概率积分法预计高速公路采空区地表变形
地面采空区沉降观测设计方案
地面采空区沉降观测设计方案 一、设计情况说明 根据煤矿有关规定，煤矿采煤工作面对应的地面区域必须进行沉降观测，根据沉降观测数据确定地表的沉降程度。 我矿对地面采空区进行了沉降观测点位的布置，在地面北部、中部、南部各设置了一个控制点，作为沉降观测点使用。 二、沉降观测的相关知识 在沉降观测之前，由于采空区距离矿区控制点较远，为方便进行观测以及布点，特在矿区控制点的基础上，在采空区布设沉降观测点。 三、观测时间、方法和仪器 由于地表可能受到影响，因此在进行沉降观测前必须对沉降基准点进行监测，在无影响的情况下，方可进行沉降点观测。每二个月观测一次。 为保证沉降观测数据的精度，进行测量时仪器和测量方法必须一致，施测时必须做到“三固定”，即：固定仪器、固定观测人员、固定的基点和转点，以此减少观测误差，提高精度。日出或日落30分钟前后影响最大，避开此时间段进行测量，雨天严
禁作业。 由于地面的起伏变化较大，故决定采用经纬全站仪代替水准仪进行地面沉降观测。 四、测区特点 由于我矿区地面高低起伏变化较大，作业时会遇见大风、降雨等天气，因此测量工作较为困难。 五、测量标准 在采空区地表中间布设一条控制基线，同时作为沉降观测点使用，共计3个点。其中2个点向采空区两侧布设1个点，1个点在采空区中部，在进行沉降观测时，对其3个点进行观测。 由于采空区地表高低起伏变化较大，基本上为大型山坡，不利于水准测量，因此采用全站仪代替水准仪进行沉降观测。 利用全站仪进行三角高程测量。采空区地表沉降基准点和沉降观测点使用全站仪进行测放，保证沉降基准点的牢固性，同时对所有点进行坐标测量，找出相对位置，在以后的观测中，若发现点位位移，必须立即进行重新布设和测量。 六、数据对比分析 根据每次测得的沉降观测点的高程，分析采空区地面的沉降规律和沉降速度，根据这些规律采取措施，降低地面的沉降速度。
高速公路采空区地面变形计算及处理措施
高速公路采空区地面变形计算及处理措施 摘要：本文主要针对高速公路采空区地面变形问题进行分析，提出了高速公路采空区地面变形的计算方法，以期能够为高速公路采空区的地面变形计算问题提供参考，提升高速公路建设的效果，同时对高速公路采空区地面变形计算的处理措施进行了深入研究。 关键词：高速公路；采空区；地面变形；计算 一、前言 随着我国高速公路数目的增多，高速公路采空区的地面变形计算也显得更加重要，只有做好了采空区的地面变形计算，才能够提升采空区的施工水平和建设质量。 二、采空区介绍 采空区，主要分为小型采空区以及大面积采空。在这我们主要讨论的是小型也就是浅层采空。 小型采空区也称为人为坑洞，是人们为了各种目的在地下挖掘后遗留下来的洞穴，它一般是手工，采空范围较窄，开采深度较浅，无规则，少支撑。小型采空区又分为掏煤洞、掏砂洞、掏金洞、坎儿井，在贵州西部的高速公路勘察设计中，主要以掏煤洞这种小型的采空是最为常见的，这类小采空区它们一般主要有以下一些特点：分布于埋藏浅且易于开采的含煤地层中，主要形状以平洞及斜井为主，煤洞长，多有岔洞，洞门处有简单支护，洞口多有弃渣堆砌的痕迹，且遇见地下水后就停止挖掘，由于采空设备有限，采空范围狭窄，多呈巷道式，不会产生移动盆地，但因为开采深度较浅，又任其坍落，底边变化较剧烈，主要的一些变形类型有地表塌陷和开裂等，地表裂缝的分布常常与开采工作面方向平行，且随开采面的推进而不断向前发展，除极浅的采空区外，裂缝一般上宽下窄，且无显著位移。 三、采空区地表移动监测网的设计 1、公路的采动响应性能分析 由于开采沉陷，采空区地表将产生2种移动和3种变形：垂直下沉、水平移动、倾斜、曲率与水平变形。采动移动与变形将导致道路工程在通过采空塌陷区时可能会发生路基路面病害、桥梁或隧道病害等，如路基的过量沉陷或差异沉陷导致的开裂、路基坡度的变化，水平移动与变形导致的路基压缩或拉伸引起坡度、竖曲线现状改变和沿路线方向的改变，地表倾斜和水平变形对路基稳定性的影响等。 根据铁路下采煤研究结果，路线发生突然的、局部的沉陷，危害较大，而大
采空区处理
