采空区稳定性分析与评价
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析
公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析◎王勇（作者单位：湖南省高速公路集团有限公司）引言：目前，我国对于资源的需要在不断的增加，开采量也越来也大，长期发展下去，我们所面临的采空区面积也在不断增加，但我国随着交通建设的不断发展和土地资源的日益稀缺，公路压覆和穿越采空区地表的现象就普遍存在，这样极有可能会存在很大的安全隐患，因此我们需要对公路压覆石膏芒硝矿采空区稳定性及影响评价分析，找到真正的影响因素，以减少地面塌陷、地压灾害等地质灾害情况发生。
一、案例基本情况概述湖南省衡山石膏矿开采区，西高东低，主巷道为南北向，开采厚度约2.5m 左右，少数矿坑采用废渣回填，主道宽2m 多，铁轨60cm，有砼支护。
路线K1+260-K3+500段，为含厚度2-4m 的泥质石膏（青石膏）层，上下为白垩系紫红色泥质粉砂岩，岩石倾向北东向70°，倾角3-5°，青石膏矿层沿岩层走向分布，倾向北东向，倾角约2-5°，石膏矿层走向与岩体走向基本一致，埋深西高东低。
桥位里程K1+900-K2+710为乡镇企业曙光石膏矿和棠兴石膏矿矿区范围，矿层及采空区埋深西高东低，倾斜开采，采空区洞高一般按2.5m 设计，实际开采洞高范围在2.5-3.5m 之间。
其中在K2+040左侧20m 出地表有塌陷（约10年前塌陷）。
其中K1+900-K2+160为尚不确定的路段，因地表存在塌陷，钻孔揭露矿层，但未揭露采空区，需进一步物探和钻探验证。
二、石膏矿采空区稳定性影响因素由于石膏矿的开采主要是以地下为主，开采的深度往往较浅，所以石膏矿山的采空区往往是地质灾害的易发地区，其地质灾害的形式表现为多方面，相关人士对各种已发的地质灾害形式进行分析研究，发现影响石膏矿采工区稳定性的因素较多，但主要是受矿柱和顶板的影响。
因为矿柱失稳会使采空区发生坍塌，顶板失稳，护顶层掉落坍塌。
对于已经得到的结论，矿柱和顶板的稳定性决定了石膏矿采空区的稳定性，所以研究石膏矿采空区稳定性就不得不对矿柱和顶板的稳定性进行研究，其实影响两者的因素较多，采空区的面积大小、矿柱的面积比率大小、矿柱的宽高比大小、采空区岩体结构、采空区开采的深度、采空区采空的时间、地下水形式等等多种因素都会对矿柱和顶板的承压产生一定的影响。
影响采空区稳定性因素分析
影响采空区稳定性因素分析摘要：洛钼集团矿山公司所开采的三道庄钨钼矿床是一个特大型的钨钼矿，90年代前，由于进行大规模的地下开采，形成了大量的地下采空区，优其是东南部较大空区，从去年发生一次小规模的塌落以来，一直未能进行正常的开采。
穿孔设备无法进行正常的作业，严重影响了生产的正常进行。
所以对采空区稳定性因素进行深入分析以入其空间位置的探测和力学性质等的研究就优为重要。
关键词：露天开采；采空区；岩石稳定性；应力分析Abstract: The perforation device can not be a normal job, seriously affecting the normal production. Goaf stability factors in-depth analysis into the spatial location of the detection and mechanical properties of the research on gifted was important.Key words: open-pit mining; goaf; rock stability; stress analysis1.引言三道庄钨钼矿区是地下采矿转露采的典型矿山，上世纪80年代初至90年代末，由于地下无序开采，滥采滥挖，把我一个完整的三道庄钼矿区挖得是千疮百孔。
