高密度电阻率法在采空区勘查及稳定性综合评价中的应用研究

为了查明研究区下伏采空区分布情况己采空区上部岩土层分布、性质及稳定性,采用高密度电阻率法,查明了研究区40 m以浅(-25 m中段以上)地下采空区的平面及剖面特征。通过采空区场地稳定性定性评价和定量评价,研究区-25 m中段采空区稳定性为不稳定,-50、-77 m中段采空区稳定性分别为基本稳定和稳定。结合勘查成果,对采空区稳定性进行评价,将研究区分为不稳定区、基本稳定区和稳定区3个区,面积分别43 239、22 574、53 761 m²。估算研究区-25 m中段以上采空区剩余空洞体积约8万m³。结合现状实际情况,可采用注浆充填和局部支撑法相结合的治理方法。研究为治理工程设计及施工提供了依据。     

下伏采空区的寓仁隧道残余变形预测研究

寓仁隧道拟穿越太岳煤矿采空区的上覆岩层区域,该区域属于近水平煤层群,各工作面开停采时间较近且距离相近,不同工作面采空区产生的沉降变形共同影响隧道沿线安全,所以准确预测采空区残余变形对隧道的影响是保障隧道建设及使用安全的关键。本文采用变采厚概率积分法对山西省太岳煤矿不同停采时间的多个采空区在2020年后的残余变形量进行预测,并分析了采空区残余变形对寓仁隧道线路的影响。分析结果表明,新建寓仁隧道线路上的潜在的最大地表沉降量为366 mm,沿隧道方向最大残余水平位移为112 mm,垂直隧道方向最大残余水平位移为27 mm,最大残余倾斜变形为1.98 mm/m,最大残余曲率变形为0.033 mm/m2,均出现在隧道起点附近位置;新建寓仁隧道残余沉降量等变形量和工作面停采时间有一定相关性,停采时间越短变形数值越大,因此隧道长期稳定性受2205工作面影响较大;通过分析倾斜和曲率等参数,认为隧道有南北侧向坡度倾斜趋势及轴线受拉开裂或压缩隆起的复合变形。本计算结果可为隧道穿越采空区提供场地变形预测作为参考。     

老采空区残余移动变形分区研究

通过对废弃老采空区分析，将老采空区分为三种不同类型区：(1)由最大下沉值组成的竖向压缩区；(2)由下沉拐点到最大下沉点组成的不稳定区；(3)由边界点到下沉拐点组成的半稳定区。并对其残余沉降空间进行了分析。根据老采空区特点．提出了残余移动变形等效采厚的概率积分预测方法，对老采空区残余沉降预测方法研究起到推动作用。     

老采空区残余移动变形分区研究

通过对废弃老采空区分析,将老采空区分为三种不同类型区:(1)由最大下沉值组成的竖向压缩区;(2)由下沉拐点到最大下沉点组成的不稳定区;(3)由边界点到下沉拐点组成的半稳定区。并对其残余沉降空间进行了分析。根据老采空区特点,提出了残余移动变形等效采厚的概率积分预测方法,对老采空区残余沉降预测方法研究起到推动作用。     

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.     

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。     

急倾斜煤层老采空区地基稳定性评价

为了保障采空区地表土地高效利用,掌握采空区地基稳定性现状对后期城市规划、确保人民生命财产安全意义重大。以唐山市某煤矿下伏急倾斜煤层老采空区为研究对象,在明确老采空区地质条件、煤层开采情况下,综合采用瞬变电磁法、三维高密度电法探测手段,并在重点区域布设钻探工程加以验证;结合本地实际经验及地质调查成果资料,运用概率积分法计算得出研究区地表残余变形,进而掌握研究区地基整体稳定性。结果表明：(1)研究区内存在多处残留采空空洞,其分布特征与煤层露头分布走向相关性较好;(2)研究区未来地表沉降变形将以残余变形为主,地表最大残余下沉量为300.68 mm,地基稳定性为欠稳定—基本稳定。鉴于采空区分布及地表残余变形计算结果,综合分析认定研究区地基稳定性较差,为保证土地后续安全利用,需采取高效治理措施。该研究方法可为急倾斜煤层老采空区探测及地基稳定性评价提供技术参考。     