当开采完成形成采空区后，在上覆压力和地下水等因素的作用下，该煤柱和开采区两侧的煤层软化，失去强度，导致上覆岩体塌陷、冒落，形成滑坡。 地下采空区对采矿工程的危害是显著和累积叠加的，主要体现在二个方面：一是采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移，造成地表沉陷、开裂和塌陷，破坏地面环境和影响露天作业，更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏；另一方面在矿山开采过程中，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窿积水，发生突水事故，淹没坑道和工作面，造成巨大经济损失。 矿体开采后，采场的原始应力状态被破坏，从而致使应力重新分布，时常导致矿柱失稳破坏。这种矿体开采后，当矿杜承受的应力超过自身强度时，发生的不连续的发散突变，即矿柱失稳破坏的现象。 其灾害的主要表现形式有:片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。 在采空区与巷道坍塌方面，主要采用的防治技术有充填、加固、封闭和崩塌四种。在地下突水防治方面，目前主要采用注浆堵水和探放水技术。 我国地下开采矿山目前的实际情况是采空区灾害发生频繁，因事故死亡人数和国外同类相比相对较高，安全生产形势相当严峻，危及到人民群众的生命安全，对生态环境造成了严重破坏，给国家造成了巨大的经济损失，制约了我国矿山企业的可持续发展。 长期以来，国内外许多专家学者针对采空区围岩的稳定性作了大量的理论研究工作，提出了许多控制采空区灾害的实用技术。 采空区处理 对于矿山地下开采遗留的采空区，处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填四大类。加固法处理采空区主要在采空区土方修建公路、隧道等工程时应用较多。由于成本较高，技术难度大，所以目前在矿山的开采阶段应用较少。在具体的采空区处理过程中，由于各个矿山存在的采空区数量、其所处位置、形态特征不一样，必须针对各采空区的特点和条件，分别采取相应的处理方法。有时采用两类
采空区塌陷处理措施方案
深度解析：采空区地面塌陷勘察与设计！ 本文从采空区塌陷勘察、采空区塌陷治理设计两方面展开： 一采空区塌陷勘察 主要依据：高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册； 岩土工程勘察规； 铁路工程不良地质勘察规程； 一）采空区分类： 1、按采煤方法与顶板管理方法分类： （1）长壁陷落法采空区：由长壁大冒顶采煤法形成的采空区 （2）短壁陷落法采空区：由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区（3）巷柱或房柱式采空区：由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区 （4）条带法或填充法采空区：由条带或填充采煤法形成的采空区 2、按采煤深厚比可分为以下几类： （1）浅层采煤区：开采深、厚比小于40的采空区； （2）中深层采空区：开采深、厚比大于40，但小于200的采空区； （3）深层采空区：开采深、厚比等于或大于200的采空区。 3、按煤矿采空区形成和停采的时间分类： 可以分为新采空区和老采空区两种。 新采空区是指现采空的采空区，其地表移动、变形尚未发生或正
在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。 老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区，其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。 采空区地面变形灾害包括地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等。勘察围应大于地面变形围。 1998年5月发生的临澧县衫板乡石膏矿塌陷，直径达47米。 (一) 主要任务 查明老采空区上覆岩层的稳定性,预测现采空区和未来采空区的地表移动和变形特征，对工程场地的适宜性进行评价。在此基础上，提出预防、整治的对策和方案。 可行性研究勘察阶段 1、该阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作容
金属矿山采空区安全监测方案设计
金属矿山采空区安全监测方案设计中国安全生产科学研究院
目录 1监测方法 (2) 1.1应力监测 (2) 1.2位移监测 (3) 1.2.1井下位移监测： (3) 1.2.2地表位移监测 (4) 1.3声发射监测 (5) 1.4综合监测方法选取 (6) 2传感器 (7) 2.1光纤应力应变传感器 (7) 2.2位移传感器 (7) 2.3声发射传感器 (8) 2.4传感器的选取 (8) 3监测系统结构设计 (10) 3.1光纤光栅监测系统 (10) 3.1.1岩石应力监测 (10) 3.1.2锚杆应力监测 (10) 3.2激光测距监测系统 (11) 3.3声发射监测系统 (11) 3.4系统结构与数据传输 (11) 4成本估算.................................................................... 错误！未定义书签。