井下采场开挖后，其周围岩体应力发生变化，应力将重新分布，在采场的各个方向将发生不同程度的位移状况和屈服状况，给后来的露天采矿带来许多安全隐患。
在开采过程中安全有效的采空区处理是必须超前进行的。
2.井下采空区围岩应力、位移及屈服状态的一般规律如下：2.1. 采空区顶、底板及帮壁为拉应力集中部位，采空区帮壁与顶底板的交接处（采空区上下边角处）为压应力和剪应力集中部位。
最大拉应力出现于采空区顶板中央处，最大压应力和最大剪应力出现于采空区边角处。
采空区地基稳定性问题实例分析
采空区地基稳定性问题实例分析建筑工程所 任彦会 万叶青摘 要针对潍柴动力股份有限公司铸造中心一期工程建设，最初选址为采空区地基的问题，通过多方论证和预测分析，对该采空区地基进行了综合评价，最终否定了该选址方案，从而避免了灾害的发生。
本文汇总有关评价方法，以供类似工程参考。
关键词采空区 地基 塌陷1 采空区概念采空区是将岩体中间的煤层或矿层开挖后在顶板和底板岩层之间形成的空间区域。
采空区根据开采现状可分为老采空区、现采空区和未来采空区三类，其中老采空区是指建筑物兴建时，历史上已经采空的场地；现采空区是指建筑物兴建时，地下正在采掘的场地；未来采空区则是指建筑物兴建时，地下富存有工业价值的矿层，目前尚未开采，而规划中要开采的场地，见图一。
图一 采空区剖面示意图采空区所带来的主要灾害是地表变形和采空塌陷，其特点是：采空区面积区域性差异大，所产生的地质灾害及带来的影响也各不相同，一般是同一地区采深采厚比越大、采空区面积越大、开采层数越多其所造成的地面影响也越大。
大面积的采空区扰动了地球环境，改变与破坏了地球表面和岩石圈的自然平衡，产生了大面积的采空塌陷等地质灾害。
其结果导致江河断流，泉水、地下水枯竭，土地干旱贫瘠，农业欠收，生态环境恶化；还会导致高速公路、铁路、机场和西气东输、南水北调等重大工程以及城市建筑因处理采空问题而增加建设难度的费用。
2 工程概况本工程潍柴动力股份有限公司铸造中心一期工程，占地面积约为800亩，总投资约12亿元人民币，工艺先进，居世界领先水平，一期工程均为新建建筑，主要建筑物包括1号铸铁车间（70000㎡）、综合库、成品库、金属炉料库、焦炭石灰石及耐火材料库、膨胀土煤粉合金库、砂库、气体机装配试验车间及其配套服务的厂区办公楼、食堂、浴室、其他辅助站房等共计10万余平方米建筑面积。
1号铸铁车间是主要生产车间，屋架下弦标高标高12.000~15.000米，跨度18~24米，钢排架结构；主要结构采用焊接H型钢柱，梯形钢屋架钢天窗架，1.5x6.0米预应力大型钢筋混凝土屋面板构件；维护结构采用煤矸石砖墙体，外加单层彩钢板；冲天炉是铸造中心关键设备，为美国公司厂品，30多米高钢框架结构，对地基不均匀沉降要求较高，不允许有沉降差；其余大部分生产线采用进口设备，对地基不均匀沉降要求也较高，允许沉降差2/1000。
公路采空区的勘察和稳定性评价
INDUSTRIAL INNOVATION 产业创新研究对公路采空区进行勘察及稳定性评价，查明采空区分布及特征，并对采空区进行稳定性计算评价，为下一步是否进行治理设计提供依据。
采空区勘察主要是通过收集资料、采空区调查与测绘、移动变形观测、物探、工程钻探等手段进行，稳定性评价方法有开采条件判别法、地表移动变形预计法（概率积分法）、地表移动变形观测法、极限平衡分析法以及数值模拟分析法等。
本文基于S233至S315连接线（荥巩界至口头段）项目，介绍该线路采空区勘察和稳定性评价方法。
