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.     

采煤塌陷区上方大型厂房建设技术研究

针对采煤塌陷地上建设大型厂房的安全技术问题,以平顶山市某机械制造公司拟建厂区为例,在分析地下采空区特征及分布情况的基础上,通过选取合理的计算参数,采用概率积分法计算了建设场地后续的地表残余沉陷变形。采用经验公式计算了老采空区垮落裂隙带高度,并对比建筑荷载影响深度评价了地基稳定性,分析了老采空区"活化"的可能性。研究表明:新建厂房下方存在3层煤采空区,建筑物后续将承受Ⅰ级残余沉陷变形,由于采空区采深较大不会导致"活化"情况发生。根据地表水平变形这一影响大型钢结构厂房安全性的主要因素的量级情况,提出了针对大型厂房结构特征的抗变形技术措施。工程实践表明,老采空区上建设大型建(构)筑物是安全可行的,可以兼顾功能需要和安全性能,具有较好的技术经济效益。     

马脊梁矿新建变电站场地下伏刀柱式采空区残余空隙率研究

采空区残余空隙率是采空区地基稳定性评价及充填注浆方案设计的重要技术参数,为了确定新建变电站场地下伏刀柱式采空区残余空隙率合理取值,采用离散元软件UDEC模拟了2^#煤刀柱式采空区覆岩垮落特征,得到覆岩垮落高度为9.0 m。考虑冒落矸石碎胀效应,通过自定义fish函数得到采空区垮落范围内块体的残余体积,分析得到2^#煤刀柱式采空区垮落带范围的残余空隙率为0.233。基于模拟得到的残余空隙率,预测得到变电站下伏采空区充填注浆量为25267 m³,预测结果与实际注入量的偏差仅为5.4%。结果表明模拟得到的空隙率能较好地表征采空区垮落范围残余空隙发育程度,可为采空区注浆充填治理提供技术参考。     

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。     

采动塌陷区建筑物地基变形影响区与特征分析

采动残余空洞裂隙的失稳变形是造成塌陷区上方建筑物损害的主要原因。为研究采动塌陷区建筑物地基的变形特征,通过分析附加应力与塌陷区残余空洞裂隙区的分布,对采动塌陷区地基变形影响区进行了研究。基于对采空塌陷残余空洞裂隙区的探测及建筑物地基附加应力分布分析,采动塌陷区地基变形影响范围取pz=0.1σz所对应的深度以上土层;当该深度下分布有残余空洞裂隙区时,则应取残余空洞裂隙区分布深度以上土层为采动塌陷区地基变形影响范围。根据义马某矿采动塌陷区建筑物分布,采用高密度电阻率层析成像勘探技术探测了建筑物周围残余空洞裂隙的分布,通过分析建筑物地基中的应力分布和地基变形影响区特征,阐明了采动塌陷区已建建筑物损害原因。通过研究影响拟建建筑地基中残余空洞裂隙和地基附加应力分布,表明拟建建筑将受塌陷区残余空洞裂隙失稳变形影响,需对地基基础进行加固或变更。     

山东某煤矿老采空区上方大型工程建设案例

以山东某采煤塌陷地为例,开展了煤矿采空区上方大型工程建设研究和实践。通过调查与测绘,高密度电法、大地电磁法、瞬变电磁法等多种地球物理勘查方法和钻探相结合的方法对老采空区进行了精细勘查,获得了4,9,10-2煤3层采空区分布位置、重叠关系、采出率、积水性等参数,揭示了老采空区赋存特征。从地表残余变形对建筑物稳定性影响以及建筑荷载对采空地层稳定性影响2个方面分析了拟建大跨度数据处理中心、4栋高层等建筑物场地稳定性,研究范围内地表因老采空区活化导致的附加变形中附加下沉值为260 mm,超过了拟建建筑修建和使用期间的地基变形要求;9煤层采空区裂缝带与上方高层建筑荷载附加应力影响范围在研究区西部存在重叠区域,部分区域的建筑物地基稳定性差,需要进行采空地层加固治理。采用垂直剖面法确定治理水平治理范围、根据采空覆岩运动特征确定垂直治理范围,依据各煤层采空区间距划分2个注浆层位,注浆钻孔在地面东西走向间距为25 m,南北走向间距为20 m,帷幕孔间距均为15 m,帷幕、注浆孔均一次成孔。采用“无压自流+加压扩散”注浆技术与工艺进行采空地层加固治理,一个注浆层位采用一次注浆工艺,多个注浆层位采用上行式注...     

老采空区地基稳定性附加应力-概率积分法评价

提出运用附加应力-概率积分法对半无限开采缓倾斜煤层的老采空区地基稳定性进行综合评价,为老采空区工程建设提供科学依据。以石家庄钢铁公司拟建原料基地为例,运用该方法分析了煤矿老采空区对工程建设的影响。分析认为拟建工程荷载不会使煤矿老采空区活化,采空区残余变形对拟建工程的影响在允许范围以内,对工程建设影响不大,在拟建场地进行工程建设基本可行,为采空区上方兴建工程提供了科学依据。     

老采空区上方地基稳定性及残余变形规律研究

以峰峰矿区为例,通过对地面荷载与采空区多种组合关系的建筑物基础附加移动和变形的影响规律研究,得到各因素对建筑物稳定性的影响情况。研究结果表明,当建筑物荷载不扰动垮落断裂带时,建筑物安全;当扰动垮落断裂带时,建筑物与采空区相对位置不同所承受的变形也不同,结合实测的资料对老采空区残余变形规律进行了研究,得到残余下沉仍符合开采下沉盆地一般规律的结论。结合研究结论对建筑物的布局和设计提出了建议。     