1监测方法 一般岩土工程常用的监测方式主要采用：人工查看、多点位移计、断面收敛测量、水准测量、压力计、声发射、微地震等多种监测检测技术。如何有效、动态、综合、准确地监测采空冲击性灾害的发生、发展情况，建立全光纤、多参数、大范围、高集成性的灾害监测系统，仍有待本项目的进一步研究。 1.1 应力监测 应力监测是在矿山应用较为广泛的一种监测手段，测量结果可以直接与理论分析计算结果相互应证。空区围岩（含矿柱）应力的变化反映了采空区稳定状况，通过围岩应力监测得到应力变化规律，并可以应用模糊聚类分析的方法对监测结果进行聚类分析，从而就可以对各采空区稳定性进行分析比较，最后确定采空区稳定性等级与维护采空区稳定性的关键矿柱。通过对应力的连续监测，绘制应力-时间曲线，可以进一步研究矿压显现规律，判断围岩的稳定性。 在矿山应力监测中，最为传统的监测方法是采用压力盒，目前应用最广泛的是光弹性应力计。光应力计是一个具有双折射特性的带有轴向圆孔的弹性玻璃圆柱体，将它埋设到岩体钻孔内，可视为无限大岩石平板中嵌入一个同心圆环的平面应力问题。应用弹性力学公式及光测弹性力学的应力光学定律，可以导出岩体应力值。对采空区矿压进行监测，需要在接近采空区的周边巷道向采空区方向钻孔，将应力传感器安设在钻孔内，通过铜绞线采集数据后传至地表进行矿压的实时在线分析。 目前，采用扫描式迈克尔逊白光干涉仪对应力场引起的高双折射保偏光纤（PMF）内部的分布式偏振模式耦合理论（天津大学光电学院），由偏振模耦合的强度计算应力的大小，通过由双折射引起的2个正交的偏振模的光程差可以计算应力的位置，可实现1km的测量范围，对应力作用点的空间位置定位，测试精度可达到mm量级，对偏振模耦合强度测试可达到-80dB的灵敏度，实现矿山采空区岩层的大范围监测和应力的定位，是应力监测研究的重点方向。
采空区基本知识
采空区 采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。 由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判，一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。 目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。 自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。如河南栾川钼矿、广西大厂矿区、甘肃厂坝铅锌矿、铜陵狮子山铜矿、云南兰坪铅锌矿、广东大宝山矿、湖南柿竹园矿等许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌
陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。解决上述问题的前提条件就是要科学地探查井下空区的即时状态和空间形状，为空区安全治理和资源回采提供准确的设计依据。结合栾川钼矿的实际工程地质条件，利用地下空间和采空区三维激光系统(C-ALS)对矿山的部分空区进行探测，了解其空区的形状、大小和位臵，运用其自带的软件进行编辑与成图。从而确定空区在矿山平面图上的具体位臵，为空区的处理提供可靠的理论依据，从而确保作业工人和设备的安全。 目前世界上先进的采空区整体解决方案是利用高密度电法等地球物理方法探测到采空区的大概位臵，再使用C-ALS等激光扫描设备对采空区进行数字化和可视化，达到科学探测采空区的目的。 处理方法 采空区的处理方法一般有： 垮落法、充填法、支撑法、缓慢下沉法。 煤矿采空区 是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。在对煤矿开采过程中，采空区常常给煤矿的正常生产带来危害。由于在煤矿开采过程中采空区存在大量的遗留的浮煤，浮煤的存在为煤矿自燃提供了物资条件。煤矿自燃严重威胁着煤矿的安全生产、制约着煤矿的生产，而采空区煤矿自燃在煤矿自燃发生总体中占有重要的部分。我国国有重点煤矿中采空区煤矿自燃占自燃火灾的60%，其中绝
采空区地表沉降影响因素研究