一、工程概况S233至S315（荥巩界至口头段）连接线起点桩号K3+421.5，终点桩号K7+865.325，整体呈东西走向，路线全长4.444km，采用设计速度为80km/h、双向四车道一级公路标准，路基宽24.5m。
线路征地范围内有3个煤矿，分别为宏基煤矿、双楼煤矿和富堡煤矿。
二、煤矿开采情况（一）富堡煤矿开采情况富堡煤矿矿山目前已建成主、副井和风井，开采煤层为一1煤层和二1煤层。
属稳定性煤层，煤层结构简单，在2014年巷道基建完成后发生突水，现一直处于停产状态。
（二）双楼煤矿开采情况巩义市米河镇双楼煤矿，开采方式为地下开采，始建于1997年。
该矿主要开采一1煤层，矿井开拓方式采用立井单水平（±0）上下山开拓，主、副井和风井均为立井，主井位于矿区南部，副井位于矿区西部，风井位于矿区东南部，井筒落底到一1煤层顶板，开采水平最深为-200m。
采煤方法为走向长壁式放炮落煤，全部垮落法管理顶板。
该矿于2011年正式关闭。
（三）宏基煤矿开采情况宏基煤矿现有生产矿井两对，其中十号井开采一1煤层，谷山井开采二1煤层。
十号井位于井田中部，煤层结构简单。
立井单水平开拓布置，分区分水平开采，为采区工作面走向后退式长壁式采煤法，炮采落煤，一次采全高。
该煤层基本采完。
谷山井采用综采分层开采采煤方法，全部垮落法管理顶板。
该矿井为煤与瓦斯突出矿井，为了保证工作面的正常接替，采区还配备一个瓦斯抽采工作面。
下广公路采空区稳定性分析及评价论文
下广公路采空区稳定性分析及评价摘要：在论述省道下广公路下伏蔚西煤矿采空区地质，采煤和工程地质特征的基础上，采用数值模拟定性与定量分析、评价采空区的稳定性。
研究表明：该采空区的变形尚未完成，对该公路在原址改扩建将产生很大危害，必须采取相应的工程治理措施。
关键词：公路；采空区；稳定性；分析评价中图分类号：x734 文章标识码：a文章编号：1、前言在冀晋蒙地区修建高等级公路时，常会遇到煤矿采空区。
采空区指地下矿床开采后遗留下的空间，当回采完毕后顶板在重力作用下冒落，而冒落带充满回采空间则是缓慢过程。
特别是老采空区上覆岩层由于经历了剧烈、复杂的移动和变形，其地表必将发生明显变化。
因此评价采空区地表稳定性, 采用合理的工程措施, 是实际工作中必须解决的问题。
本文就下广公路下伏蔚西煤矿采空区为例, 论述其采空区地质、采煤及工程地质特征，通过定性与定量方法，分析与评价该煤矿采空区的稳定性和安全性，为今后公路建设预防和防治类似地质灾害提供有益的借鉴。
2、蔚西煤矿采空区工程地质概述蔚西煤矿采空区位于下广公路k125+180~k125+660路段（影响路线长度480m），拟改建公路设计高程高于地面标高1.5m左右。
该矿位于大煤田西南部边缘，煤炭储量相对较小，含煤地层为下侏罗系下花园组，并不整合于下伏老地层之上，为一套河流～湖泊～泥炭沼泽相沉积，上部为钙质页岩、含砾粗砂岩；中部以砂岩、砂质泥岩为主（并含层煤），其沉积旋迥、韵律重复出现；下部为灰黑色泥岩、灰色砂岩、紫红色泥岩。
该矿井缺失1#和3#煤层，2#煤层不稳定且成煤薄（厚度0.3～0.6m），4#煤层极不稳定并与碳质泥岩呈互层状，该层基本未开采；5#煤层稳定并普遍沉积，为单斜构造，煤层厚度3.3～5.1m，为矿井主要可采煤层。
开采煤层深度55~183m,煤层伪顶为0.5m炭质泥岩，直接顶为3m砂质泥岩, 覆岩以泥岩、砂岩互层为主。
底板为中粗砂岩。
地层倾向300°、倾角15°。
采空区稳定性可靠度及其影响因素敏感性分析
02
实验研究方 法的发展： 提高实验数 据的准确性 和可靠性
03
智能监测技 术的应用： 实现实时监 测和预警
04
多学科交叉 技术的应用： 提高分析问 题的深度和 广度
政策法规支持
01
政府出台相关政策， 支持采空区稳定性可
靠度的研究与开发
04
