性和浅部老采空区地表建设的可行性。     

地面竖直荷载作用下采空区临界扰动深度及其稳定性研究

矿产资源开采后遗留的采空区,通过应力再分布达到新的平衡,并形成应力拱承载上覆岩层的重量。当采空区地表进行建设时,地面竖直荷载的增加可能会破坏采空区的应力平衡状态,诱发采空区"活化",导致安全隐患。为分析矿区地表开发利用适宜性,本文采用附加应力法和数值分析法,展开采空区地面竖直荷载作用下采空区临界扰动深度及其稳定性的研究。结果表明,当竖直荷载影响深度与采空区垮落、裂隙带顶部界面接触时,刚好处于临界稳定状态,结合矿区实际,计算得到矿区当荷载临界扰动深度为31.38m,并利用FLAC3D软件的模拟临界状态荷载(240kPa)下采空区的稳定性,为矿区地灾防治、土地开发利用提供必要依据。     

采空区高压输电线路铁塔地基稳定性评价

采空区对高压输电线路铁塔地基稳定性的影响,已成为工程建设中关键问题。基于西南某500k V高压输电线路过煤矿采空区的地质采矿条件,探查了采空区的分布情况,确定了垮落裂缝带高度和建(构)筑物荷载影响深度,从而对采空区上方铁塔地基稳定性进行了分析评价;并计算了采空区残余变形,对线路安全性进行了分析。结果表明:N6铁塔荷载影响深度不会传递到垮落裂缝带,铁塔地基是稳定的,残余变形对铁塔影响轻微,高压输电线路运行是安全的。     

老采动区覆岩裂隙发育特征及活化机理研究

采用钻孔勘探、钻孔电视、地球物理测井、岩石力学测试等技术和方法对老采空区覆岩裂隙发育特征进行了研究。研究结果表明:老采空区弯曲带岩层的整体性未遭破坏,表现为连续平缓的弯曲变形,局部有裂隙产生;裂缝带岩层产生裂隙或断裂发育,但尚未塌落;垮落带岩层断裂破碎塌落,有残留空洞发育。对其中的53条采动裂隙发育特征统计显示,裂隙平均间距1.08m,间距小于2.0m的裂隙占统计数据的85%,老采动区采动岩体裂隙以低角度裂隙为主,倾角小于30°的裂隙占统计数据的68%;煤炭开采引起的地下空洞、离层、裂隙和垮落带的欠压密、孔隙饱水等现象是老采动区活化的根本原因。     

综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究

根据综放采空区破碎岩体的垮落特征,将其分为自然堆积区、载荷影响区和压实稳定区等3个区域,分析计算了各区的空隙率。在此基础上,结合采空区瓦斯渗流的控制方程,利用CFD软件建立了采空区瓦斯渗流三维非均质数值模型,得到了漏风条件下有无瓦斯抽放措施的采空区瓦斯涌出规律,对防治综放工作面瓦斯超限具有一定的理论价值及实践指导意义。     

浅煤层采空区层面漏风的数值模拟分析

结合大柳塔煤矿活鸡兔井21208工作面开采实例，按采空区层面漏风情况，将采空区顶板岩层冒落划分为自由冒落带、顶板断裂带和地表沙土层带。建立了层面漏风的定解数学模型，将地表漏风强度近似看作按负指数规律衰减。通过用有限元方法求解漏风移动渗流方程，得到采空区冒落带所形成的压力腔与地面之间的压力差形成的采空区层面漏风，漏风强度沿工作面长度方向变化不大，层面漏风强度主要取决于顶板断裂带的尺寸和地表沙土层带的厚度与密实性。     

浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物可行性研究

以北票矿区某浅部多煤层开采形成的老采空区地表兴建建筑物地基稳定性评价为例,结合老采空区塌落、上覆岩层压密及裂隙分布情况,从覆岩厚度、建筑物荷载对老采空区覆岩的影响、地表非均衡破坏以及地表残余变形的预计进行了分析,对地表兴建建筑物可行性进行了研究.研究结果表明,即使老采空区裂隙带处于建筑物载荷的影响范围之内,对地表残余变形及非连续变形发生情况充分预估,对拟建建筑物采取相适应的抗采动影响措施,或者对可能造成地表出现非连续变形的未塌落采空区进行处理,在浅部老采空区地表兴建建筑物是可行的.     