采空区地表沉降影响因素研究 孙 超 1,2 ,薄景山 1,3 ,刘红帅1,齐文浩 1 1.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨 150080 2.吉林建筑工程学院勘查工程系,长春 130021 3.防灾科技学院地震工程系,河北三河 065201 摘要:采空区地表沉降影响因素众多,以有限元软件A N SYS 为基础,利用数值模拟方法的灵活性,分别对各主要影响因素进行分析。选用适合于岩土类材料的德鲁克-普拉格本构模型,利用A NSY S 特有的/杀死单元0命令模拟矿体被采出,再通过/激活单元0命令模拟采空区被填充。分别研究了开采深度、开采厚度、地形条件、采空区填充等因素对地表沉降的影响。结果表明:随开采深度的增加,地表变形随之降低;随开采厚度的增加,地表变形增长较快;随着地形坡度的变化,采空区地表移动盆地逐渐向地势较低方向移动;矿体开采后及时充填,对控制地表变形效果显著。 关键词:采空区;地表沉降;A NSY S;德鲁克-普拉格模型 中图分类号:P642.2 文献标识码:A 文章编号:1671-5888(2009)03-0498-05 收稿日期:2008-12-17 基金项目:国家自然科学基金项目(50808164) 作者简介:孙超(1978)),男,黑龙江绥阳人,博士研究生,讲师,主要从事地下结构、岩土工程抗震方面研究,E -mail: sunchaobox @https://www.360docs.net/doc/f515832873.html, 。 Study on Influencing Factors of Ground Settlement over Mined -Out Area SUN Chao 1,2,BO Jing -shan 1,3,LIU H ong -shuai 1,Q I Wen -hao 1 1.I nstitu te of E ngineer ing M echanics ,China E arthquake A d ministration,H arbin 150080,China 2.I nv estig ation E ngineer in g Dep artment,J ilin Institute of Ar chite ctu re and Civ il Eng inee ring ,Chang chun 130021,China 3.Ear th quake Engineer ing Dep artment,I nstitute of Disater Pr ev ention Sc ienc e and Te chnology ,Sanhe ,H e bei 065201,China Abstract:There are many factor s to influence on the g round settlement in mined -o ut area.Based o n the finite element software ANSYS,making use o f the flexibility of numerical sim ulation method,the main factor s are analyzed respectively.The Druker -Prag er m odel is chosen,w hich is suitable to simulate the m aterials of rock and soil.-Kill Elem ent .co mmand is used to simulate the situation of ex plo iting,and then the co mmand of -Activ ate Element .in ANSYS is used to sim ulate that the mined -out ar ea is filled.T he influence of each factor in the g round settlement o ver m ined -out area is studied r espectively such as depth,thickness of the mined -o ut area,the topog raphic co ndition and the filling of the mined -out area.The r esult show s that the