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评价及分区研究

为了研究老采空区地基稳定性问题,以徐州市经济技术开发区某场地为例,从采空区三带模型出发,对采空区地表变形机理及基本规律进行研究,在此基础上结合矿区煤层可采边界及地表移动变形参数,使用地表开采沉陷预计系统MSPS对采空区引起的地面残余变形程度进行预测。研究结果表明:目前场地地表移动变形的活跃期已经结束,未来的地表沉降变形将以残余变形为主,并根据残余变形程度对采空区稳定性进行合理分区,进而对工程建设提出指导建议。     

武云高速建设场地残余沉降及治理对策研究

为了获得可靠的采空区地表残余沉降数据,准确判定采空区稳定性,以武云高速采空区段建设场地为例,利用DS05精密水准仪按一等水准测量精度进行周期监测,监测结果表明:K30+800~K31+500路段累积最大残余沉降值超过20mm,残余沉降速度具有显著的周期变化特征。K31+700~K33+000路段残余沉降值明显小于K30+800~K31+500路段,累积残余沉降小于5mm,且沉降值与采空区埋深成反比关系。以此为基础,提出了武云高速采空区段建设场地的治理对策:采用加铺土工布、土工格栅等材料,提高路基的整体稳定性,同时路面采用柔性材料,以满足采空区剩余变形要求,确保高速公路通车安全。     

建筑物下ZFN87013工作面开采地表变形预计

为分析东宁煤矿建筑物下ZFN87013工作面开采可行性,采用概率积分法对其采后的地表变形进行分析。通过查阅文献,确定一级保护标准各个变形值:极限倾斜值小于等于3. 0 mm/m、曲率值小于等于0. 2×10~(-3)/m、水平变形值小于等于2. 0 mm/m、扭曲变形值小于等于0. 1×10~(-3)/m、剪切变形小于等于1 mm/m。基于概率积分法应用MATLAB软件对采后地表变形进行预计,得到下沉最大值为1. 344 0 m,倾斜最大值为0. 522 9 mm/m、曲率最大值为0. 005 6×10~(-3)/m、水平移动最大值为0. 832 2 m、水平变形最大值为0. 374 1 mm/m、扭曲最大值为0. 007 7×10~(-3)/m、剪切最大值为0. 414 6 mm/m。对比一级标准和预计结果,得出ZFN87013工作面开采可行。     

铁矿充填剩余空区地表建筑建设适宜性评价方法

为了评价张马屯铁矿采空区充填剩余空区地表建设的适宜性,通过现场实测、理论分析和经验类比相结合的研究方法,分析了小片采空区、连片采空区和上下两层采空区3种不同类型充填剩余空区的顶板 稳定性,划分了地表不同程度残余变形区域,研究了建筑物载荷影响深度与覆岩破坏高度的相对关系,分析了地表监测点沉降特征,评价了建筑建设适宜性,并提出了建设场地安全保障措施。研究表明：张马屯铁矿 剩余空区顶板稳定,不会发生大面积塌陷,建设场地地表75.8%区域内建筑受到I级轻微损坏变形,15.6%区域内建筑受到Ⅱ级轻度损坏变形,危险程度较低,地表新增360 kPa建筑荷载对剩余空区稳定性无影响,地表 整体沉降较小,剩余空区稳定性较好,建设场地进行工程建设（建筑高度36 m以下）的适宜性较好。     

多层复杂采空区上建筑物稳定性数值模拟分析

基于多层采空区的复杂建设用地,利用已有的勘察结果,以地表变形计算的残余沉降量作为已知的结果,通过综合岩石试验的结果及工程类比经验,将地质模型中各类岩组赋予适当的物理力学性质参数,进行反复试算、调整,最大限度地按照实际地质体的地质条件和工程条件反演地质体材料属性参数,建立多层复杂的采空区的地质模型.通过数值模拟计算结果显示,采空区进行注浆处理后,选择适当的基础型式,则有无建筑物条件下的地面沉降变形值均很小,且变化不大.这些方法可以有效地预测在建筑物荷载作用下采空区的沉降变形,为评价场地的工程地质稳定性和工程建设适宜性.     

