义院口采空区地表残余变形与稳定性评价研究

发布时间：2020-08-03 12:01

【摘要】：由采空区引发的灾害不容忽视,比如建筑物倒塌、道路毁坏、地裂缝加剧等。但采空区具有空间分布无规律、隐蔽性强、地面塌陷难以预测等特点,一直是工程技术人员高度重视的难题,采空区地表残余变形和稳定性分析是其中研究的热点问题。本文以义院口采空区为工程背景开展相关研究工作。应用关键层结构的变形机理,借助弹性厚板理论,推导得出地表残余沉降计算模型;岩层厚度、弹性模量和作用荷载对地表残余沉降影响明显,而泊松比的影响不大;该模型的建立为全面掌握采空区地表残余变形规律提供了理论指导。基于采空区变形监测数据,利用灰色预测理论中的GM(1,1)模型,构建出多个区域的变形预测方程,对地表残余变形发展趋势做出预判;结果表明采空区的稳定性尚存在较大的安全隐患,需要采用注浆填充法等处治措施加以应对。利用FLAC有限差分软件,建立了注浆法处治前后采空区的工程概化模型,并提出地基稳定性判定指标,对处治前后采空区的稳定性状态进行比对,经过对地基破坏场、变形场的计算分析,证明注浆处治效果十分明显,有效控制了塑性区开展和地表残余变形的产生;数值模拟技术为采空区注浆处理效果评价提供了有效的解决途径。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD325.3
【图文】：

采空区

如图1-1 所示。由于历史遗留问题、环境保护意识淡薄、监管力度不到位等种种原因，使得我国采空区的面积积累十分庞大。按照时间先后顺序划分，采空区可分为老采空区、新采空区和未来采空区三种，其中老采空区由于历史较为悠久，相关地质资料、设计图纸等备案资料很难查询到，对于上部结构的危害最为严重，如图 1-2 所示，由于采空区改变了原有的自然平衡状态，其沉陷所引发的次生灾害频发。图 1-1 采空区入口图 1-2 采空区塌陷的破坏作用采空区一般由垮落带、导水裂隙带和弯曲带这“三带”组成，显然原有填充物（矿产）被移除之后，上部岩层失去了支撑，导致内部应力发生重新分布，直接导致的结果就是地表下陷或坍塌，如果上部存在建筑物（结构物），其引发的灾害后果更为严重[1,2]。而对于拟建工程，更需要对采空区的稳定状况做出科学、合理的论证和

采空区,破坏作用

指煤炭等矿产资源被采掘之后遗留在原位的巨史遗留问题、环境保护意识淡薄、监管力度不到面积积累十分庞大。按照时间先后顺序划分，采来采空区三种，其中老采空区由于历史较为悠久料很难查询到，对于上部结构的危害最为严重，有的自然平衡状态，其沉陷所引发的次生灾害频图 1-1 采空区入口

采空区,现场监测,变形监测

并做出科学的处置措施。在监测方面，重点是及时掌握采空区的变形发展动态，在关键部位布设监测装置（如图1-3 所示），开展数据的收集和整理工作，并辅助现场巡视，关注地表裂缝的开展情况。图 1-3 采空区现场监测除了变形监测之外，对地压的监测也很重要，对于预测采空区塌陷所诱发的小型地震会起到预警作用，另外如果条件允许可以考虑建立完备的监控体系，比如埋设位移计、声发射定位仪、断面收敛计等设备，这对于监控大面积的采空区运动十分有效。目前，处理采空区的三种主要手段包括：填充法、崩落法和封闭法。填充法的处理效果最为彻底（如图 1-4 所示），相对费用也高，用来填充的材料主要包括尾矿砂、废石、胶结材料及絮凝材料等，比如，水泥浆液是主要的胶结材料，聚丙烯酰胺可作为絮凝剂提高充填体的均匀性和强度。崩落法分为自然崩落和人工崩落，前者是由于岩石的长期大面积暴露于空气中造成的，后者主要采用爆破技术来实现坚硬岩石的破碎。封闭法是三种方法中最为简单、节省资金的方法，但是条件要求较为苛刻，一方面采空区岩石坚硬稳固，且埋深不大；对主矿区、周边建筑物、道路影响很小。

【参考文献】