gr ound settlement decreases w ith the increase of the mining depth,the g round settlem ent increases obviously w ith the increase of m ining thickness,the basin m ovement w ill m ove to the low er direction w ith the change of topogr aphty ,and it w ill reduce the gr ound settlement ev idently to fill the mined -o ut ar ea in time after mining. Key words:mined -out area;g round settlement;ANSYS;Dr ucker -Prag er model 第39卷 第3期 2009年5月 吉林大学学报(地球科学版) Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n) Vo l.39 No.3 M a y 2009
采空区地表沉降观测设计
B1003W01工作面采空区地表 沉降观测设计
单位：沙吉海煤矿生产技术部 时间：2014年8月 B1003W01工作面采空区地表沉降观测设计 一、设计情况说明： B1003W01工作面于2014年7月31日正式投产试运行，根据煤矿有关规定，煤矿采煤工作面对应的地面区域必须进行沉降观测，根据沉降观测数据确定地表的沉降程度。 沙吉海生产技术部依据相关规定，于2014年8月进行了地表沉降观测点位的布置。在采空区地表中部设置12个控制点，在采空区边界设置14个点确定采空区的边界范围，同时作为沉降观测点使用。 二、沉降观测的相关知识
2.1 沉降观测网的布置 在沉降观测之前，由于采空区距离矿区控制点较远，为方便进行观测以及布点，特在矿区控制点的基础上，在采空区布设沉降基准点和沉降观测点。 2.2 沉降基准点和沉降观测点 在采空区附近设置3个沉降基准点，一个为混凝土浇筑永久点，2个为挖坑埋设方木作为标记（500mm×100mm×100mm）。沉降观测，是根据基准点进行的，因此要求基准点的位置在整个变形观测期间稳定不变。为保证基准点高程的正确性和便于相互检核，布设基准点数目应不少于三个并构成基准网。埋设地点应保证有足够的稳定性，设置在受压、受震范围以外。为了观测方便及提高观测精度，基准点距观测点不要太远，一般应在100m范围内；否则，还应布设工作基点。基准点在开工前埋设并精确测出其高程。沉降观测点是固定在待测对象上的测量标志，应牢固的与待测对象结合在一起，便于观测，并尽量保证在整个观测期间不受损坏。观测点的数量和位置，应能全面反映待观测对象的沉降情况，尽量布置在沉降变化可能显著的地方。观测人员应经常注意观测点变动情况，如有损坏及时设置新的观测点。 2.3 观测时间、方法和仪器 由于地表可能受到才懂影响，因此在进行沉降观测前必须对沉降基准点进行监测，在无影响的情况下，方可进行沉降点观测。 为保证沉降观测数据的精度，进行测量时仪器和测量方法必须一
采空区探测技术研究现状及发展趋势
采空区探测技术研究现状及发展趋势（薛云峰等） 作者：薛云峰胡伟华鲁辉 ［摘要］本文在研究国内外采空区探测技术的基础上，对采空区探测方法进行了分类，分析了各种方法地球物理场的特点及解决问题的优势和缺陷，提出了根据采空区的特点，建立探测方法的数学物理模型，优化综合探测技术，提高探测结果准确性和可靠性的结论。 ［关键词］采空区地球物理探测发展趋势 1 采空区探测的目的与意义 矿产作为一种重要的资源，其开采形成的采空由于历史的原因，大多未进行有效地治理，而处于废弃状态，有的采空区出现了大面积的地面沉陷，有的采空出现了地面裂隙，有的尚未出现明显的反映，采空作为人类活动产生的潜在地质灾害之一，给矿山的安全生产、工程建设和人民的生命财产造成了严重的威胁。要对采空区治理，对采空区的地理位置、埋深、现状情况进行了解是关键，只有对采空区的空间分布状态有了充分的了解，治理才能有的放矢。因此,为减轻和预防由地下采空区所引发的地质灾害,建立地质灾害预警系统,探索用综合物探方法探测采空区的分布，为评价和治理提供依据是十分迫切和有意义的。目前,采空区的探测已经成为一项重要的研究课题,但是仍处于发展阶段。 2 采空区探测方法的研究现状 采空区的探测，目前，国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水文试验等。