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。     

采空区对贞丰县龙场二期光伏电站稳定分析及评价

由于采空区地段工程地质条件极其复杂,在采空区场地上进行光伏电站建设,是一项复杂的工程。采空变形及变形引起的地质灾害等工程地质问题尤为突出。因此在光伏电站建设之前,需要对拟建光伏电站及影响区域进行工程地质勘察,查明影响区域内采空区的各项指标参数,根据相关规范对光伏站址稳定性进行分析及评价,为光伏电站建设的适宜性提供可靠依据。以贞丰县龙场二期光伏电站为例,从地形地貌、地层岩性、采空区的分布范围、采空区的基本特征、采空区垮落带和断裂带的计算等方面入手,对拟建光伏电站进行稳定性分析及评价。     

老采空区上方拟建高层建筑物稳定性评估

针对老采空区建设高层建筑物稳定性差的难题,利用理论分析和数值模拟对老采空区拟建高层建筑物稳定性进行评估,得出9#煤层垮落带最大高度为12.4m,导水裂缝带高度为54.4m。10-2#煤层垮落带最大高度为9.2m,导水裂缝带高度为35m。高层建筑物建成后会造成9#煤层采空区二次活化,10-2#煤层采空区也会受到叠加活化效应的影响;待建立18F高层建筑物后,地表发生二次沉降,地基下沉最大值为56.5mm;9#煤层、10-2#煤层采空区注浆充填后,地表沉降减小至6.58mm左右,表明采用地面预注浆工艺能够保证18F高层建筑物的稳定。     

某煤矿采空区场地稳定性综合评价

以徐州某煤矿采空区场地为例,采用传统的采空区稳定性评价方法,根据开采方式、终采时间、地表变形特征、采深采厚比、顶板岩性及松散层厚度等因素对场地地基稳定性进行初步分析,并在分析结果的基础上,采用概率积分法对场地残余变形量进行预测。结果表明,目前建设场地下伏采空区的地面沉降活化期已经结束,场地稳定性具有分区性;场地未来的地面沉降变形将以残余变形为主;将场地内残余倾斜值为2~9.6 mm/m、残余曲率值为0.2~0.95 mm/m2、水平变形值为2~3.6 mm/m的地段场地稳定性等级评价为不稳定区(Ⅲ区),其他地段为基本稳定区(Ⅱ区)及稳定区(Ⅰ区),进而为工程建设提出指导建议。     

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。     

采空区活化失稳关键因素模拟分析

以采空区采动破碎次生岩体为主要研究对象,通过理论分析,对采空区活化影响因素进行了分析,确定了具体工程条件下主要活化因素为充水、建筑荷载。以是否充水、建筑荷载大小为控制因素设计数值模拟方案,得到不同工况下的地表移动变形规律。研究发现,水对破碎岩体变形具有促进作用。通过对4~#煤和9~#煤按照每层0.015 MPa和每层0.1 MPa的建筑荷载进行梯度加载,模拟结果得到4~#煤采空区覆岩地基允许施加荷载为0.045 MPa,影响深度为19 m,不满足建筑物地基建设要求,需要对4~#煤采空区采取加固处理;9~#煤采空区覆岩地基允许施加荷载为2.0 MPa,地基扰动深度70 m,满足设计要求。     

采空区覆岩破坏变形特征研究

以成庄矿4322综采工作面为工程背景,采用分析软件RFPA 2D对该工作面采空区覆岩破坏变形特征进行了数值仿真模拟研究。结果表明:受采矿应力大小、类型及分布等差异性影响,导致不同层段覆岩垮落、裂隙发育程度及类型、裂隙发育高度不同,并在采空区覆岩自下而上依次形成“垮落带、裂隙带及下沉弯曲带”等三个特征明显的采矿破坏变形带。采空区稳定形成后,垮落带最大发育高度达24 m(约3~4倍采高),裂隙带最大高度可达56 m(约9倍采高)。     

浅部条采老采空区受荷载影响的模拟研究

采用相似材料模拟试验研究了建筑荷载影响下的条采老采空区覆岩和煤柱失稳破坏过程。研究表明:随着荷载增大,老采空区覆岩和煤柱在附加应力作用下变形破坏,在采空区上方地表加载时,覆岩呈"鼓形"破坏形态,而后岩层断裂垮落;在煤柱上方地表加载时,煤柱受压缩在边界上方发育高角度纵向裂缝,而后采空区覆岩垮落失稳,沿发育的裂缝切冒至地表。     

过老采空区水源井最佳孔位确定和安全性分析

为了确定峰峰矿区经过老采空区的水源井的最佳孔位,研究其安全性,利用FLAC建立数值模型,参照地表最大可能残余沉降对模型中垮落断裂带岩体进行参数调整,计算分析不同位置处水源井的竖向变形和井壁的竖向允许变形。结果表明:FLAC可以很好地模拟多煤层不同开采方法和边界组合情况下老采空区上覆岩体的移动变形情况;水源井的最佳位置是煤壁的支承影响区域;穿过老采空区的水源井,其竖向变形最大值点位于采高2~5倍的垮落断裂带内;选择K55型的钢管即可满足水源井安全性的要求。     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

煤矿采空区建筑场地地基适宜性分析

为了掌握采空区建筑场地的建筑适宜性,基于地震勘察、地质钻探、残余沉降分析等方法的综合运用,结合本地实际经验,探讨了该场地作为建筑用地的可行性,研究了采空区塌陷盆地残余沉降值计算方法.结果表明现研究区场地的残余下沉量最大值约200 mm,未来的地表沉降变形将以残余变形为主,其地表移动变形的活跃期已经结束.本文分析为同类工程场地问题的评价提供了参考.