韩桥煤矿井田采空区地面建筑地基稳定性研究

 针对多煤层复杂采空区上建设用地,将概率积分法和FLAC3D数值模拟相结合,以概率积分法计算所得地表残余沉降量为已知结果,综合岩石试验结果和工程类比经验,建立多煤层复杂采空区的地质模型,进行反复试算,调整,得出研究区的地表移动变形和垂向应力。同时提出了一种基于FLAC3D的采空区上建筑物稳定性计算分析的方法和程序,认为三维数值模拟能较好地解决采空区上建筑物的稳定性问题,弥补了概率积分法不能反映地质体应力的缺点。     

老采空区地基稳定性模拟分析

利用FLAC2D有限差分程序对老采空区上方地表新建建筑物载荷作用下的地基稳定性进行了模拟分析.研究结果表明,该方法是可行的.为老采空区上方新建建筑物地基稳定性的评价提供了一种新的分析方法.     

锡矿山五窿道老采空区建筑地基稳定性数值模拟分析

为了分析锡矿山锑矿床五窿道区老采空区上方建筑地基稳定性, 对该区的采空区进行了现场调查, 分析和探讨了采空区建筑物移动变形机理和采空区围岩失稳机理。采用ABAQUS对采空区建筑地基稳定性进行三维有限元模拟分析, 研究表明, 该区采空区都存在破坏的可能, 对老采空区必须进行处理。     

FLAC在老采空区地基稳定性评价中的应用研究

以皖北某矿老采空区上方地基稳定性评价为例,研究了应用FLAC进行老采空区地基稳定性评价的过程与方法。研究表明,使用FLAC模拟老采空区地表移动和变形必须对岩层参数进行修正。模拟计算结果显示,老采空区地表残余移动变形与一般开采条件下主断面地表移动和变形具有相同的分布规律,在载荷作用下,地表移动和变形的大小范围均增大,该区域地表残余移动变形不会影响新建建筑物的安全使用。     

建筑物荷载对老采空区地基稳定性影响研究

地表建筑物是老采空区地基稳定性的主要扰动因素之一,地表建筑对地基稳定性的影响程度主要取决于地表建筑的荷载大小以及地表建筑物的位置,采用数值模拟的方法进行了多方案研究,获得的成果为老采空区地基的稳定性评价提供参考。     

基于FLAC~(3D)的采空区注浆加固数值模拟研究

采空区结构复杂,易受外界因素影响发生失稳变形,在其上方兴建建筑物时为确保安全必须进行地基稳定性评价,根据评价结果采取相应的处理措施。由大量国内外工程实践可知,注浆是改良软弱地层和破碎地基的有效方法,是保证地下工程和地面建筑物安全运行的可靠手段。对采空区注浆加固机理、加固模型以及数值模拟中应注意的问题进行了较深入的分析,并以实测工程参数为依据,结合FLAC3D软件,从沉降变形、垂向应力的角度对采空区注浆加固问题进行了分析研究,为相关问题的施工与设计提供一定的借鉴。     

复杂地貌多煤层采空区的稳定性评价

针对复杂地形地质条件的多煤层采空区,将概率积分法与数值模拟相结合,对研究区地表移动变形进行了定量计算和分析.根据拟合的时间影响参数预测计算了海拔900 m水平的采空区残余地表移动变形值.应用趋势面分析结合计算机编程,基于FLAC^3D建立了多层状、宽缓褶皱的地质体三维模型.地质体的力学参数首先参照岩石力学试验和工程经验给出,通过数值模拟试算使之与概率积分初步计算结果相吻合,从而修正并最终确定.最后运用数值模拟得到研究区的垂向位移、隧道径向和切向应力等.将概率积分法与数值模拟相结合评价采空区的稳定性,综合了地质、采矿等多方面的影响因素.     

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。     

基于FLAC~(3D)的采空区群稳定性及处理方案模拟

基于采空区群三维数字建模及分布特征,提出了简化的采空区群稳定性数值模拟分析方案,利用FLAC3D软件计算分析采空区群稳定性状况。针对该矿采空区群稳定性较差的分析结果,建议采用低强度尾砂胶结充填料浆(灰砂比为1∶20,强度为0.4 MPa)充填处理下部空区,数值模拟分析研究结果显示,充填处理采空区群效果良好,大幅度减少了破坏范围,消除了采空区危害。     

神经网络法的采空区地基稳定性评价

为了定量评价采空区地基的稳定性,提出了应用人工神经网络技术进行预测评价.以采煤工作面终采时间、沉降趋势、深厚比、构造复杂程度、上覆岩层强度、相对位置、"活化"因素等作为评价指标,将采空区稳定性等级从稳定至不稳定划分为4个稳定级别,中间层设8个神经元,建立了3层BP人工神经网络模型.利用模糊综合评判结果对神经网络模型进行训练,并预留了8个评价单元用于检验.BP人工神经网络在训练过程中显示出良好的收敛效果,训练后的BP人工神经网络模型对采空区稳定性的预测评价结果正确,对工程建设的可行性评估和规划设计等具有指导意义.     