高分辨电法勘探技术在西露天矿采旧巷探测中的应用

应用高分辨电法探测技术对西露天矿测区内采空高冒落区的分布情况进行了勘探,确定了采空冒落区的分布范围。矿方对探测成果进行了钻探验证,探查钻均打到了采旧巷或空巷,表明应用高分辨电法探测技术能够有效地探查西露天矿采旧巷和采空冒落区的分布范围,有力地指导露天矿回采剥离生产的顺利进行。     

Numerical simulation on the delivery law of gob gas of fully mechanized caving face

According to the cover rock caving features, the gob of fully mechanized caving face was divided into 3 zones: natural collected zone, pressure effecting zone and press stable zone. Based on these and the gob gas flow control equation, and considered the influence to the mining fissured zone of gas drainage, also made use of CFD software, we found an not uniform 3D numerical model of gob gas seepage and got the gas emission law in gob of fully mechanized caving face (with or without discharge measures), and this can guide the engineering practice in some aspects. Supported by the National Natural Science Foundation Project of China(505740720); the Natural Science Foundation Project of Shaanxi Province(2006E203)     

长壁矸石充填开采上覆岩层移动特征模拟实验

长壁矸石充填工作面采空区由于被充填材料占据,上覆岩层移动特征将不同于垮落法管理顶板,采用相似模拟和数值计算模拟工作面回采和矸石充填过程。通过改变支架初撑力和工作阻力、充填材料的夯实力,模拟不同充填率情况下上覆岩层应力变化和岩层移动特征,结合现场实测结果认识长壁矸石充填开采上覆岩层移动规律。研究发现：支架工作阻力对充填效果影响显著,充填支架高初撑力和工作阻力可以限定顶板的变形,保证足够的时间使更多的充填材料充进采空区,进而减小缓慢下沉带高度,控制地表变形。采空区内充填材料限制直接顶的变形、下沉以及冒落,直接顶以断裂和冒落为主,冒落后整齐地排列在采空区矸石上。基本顶以弯曲下沉形式随直接顶移动,上覆岩层冒落高度显著降低。     

高位裂隙带钻孔最佳层位研究

高位裂隙带钻孔是解决工作面上隅角瓦斯超限的常用方法,高位钻孔抽放最主要的影响因素是合理层位选择,其钻孔参数应根据采空区冒落带高度来设计。以霍尔辛赫煤矿3210综采工作面为试验对象,通过理论分析、数值模拟和现场考察等手段,分析确定采空区冒落带高度,依据冒落带高度设计高位裂隙带钻孔终孔层位,优化采空区抽采工艺,提高瓦斯抽采效果,有效解决工作面上隅角瓦斯超限问题。     

采空区漏风状况模拟及其分析

通过建立综放采空区三维自然发火预测模型,采用数值模拟软件对高瓦斯煤层抽放条件下综放采空区漏风状况进行了数值模拟,利用模拟结果对采空区进行了煤自燃"三带"的划分,并分析了该工作面采空区浮煤自燃的危险区域及危险程度,可用来指导具有类似情况的采空区浮煤自燃火灾的防治工作。     

沿空留巷底板变形力学分析及底臌防控

上覆岩层垮落产生的动载荷通过巷帮煤体、巷内支护体以及巷旁支护体传递给底板,造成工作面后方一段距离的沿空留巷底臌变形加剧。为了控制上覆岩层垮落引起的底臌变形,在分析沿空留巷力学环境的基础上,建立底板力学模型,计算出沿空留巷煤帮弹性压缩区、塑性区、破裂区的宽度,以及煤帮对底板的作用力。应用关键层理论,确定顶板硬岩层位置及其破断顺序,以及垮断极限层的层位;采用顶板载荷条带分割法,计算出巷旁支护体对底板的作用力,并引入等效载荷的概念,构建底板等效载荷分布力学模型,将沿空留巷底臌与上覆岩层垮落紧密联系起来,分析上覆岩层垮落对底板的受力及变形影响,推导出底臌变形计算式。研究结果表明:上覆岩层垮落引起的底臌主要是由于塑性区煤体和巷旁支护体下方底板岩层高应力压剪破坏,以及巷道底板和采空区底板在强卸荷条件的拉伸破坏共同影响造成的。基于此,提出了降低塑性区煤体和巷旁支护体传递给底板的作用力,提高采空区冒落矸石对底板的作用力,防止巷道底板岩层拉伸破坏,巷旁支护体宽度、刚度与底板岩层强度相匹配等底臌防控措施,并应用于工程实践。