鼓励企业加大投入， 提高采空区稳定性 可靠度的技术水平 和应用范围
工程实践
03
某金矿采空区 稳定性可靠度
工程实践
04
某铜矿采空区 稳定性可靠度
工程实践
稳定性可靠度的控制措施
01
02
03
04
加强采空区监测： 实时监测采空区变 形、位移等情况，
及时采取措施
优化采矿工艺：采 用先进的采矿工艺， 降低采空区稳定性
风险
加强支护设计：合 理设计支护结构， 提高采空区稳定性
加强安全管理：建 立健全安全管理制 度，提高采空区安
地下水：地下水的存在和 运动对采空区稳定性有很 大影响
采空区充填：采空区充填 材料的选择和充填质量对 采空区稳定性有很大影响
采空区监测：采空区监测 技术的选择和监测结果对 采空区稳定性有很大影响
采空区稳定性的评估方法
数值模拟法：通过建立数值模型，模拟采空区的 应力、变形和破坏过程，评估其稳定性。
现场监测法：通过在采空区布置监测点，实时监 测采空区的变形、应力等参数，评估其稳定性。
经验公式法：根据已有的经验和数据，建立经验 公式，评估采空区的稳定性。
综合评估法：综合运用多种方法，对采空区的稳 定性进行因素的识别
01
地质条件：地层结构、岩性、地下水等
02 采矿工艺：采矿方法、采矿设备、采矿参数等
采空区地基稳定性评价报告
一、工程概况xx集团拟在xx煤矿工业广场区域新建一座50万吨/年的甲醇厂，拟建厂址利用xx煤矿的工业广场留设煤柱没有开采的有利条件，尽可能把新建甲醇厂的重要建（构）筑物布置在工业广场留设的煤柱之上（xx煤矿工业广场建筑物平面图见图1-1所示），其他建（构）筑物布置在工业广场周围的采空区之上。
拟建厂址东西长约1200m，南北宽约760m，占地面积900余亩；西为邹唐公路，北与西侧为xx煤矿铁路专用线。
交通十分便利，基础设施齐全，地形较为平坦开阔。
拟建工程建（构）筑物总平面布置见图1-2所示。
主要建、构筑物名称及要素见表1-1所示。
大型重要设备尺寸见表1-2。
荷重最大的设备为甲醇合成塔、甲醇洗涤塔、气化炉、澄清槽等。
建构筑物最高的为煤筒仓（高度43.5m）和气化框架（高度39m）。
大部分设备基础采用桩基础，钢筋混凝土结构。
精密设备、超长轴设备如大型压缩机、泵，基本都是联合平台，联合基础，不允许局部沉降。
大部分设备对下沉都比较敏感，特别是大型压缩机有轴位移和轴震动非常精密的检测报警设备，位移和振幅一般要求小于0.5mm。
表1-2 大型重要设备尺寸234二、地质采矿条件xx煤矿是xx矿区开发最早的矿井，位于xx市南xx镇和xx镇境内，井口北距xx市约11km。
xx煤矿于1960年开始建设，设计生产能力为30万t/年，1978年改扩建至45万t/年，1990年后矿井进入衰老期，1991年底注销矿井设计生产能力，之后回收部分煤柱，至2002年回收完毕，然后闭坑。
1、地层x州煤田位于鲁西隆起区西南缘的x州向斜内，属石炭二迭系含煤地层。
井田内地层自上而下分述如下：第四系，厚15.92～58.50m，由棕黄色砂质粘土及粘土质砂砾组成，含3层含水砂或砂砾层。
上侏罗系，厚0～266.59m，以紫红色厚层状中、细砂岩为主，泥质胶结，夹薄层砾岩、砂砾岩和泥岩。
下部含绿灰岩、粉砂岩互层。
底部为一层不稳定的砾岩。
石炭系太原群，井田内沉积厚度一般为151.48m，由薄层深灰色粉砂岩、泥岩和灰～绿灰色砂岩组成，中夹灰岩8层、薄煤层15层，是本区主要含煤层段，可采煤层为第16上、17、18上层煤。
基于CMS及DIMINE—FLAC 3D耦合技术的采空区稳定性分析与评价
的采空） ， 且许多早期、 浅部空区已经发生垮塌， 多个中段
上下相邻或同一水平相邻的空 区发生贯通， 甚至部分已
经贯通地表， 对地表各种工业和社会活动， 以及生态环 境造成一定的威胁， 存在较准确性和可靠性．