其中，美国等西方发达国家以物探方法为主，而我国目前以钻探为主，物探为辅。在美国，采空区等地下空洞探测技术全面，电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平。其中，高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出，且近年来在地震CT技术方面也发展迅速。日本的工程物探技术在国外同行业中处于领先地位，应用最广泛的是地震波法，此外，电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用得比较多，特别是日本VIC公司80年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。欧洲等国家工程物探技术也较全面，在采空区的探测上，俄罗斯多采用电法、瞬变电磁法、地震反射波法、井间电磁波透射、射气测量
矿区采动诱发地表变形
⑴评估区地表移动变形预测 采用倾斜长壁、走向长壁为主的采煤方法，顶板管理采用全部垮落法，设计工作面长度150—260m ，推井长度1800—2800m ，属充分采动。 国内外采矿经验认为，当煤层采深采厚比小于30时，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的不连续特征，地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。当采深采厚比介于30—100之间，地层中没有较大地质破坏情况下，煤采出一定面积后，会引起岩层移动并波及到地表，其地表沉陷和变形在空间上和时间上都有明显的连续性和一定的分布规律，常表现为地表移动盆地。 上组煤层埋深及采深采厚比特征见下表。 表3—4 上组煤采深采厚比特征表 采深采厚比特征表明，当上组煤层联合采出后，将会引起岩层移动并波及到地表，局部地段地表变形剧烈，煤矿采空区上方会形成较大的裂缝或塌陷坑。 为定量评估开采上组煤层后地表变形特征，下面依据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）中的经验公式，对煤层开采后地表最大移动、变形和倾斜值进行计算。采用公式如下： 地表移动与变形极值计算： 最大下沉值：Wmax=Mqcos α 最大曲率值：Kmax=±1.52 2 max r W 最大倾斜值：Imax= r W max 最大水平移动值：Umax=b Wmax 最大水平变形值：εmax=±1.52b r W max
式中： q—下沉系数 M—煤层采空区厚度（m） r—主要影响半径，其值为采深与影响角正切值tgβ之比 α—煤层倾角 b—水平移动系数 本矿无实测的地表移动变形基本参数数据，本次评估中煤层厚度、埋深采用《煤矿资源储量核实报告》中的数据，其它参数根据根据覆岩性质及顶板单向抗压强度在《规程》P222附表5-3中选择经验参数。根据《选煤厂改扩建可行性研究报告（修改）》，在方案适用期内，开采北一采区（5#）、北二采区（2#煤）和北三采区（3#+4#）。北一采区综采工作面长度180m、平均采高2.8m，设计工作面年推进度按2800m；北三采区综采工作面长度260m，平均采高4.2m，设计工作面年推进度为1800m；北二采区2#煤综采工作面长度150m，平均采高1.08m，设计工作面年推进度为2200m。 从全矿区煤层分布情况看，2#、3#、5#大部分区域稳定可采，4#煤层全区稳定可采。因2#、3#、4#、5#煤层间距较近（2#、3#煤层间距平均10.34m，3#、4#煤层间距平均6.16m，4#、5#煤层平均间距5.56m），矿区内上组煤采取联合开采方式。本次变形特征值计算将上组煤合并进行。 从煤层底板高线来看，井田为一缓倾斜的单斜构造，地层走向自北向南由南北向渐变为北西向，倾向由西渐变为南西，地层倾角平缓，一般为3～15°，平均7°。 井田上组煤顶板岩性主要为砂质泥岩、泥岩，单轴抗压强度为10.8－36.2MPa，分别为较稳定和不稳定顶板。 下沉系数取q初=0.80，q复=（1+a）q初=0.96； 水平移动系数取b初=0.26； 移动角取72°； 水平移动系数取b复=b初=0.26 主要影响角正切tgβ=2.77 按上述公式及计算参数，上组煤开采后，不同埋深地表产生的最大变形值列
专业知识(二)辅导：采空区地表变形预测计算方法(二)