天然气管道建设场地房采采空区稳定性评价方法

为了准确评估天然气管道建设场地房柱式开采工艺遗留采空区的稳定性,在分析采空区地质条件的基础上,根据有关规范要求,完成了开采沉陷区地表残余影响的移动变形计算、覆岩破坏高度与建设工程影响深度的安全性分析、煤柱的长期稳定性分析。综合分析结果表明,天然气管道建设场地房采采空区不稳定。论文还提出了处理不稳定采空区的措施建议,可为房柱式开采工艺遗留的采空区地表建设提供参考。     

我国采煤沉陷区建筑利用关键技术及展望

采煤沉陷区建筑利用是解决资源城市转型发展用地和沉陷区村庄搬迁选址土地资源短缺难题的重要途径。系统进行采煤沉陷区情况调研、城镇建设建筑利用需求分析和工程发展历程回顾总结。归纳采煤沉陷区建筑利用关键技术,首先凝练提出采空区精准勘察的多种物探勘察、钻探勘察、钻孔彩色电视和三维激光扫描等技术,并给出了5种物探方法适用条件;通过整体分析评价技术中采动空间和采动时间稳定性问题,并基于场地稳定性、地基稳定性评价判据提出了工程建设5种(不适宜作地基的区域、暂不适宜作地基的区域、要求井下采空区处理的区域、可作地基的区域和推荐作地基的区域)适宜性分类;总结列出采空区加固治理与地面建筑抗变形结构设计的井上下措施及其关键技术;最后,针对采煤沉陷区城镇建设中建筑利用技术难题和不足,提出加强采煤沉陷区城镇建设和建筑利用的空间整体规划统筹引领作用,提升采空区精准勘探和地基加固治理技术装备水平,拓展移动期后采空区残余移动变形时空规律研究,加强采空区与建筑结构变形协同作用机理和效果优化研究,加强建设场地和建(构)筑物监测监控技术装备研发等今后研究发展方向,为推动采煤沉陷区城镇化建设科学研究与工程实践发展提供借鉴和参考。     

下保护层开采对上覆巷道围岩稳定性的影响

为研究下保护层开采对上覆煤巷围岩稳定性的影响,以丁集矿布置于11#煤层上方的1331运输巷为研究对象,对其围岩应力、变形及锚杆轴力变化进行数值模拟研究。结果表明:11#煤层开采对1331运输巷产生了动态影响,根据动态影响程度可将巷道划分为:采动影响稳定区、采动影响剧烈区以及采后卸压稳定区;围岩变形与锚杆轴力变化规律基本一致,最大增速区域均位于工作面前方10 m至后方40 m范围,该范围也是巷道卸压剧烈区范围,围岩应力呈现负指数函数减小趋势,垂直应力与剪应力分别减小20.917 MPa和6.96 MPa,降幅高达44.24%和38.03%;围岩受下保护层采动影响范围约为50 m,顶板受影响程度较大,累计下沉量为165~248 mm。     

开滦唐家庄矿采空区上方地基稳定性评价

针对原唐家庄矿工业场地下方采空区的具体条件,通过地表残余移动变形预计、建筑物载荷影响评价、煤柱长期稳定性分析等方法,对老采空区上方地基稳定性进行了评价。     

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。     

采动期间高等级公路DInSAR监测及损害治理

为了评定采动期间地表沉降对采空区上方高等级公路的破坏程度,采用合成孔径差分干涉测量(DInSAR)的技术,利用南屯矿区10景TerraSAR-X卫星数据,对位于老采空区上方的高等级公路在重复采动条件下的沉降情况进行监测。获取了监测期间的开采沉陷时序关系图,这是传统测量方法难以达到的。通过提取出高等级公路时间序列上的下沉值,并基于此值对邹济高等级公路进行损害程度评定,研究表明:公路在监测期间内最大下沉值达到210 mm,最大水平变形为3.1 mm/m,最大曲率为0.046 mm/m2,最大倾斜为3.175 mm/m,使公路产生裂缝、隆起,属于轻微损害,针对损害特征给出了相应措施。     

基于D-InSAR技术的老采空区稳定性监测研究

科学揭示采动区变形规律是开发利用老采空区的核心环节。文中以淮南矿区为例,基于ALOS数据,利用D-InSAR技术和精细化策略,反演了淮南煤矿采动区2008.10.11~2008.11.26时段三维历史变形场。解译结果表明:(1)位于该时段内宏观上监测到10个动态沉陷区;(2)基于ENVI平台分别定量解析了各采动区历史沉降场,实验结果显示采动区日沉降速率为2.04 mm/d~3.65 mm/d,按照1.67 mm/d稳定判别标准,则此十个采动区均处在活跃阶段,最大变形速率发生在8区。文中研究成果对开发利用煤矿采动地基具有重要参考价值。