２ 空区精密探测系统（Ｍ） ＣＳ
区的三维模型． 在此基础上， 研究提出了一种空 区稳定 性数值模拟建模的 Ｄ Ｍ Ｎ Ｉ ＩＥ和 Ｆ Ａ 如耦合方法， ＬＣ 解决 了数值模拟软件 Ｆ Ａ ∞ Ｌ Ｃ 在复杂地质体模型构建及单 元网格划分等前处理问题上存在的工作量大、 建模困
难 等 问题 【 形 成 了基 于 实测 的采 空 区稳 定 性数 值 模 ，
值模型， 化 复杂 空区 简 稳定性计算的结果， 高了准确性和可靠性． 并提 结果表 明， 使用地质模 型转换的数值计 算模型， 空区稳定性进 对采
行 了成功的模拟， 明采 用“ 并证 地质 一数值” 耦合方法的方法对采空区稳定性研 究是可行的．
关键 词 ： 空 区： 区探 测 系统 ；Ｉ Ｎ ；Ｌ Ｃ ） 定 性研 究 采 空 Ｄ ＭＩ ＥＦ Ａ ａ稳 ；
收稿 日期 ：０ ９ １— ４ ２ ０ — ２ ２
基金项 目： 国家自然科学基金重大资助项 目（ ４ｏ７） ５ ９２０ ｏ 通信作者 ： 明涛（ ７ － 男， 贾 １ ３ 】 河南南阳人， 博士， ９ ， 教授。 研究方向： 数字矿山， 采矿方案模拟优化． ｍ ｉ ／ ｔ ＿ ａ ６ ． ｍ Ｅ ａ ： ｎ ａ ｊ ＠１３ ｏ — ／ ｇｏｉ ｍ ｃ
加而逐渐趋于极小值， 则计算是稳定的， 计算就是 否则，
不稳定的Ⅱ堋首先从 已知的应力或力， ３． － 据运动方程导 出新的速度和位移， 由速度导出应变速率， 然后 从而求 出新 的应力 ．
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采空区稳定性分析与评价
【摘要】如今，随着我国的经济及许多方面都在不断的发展，我们在开采不同矿产资源的过程中遇到的问题也随之暴露出来，比如说北方的冬天要大量的消耗煤炭资源，但是随着
我们对煤炭的大量开采，地下就会形成采空区，我们对资源的开发又不能只局限在地表，那
么在矿区地表建筑物的稳定性就会受到影响。
【关键词】采空区的稳定；分析；稳定性评价；
一、前言
目前我国对不同资源的开发在逐渐的增加，尤其是我们日常所必须的煤炭、铁矿等这类
资源，长期发展下去，我们所面临的采空区面积会不断增加，所以在进行地表建筑物的建造
时就有必要避开这些区域，如果在采空上方建造一些高层建筑物的话就极有可能存在很大的
安全隐患。
因此我们就有必要采取措施对采空区进行填充来保证地基的牢固性。
二、采空区稳定性的判断
通常我们在对地下资源进行开发时都会提前考虑这片地区所能承受的开采量，但是有时
为了获得更大的资源开发，我们对地下矿产的利用可能会大于它所能承受的范围。
在地下资
源被开采出来后，这片地下区域就被称之为采空区，我们对矿产的开发会导致采空区附近和
地表上覆盖的岩石和土壤结构被破坏，随着时间的流逝，这些从前开发遗留下来的采空区会
通过自然的变化逐渐变得稳定，继而发展成为老的采空区。
但是在老的采空区的地表如果建
造新的甚至是高层的建筑后就有很大的可能会打破这种平衡状态，会对采空区的稳定性受到
影响，造成采空区的活化状态，使采空区和它上面的地表结构再次发生移动和变形。
这样对
我们新建造的工程和周围的居民安全都会产生不利影响。
现如今，我们对老的采空区进行活化判断的方法有很多。
我们可以通过检测建筑物对采
空区的深度的影响来判断建筑物的总体质量、采空区的横跨带以及可能在哪种地方发生断裂，断裂发生的可能性，断裂的地区是否会发生重叠等各种问题，对是否造成采空区的活化有很
大的提示性。
科学的检测方法是在工程学的地质手册这本书中具体的讲述了可能造成采空区
活化的临界深度的计算标准公式，根据这个我们可以能否在采空区建造建筑物提出了有利的
依据。