专业知识（二）辅导：采空区地表变形预测计算方法（二） 20.6 采空区的勘察工作 大面积采空区的工程地质勘察工作，主要是搜集资料，变形调查和变形的观测，必要时辅以物探、钻探工作。 【例题22】大面积采空区的工程地质勘察工作，主要内容包括( )。 A、搜集资料； B、变形调查； C、变形的观测； D、必要时辅以物探、钻探工作； 答案：A、B、C、D 1 搜集资料 一般大面积采空区均做过矿山地质勘探工作，有大量资料可供搜集利用，需搜集的资料有： (1)各种地质图，借以了解地层构成、产状和构造，以及地下水条件等。 (2)矿床分布图，以了解矿层的分布、层数、厚度、深度和埋藏特征。 (3)搜集采空区的位置和尺寸，开采时间、开采办法、顶板处置方法以及矿层开采的远景规划资料。 (4)收集地表变形和有关变形的观测、计算资料，如：地表下沉值，倾斜值、最小曲率半径等。 (5)已有建筑物的变形观测资料和建筑物的加固处理措施。 (6)了解采空区附近的抽水情况，以及抽水对采空区的影响情况。 2 变形调查和观测 (1)调查地表和建筑物变形的特征和分布规律，如：地表塌陷坑、台阶和裂缝的分布规律、形状、宽度、深度以及它们地质构造(岩层产状、主要节理、断层)，开采边界，工作面推进方面等的关系。 (2)调查地表移动盆地的特征，划分均匀下沉区，移动区和轻微变形区。 (3)变形观测按下列原则进行: 1)观测线宜平行和垂直矿层走向成直线布置，其长度应超过移动盆地的范围。 2)平行矿层走向的观测线，应有一条布置在下沉值的位置；垂直矿层走向的观测线，一般不应少于2条。 3)观测线上观测点的间距，应大致相等，并根据开采深度按表20.6-1确定。 观测点的间距取值表20.6-1 开采深度H(m) 观测点间距L(m) 开采深度H(m) 观测点间距L(m) 50～100 10 300～400 25 100～200 15 >400 30 【
采空区建筑物的变形分析与抗变形研究
采空区建筑物的变形分析与抗变形研究 徐州市城市建设投资总公司 韩维纲 [摘 要]本文对采空区建筑物的变形进行了分析,并对提出防治措施。[关键词]采空区 变形 防治 1、前言 煤炭是我国工业的主要能源,在我国的一次性能源消费结构中,煤炭占75%以上。随着国民经济的发展,煤炭产量也需要不断提高,这就使得许多新建矿区及老矿区开采范围延伸到人群密集的城市与村庄下。由于煤炭源源不断地从地下采出,其上覆岩体失去支撑,采空区周围岩体的原始应力平衡遭到破坏,导致应力场的重分布,从而使得采空区周围的岩体产生位移和变形。由此所引起的地表变形会使上部建筑物产生附加应力,从而危及建筑物的安全,严重时会引起建筑物的破坏。 2、采空区建筑物的破坏特点 在地下开采影响下,建筑物的变形与破坏是由于采空区上方及其周围地表产生的移动与变形作用于建筑物的基础,导致建筑物受到附加应力的作用而产生的,在不同的地表变形作用下,建筑物产生的影响也不相同。 2.1由于地表均匀下沉引起的建筑物的损坏 在地表均匀下沉时,建筑物只是产生位置的变化,即建筑物只产生整体下沉,一般不会在建筑物内部产生附加应力,不会对建筑物造成损坏。但是当地表下沉量较大,而地下水位又很低时,会使浅水位上升,形成大面积水坑,在此建筑物周围长期积水,这样不仅影响建筑物使用,而且使其浸泡在水中,降低了地基强度,严重时可使建筑物倒塌。 2.2由于地表倾斜引起的建筑物的损坏 地表倾斜以后,会引起建筑物的倾斜,使得建筑物的中心发生偏离,从而产生附加倾覆力矩,承重结构内部产生附加应力,基底反力重新分配。对于底面积小、高度又很大的建筑物来讲,地表倾斜很容易造成其破坏。 2.3由于地表曲率变形引起的建筑物损坏 地表的曲率变形会使地表由原来的平面状态变成曲面状态,使建筑物荷载与基础底面反力之间的初始平衡状态遭到破坏。地表曲率分为地表正曲率和地表负曲率,在地表正曲率影响下,建筑物基础两端出现瞬时的局部悬空。在地表负曲率作用下,建筑物基础中部出现瞬时的局部悬空。 2.4由于地表水平变形引起的建筑物损坏 地表的水平拉伸变形,使得建筑物结构内部产生拉应力。由于建筑物抵抗拉伸的能力远小于其抵抗压缩的能力,所以在较小的地表拉伸作用下,建筑物就会产生裂缝,特别是门窗洞口等薄弱部位最容易产生裂缝,导致建筑物的损坏。 2.5地表剪切变形、扭曲变形引起的建筑物损坏 在地表剪切变形作用下,建筑物的纵墙基础和横墙基础产生相对转动,改变建筑物的原有平面形状,使建筑物损坏。地表的扭曲变形会引起建筑物的扭曲变形,使得建筑物损坏。 实际上,地下开采引起的岩层及地表移动过程,是一个极其复杂的时间-空间现象,会出现地表移动盆地,所以,通常将地表点的移动状态用垂直移动分量和水平移动分量来描述。