积水采空区地面-钻孔瞬变电磁探测技术

小煤窑积水采空区威胁煤矿安全生产,为有效识别钻孔旁侧遗漏的积水采空区并确定其空间位置,采用地面发射阶跃磁场、钻孔中接收三分量感应场的观测方式进行地面-钻孔瞬变电磁探测。通过构建积水采空区地电模型,正演分析了异常的响应特征及异常场随异常体电阻率、规模和相对钻孔距离变化的规律。计算结果表明:异常场的3个分量均响应明显,X,Y分量过零点与Z分量极值点对应异常体深度;X,Y分量幅值相对较小,但为纯异常场,便于识别和提取;Z分量幅值相对较强,但异常场为背景场的千分之一,不易识别和提取;由于更接近异常体,地面-钻孔观测方式相比地面瞬变电磁采集到的Z分量异常信号更强;异常响应强度随异常体电阻率降低、规模增大、距离减小而增强。基于等效电流环理论,设计了最小二乘约束反演算法,通过反演拟合异常场能获得异常体的中心坐标、倾角、尺寸等参数,实现异常体的空间定位。在陕西省榆林市某煤矿使用地面-钻孔瞬变电磁法开展积水采空区探测实验,采集的X,Y分量数据在目标层附近表现明显的异常响应特征,通过对1.0 ms和1.3 ms的异常场数据进行反演拟合,发现并推断钻孔北侧存在小煤窑积水采空区,反演结果得到后期钻孔验证,与实际揭露情况吻合。理论分析与现场实验证明:地面钻孔瞬变电磁法能有效探测到钻孔旁侧的积水采空区,实现"一孔多用"并突破"一孔之见",为小煤窑积水采空区的精细探查提供了一种新的地球物理勘探手段。     

人工神经网络在老采空区残余沉降的应用研究

在分析单一工作面残余沉降影响因素的基础上,通过利用观测站最大下沉速度之后的已有部分观测数据,采用L-M的BP算法,建立了老采空区残余沉降预测模型,并对模型进行对比分析。结果表明：用人工神经网络方法进行老采空区残余沉降预测是可行的,具有积极意义。     

废弃采空区地基稳定性极简评价指标体系构建

废弃采空区不良地基残余变形威胁其上方拟建工程的运营安全，对其开发利用前需进行地基稳定性评价，而当前地基稳定性评价指标体系中因素纷繁复杂且数量庞大，极易导致评价结果失去科学性和合理性。以河南古汉山矿和吴村矿废弃采空区上方的武云高速建设为例，基于研究区域的实际地质采矿环境，首先遵从唯一性、目的性、可行性和可观测性四大原则对初选指标进行定性筛选；其次，基于改进灰色关联度算法对定性筛选出的结果再次进行定量筛选，确定了煤层埋深、建(构)筑物荷载扰动深度与导水裂隙带垂向间距以及停采时间作为评价指标，进而构建了适用于武云高速建设地基稳定性评判的极简评价指标体系，通过引入效度系数和相关性系数分析了该指标体系的有效性和可靠性。研究表明：运用所构建的极简指标体系评价武云高速建设地基处于基本稳定状态，评价结果与其他指标体系的评价结果较一致，且由于所构建的指标体系仅含有3个主要指标，可极大减轻系统的计算负担，简化评估过程。     

河南省济源市玉川产业聚集区矿山生态环境地质问题及治理对策

矿山地质生态环境问题越来越受到国家的重视,其引发的地质灾害一直是制约部分地区发展的瓶颈。以人口较为密集的河南省济源市玉川产业聚集区内的矿山为研究对象,通过资料收集与分析、野外实地调查、综合研究等方法,总结了研究区内比较典型的地质环境问题,即露天采坑、渣堆、废弃石料厂、废弃石灰窑、废弃平硐、采空区、地面塌陷等,并且以比较典型的 NJ4′治理区为例,该区内发育地质灾害主要有露天采坑7个、渣堆7处、废弃石料厂4处、废弃石灰窑11座、废弃平硐12处、采空区3处、地面塌陷坑2处。采用“采空区浅部回填,深部地表设置警示牌+高陡边坡上部大坡比放坡回填至坡脚+采坑内挖高填低呈斜坡平整+截排水+道路+覆土植树+灌溉工程”的综合治理对策,为与该地区相似的矿山地质环境问题的治理提供参考。     

综放工作面过空巷注浆加固技术应用

针对13031工作面平交过13031中顺槽空巷的现场情况,建立测站收集数据分析空巷巷道应力、围岩位移变化规律情况及影响范围,根据分析结果,采用注浆加固技术对空巷煤体进行超前加固,并在回采过程中对空巷采用超前背顶加固的方式进行加强支护.现场应用结果表明,该方案提高空巷煤体的整体性和强度,达到了加固的目的,且效果良好.     

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于“间接减法”理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。     

山西省废弃矿井采空区煤层气地面抽采实践

历史上部分中小煤矿受回采工艺、技术等限制,采空区遗留有大量煤炭,所释放煤层气(瓦斯),对安全生产造成影响;部分煤层气通过上覆地表裂隙散放至大气中,造成环境污染。针对上述安全、环境及社会问题,以山西省废弃矿井采空区煤层气治理为工程背景,提出了废弃矿井采空区煤层气地面钻采技术及配套工艺体系。即使用惰性气体如氮气等作为地面钻井循环介质,安全揭露采空区顶板裂隙带及垮落带,根据煤层气浓度通过增压机组等设备进行负压抽采,实现分级抽采利用废弃矿井采空区煤层气的目的。应用实践表明,采空区地面井平均产能达2000m^3/d,部分高产井产能甚至达到6000m^3/d,抽采年限达6年以上。     

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。