在我国有许多著名的建筑学专家对是否适合在采空区上方建造建筑物提出了不同的见解。
比如我国著名的地质建筑研究专家李兵磊教授，他通过对采空区上方建筑物的稳定性利用离
散数值计算的方法进行了分析。
他所采取的这些方法主要是对我们在采空区上方建建筑物的
稳定性进行了分析，这些老旧的采空区虽然在经过了长时间的沉淀后也有一定的稳定性，但
是它的沉降的范围仍然在不断的增加，同时也正处于沉降的缓慢过程中并且将会持续很长一
段时间。
但是沉降的速度与时间的关系并没有很大的影响，我们所计算的沉降速度与当初对
矿区的开采深度，地表岩石的覆盖程度和开采深度等等有直接的关系。
所以我们在采空区的再利用的过程中，应该对根据时间的影响估计土地沉降的距离，并
对采空区开始被利用和结束的时间做出具体的分析。
对于采空区地表的变形估计范围，外国
也有许多专家对这个项目作出了具体的分析，所以对于国内国外研究的综合方面我们目前提
出的采空区的地表移动的计算方法有关于概率的积分计算方法，函数计算方法，和通过曲线
作图方式等等不同的计算方案，在这之中应用的最广泛的是通过概率积分的方法，这项方法
的实用性最强，是目前我们国家应用最广泛的方法。
三、采空区及塌陷分布特征
我们对不同地区的采空区进行了对比和分析，发现不同地区的采空区的范围在矿产资源
发达的地区的采空区范围更广，我们对某一地区的采空区地段做了具体的研究这一地区的采
空区的范围大约为五万九千九百七十平方米。
我们根据对这一地区的实际探查，发现这个地区的塌陷处大约有二十多处。
并且在断裂地区的地表通常呈倒置的漏斗状，但是有的地区的塌陷的规模很小，我们不能判断是因为采空区本身的原因还是因为这么多年的时间问题造成的自然现象。
所以可以按照地表上面的一些细微的线索来判断那些细微的不易发现的坍塌地区。
塌陷的地区多位于采空区的正上方，如果稍微有些许的差别有可能会沿着断裂的方向逐渐发展。
我们通常采取的方法是根据遥控的影像来判断地形的比例，我们在勘察的方面已经发现了几处的的坍塌，而坍塌的地区和采空区的部分非常吻合。
在这些地区我们共同探查了地区地表的裂缝，其中包括张性的裂缝，它的现状是上宽下窄，如果它的深度超过一定范围的时候这些裂缝就有可能消失。
在很大的裂缝的两侧地表的平面可能有一定的差距，一般的距离是零点三到一米左右。
我们在进行矿产资源的开采的同时可以知道地层的断裂分布三个方面，分别为跨过裂缝对面而形成的跨落带，和断裂带还有地层的扭曲所形成的弯曲带。
我们根据实验所形成的检测结果可以得出在开采矿物的过程中最主要的破坏是岩层层面的十五米以下的结构。
发生变形的结构一般是在整体水平的基础上。
我们目前采空区的防护措施主要是对正在进行或者是采空区还未进展到沉降的程度上的工程的研究，我们首先需要对采空区的目前地表移动所处的阶段，和还能够沉降的距离进行分析来对采空区的建筑做出应对情况。
并根据这个情况做出具体的解决措施，我们所说的具体的解决措施就是根据对采空区的地下进行填充，通过采取这种手段来对采空区进行重复利用，在此基础上建造更多的建筑物来满足社会发展进步的要求。
四、结束语
我们在矿物资源进行开采的过程中，对即将形成的采空区应采取一定的治理措施，如果已经形成了采空区，我们还需要根据地层的具体情况来分析判断在这个采空区上是否适合建造一些建筑物，确保建筑的使用安全。
为了减少采空区对地表建筑的影响，我们应对这种情况采取相关措施，例如对采空区进行地底填充，减少采空区的面积。
参考文献：
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[2]王楠.采空区地基的评价和处理技术[J] 矿山测量 2011
[3]方世俊.采空区金属矿床地下开采[M].2版.北京：冶金工业出版社，1986：137-171.。