比如,将垂直移动分量称为下沉,将水平移动分量称为拉伸等。为便于分析,采用下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形等指标来描述地表移动盆地的移动和变形。对于处于地表移动盆地即采空区的建筑物,会经历一个动态的变形过程,要依次或同时经历上述五种变形。 3、采空区建筑物变形的防治研究3.1国外研究现状 早在十九世纪末,德国就率先开始了由于建筑物下采煤所引起的地表变形对建筑物影响的研究。他们利用井下填充法大大降低了地表的移动变形值。波兰则从1945年起开始大规模的建筑物下采煤。他们所采取的保护措施主要有两种:一是对一般的建筑物采取改进的开采方法和对建筑物进行维修的措施;二是对新建建筑则采取抗变形的保护措施。前苏联是从五十年代开始在城下采煤的。通过多年的发展,采取了在开采措施上合理分布工作面、协调开采、条带开采,同时对建筑物采取设置变形缝、加设钢拉杆、设置钢筋混凝土圈梁等一系列抗变形措施。上述国家还提出了各自相应的设计规范,可见这些国家对采空区的建筑物的设计与保护的研究都达到了一定的深度。 3.2采空区建筑物保护与设计 自从五十年代末我国开始在采空区建造砌体结构试验房,“刚柔结合”的保护与设计措施已经接受了实践的考验,逐渐为大家所认可。刚性措施就是采用基础圈梁、檐口圈梁和钢筋混凝土柱等刚性构件组成空间骨架,提高建筑物的空间刚度和整体性,增强墙体的稳定性,以抵抗地基变形引起的附加应力,防止墙体开裂。柔性措施有以下几种:(1)在基础与基础圈梁之间设置水平滑动层,可减少由地表传来的变形;(2)和抗震缝类似,每隔一定距离,将建筑物从基础到屋顶在构造上断开,设置变形缝,可有效地释放建筑物的附加采动变形,能够实现各单体独立变形;(3)在垂直于地表水平变形(压缩)方向的建筑物基础的外侧设置缓冲沟,使地表压缩变形不直接传递给基础。(4)在基础中设置竖向变形吸收带,使基础既能产生拉伸变形,同时又能保证压缩时不产生隆起。 对于砌体结构房屋的抗变形设计理论,国内外学者进行了长期的研究,其理论基础主要为强度理论,即以满足墙体或构件的极限强度为设计目标。文献[3]以变形控制作为房屋设计的理论基础,确定了采空区砌体结构的变形控制设计指标,允许房屋产生用户能够接受的变形和微小破坏。提出了墙体中部变形的深梁分析模型,对于房屋受到的扭曲变形采用水平面内和竖向极限剖面内的“框架”分析模型,并给出了墙体变形控制的设计方法。但其变形控制指标具有一定的主观性,需要进一步的数据积累。 4、采空区房屋保护研究前景展望4.1加强土与结构物界面特性的研究 地基与上部结构共同作用时,地基土是通过土与结构物联结单元作用于上部结构的,所以此联结单元的性质至关重要。但目前国内对土与结构物界面特性还无统一认识,这必然会影响采空区地基与上部结构共同作用的研究。用有限元方法进行的模拟分析,其联结单元参数选取的不可靠会影响计算结果的准确性。 4.2加强采空区砌体结构房屋变形控制设计的研究 采空区砌体结构房屋的设计不同于普通的砌体结构设计,在很大的附加应力作用下,要求建筑物不出现裂缝或者对裂缝要求非常严格,必然会付出巨大的经济代价。所以以用户能够接受的变形和破坏作为房屋设计的控制指标,具有更重要的实际意义。 4.3进行采空区建筑物双重保护体系的研究 我国是一个多地震国家,我国的矿区有80%以上处于地震区。所以,对于采空区建筑物,可以把抗采动保护与抗地震保护相结合,即“建筑物双重保护”。 4.4加强现有采空区建筑物加固方法研究 过去通常采取的建筑物保护措施:一是提高建筑物的整体刚度;一是通过采矿工艺的改进,或在地表采取注浆来减缓沉降。从矿区建筑物保护角度出发,如果将地基与建筑物基础的协同工作作为一个系统来考虑,着眼于地基与建筑物基础的协调工作,采取措施吸收地表变形,能提高建筑物自身的抗变形能力,可能会有新的思路(滑动层就是一个很成功的措施)。作为一个系统,系统本身具有自组织能力,不断建立新的平衡,基础切入地基这一事实,就是建筑物基础和地基谋求新平衡的体现。从这个观点出发采空区地基在满足建筑物所需要承载力的条件下,其刚度储备不宜过高,以便在受采动影响,地表不均匀沉降时建筑物基础能易于切入,使基础和地基的变形尽快协调,减少基础的附加应力,从而达到保护建筑物的目的。 参考文献 [1]周国铨等.我国抗变形农村房屋下采煤技术.矿山测量,1(1992) [2]仲继寿.采空区砌体结构房屋变形控制设计.煤炭工业出版社,1995 [3]于广明等.采动建筑物破坏程度预测及破坏机理研究.阜新矿业学院学报,V o l .11,N o .1 — 022—科技信息 企业论坛