CN110512588B - 一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，该方法包括：步骤1、预测采矿区地表拉张裂隙带分布位置；步骤2、勘测地表横跨或处于步骤1所预测拉张裂隙带上的保护区位置、保护区的平面形态；步骤3、在保护区外围边缘处均匀施工竖直向下的钻孔；步骤4、在拉张裂隙发生前，对每个钻孔进行注水，增加其周围土层湿度以降低土体强度，令保护区外围边缘处形成低强度延展圈。本发明根据固体材料在受损点形成应力集中的原理，按照上述方法步骤进行地面人工干预，使拉张裂隙沿受损点或线改变裂隙在局部的延伸发展，绕过受保护的地面构筑物或林木分布区，从而降低或减轻因局部岩土体拉裂作用对构筑物或林木的破坏程度。

Description

一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法

技术领域

本发明涉及地下采矿区地表地质灾害预防与生态环境保护技术，尤其涉及一种采矿区地表裂隙地质灾害的防治方法。

背景技术

我国矿山灾害地质条件极为复杂，地面沉降，以及有沉降伴生的地面拉张裂隙是一种最为常见的矿山地质灾害类型之一。在山区或地表为岩层裸露的矿区，有开采沉陷造成的地表裂隙宽而深，它不仅造成矿山地面崩塌、滑坡等地质灾害，甚至直接影响到煤矿井下生产安全。在平原矿区，不仅因地面沉陷而破坏耕地或林地，造成土壤质量下降。当矿区内存在道路、水工建筑及其他构筑物时，大规模的土体拉裂变形会对其造成损害或破坏。因此，无论矿区是位于山区还是平原均会造成不同程度的拉张裂隙型地质灾害，同时也破坏了矿区生态环境。尤其是在平原矿区，由于地面的沉陷拉裂作用造成的道路、桥梁、堤坝等构筑物破坏的现象屡见不鲜。

目前，针对此类拉张裂隙形成控制技术研究方面，尚无有效的技术方法。本专利的技术理论主要依据固体材料应力集中的原理，在地表保护对象外围实施联排钻孔与注水，造成地面保护物边缘岩土体强度降低而形成应力集中，从而引导本应穿过保护物分布区内部的大型裂隙沿着应力集中区发生。按照上述方法步骤进行地面人工干预，使得处于拉张裂隙处构筑物外围边缘形成应力集中的环境，从而改变裂隙延展方向而绕过受保护的地面构筑物或林木分布区。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，以解决现有技术中没有对采矿区地表塌陷范围内地表裂隙有效防治方法的技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、预测采矿区地表拉张裂隙带分布位置；

步骤2、勘测地表横跨或处于步骤1所预测拉张裂隙带上的保护区位置、保护区的平面形态和分布范围；

步骤3、在保护区外围边缘处均匀施工竖直向下的钻孔；

步骤4、在拉张裂隙发生前，对每个钻孔进行注水，增加其周围土层湿度以降低土体强度，令保护区外围边缘处形成低强度延展圈。

进一步，步骤4对钻孔注水时，其注水后产生的渗透半径不小于孔间距的1/2。

进一步，钻孔深度为2-3m。

进一步，将保护区替换为保护对象，所述保护对象具体为道路、桥梁、构筑物或林木任一一种。

进一步，该方法还包括在发生拉张裂隙之后，在保护对象外围边缘处均匀打孔注浆。

进一步，步骤3之前还包括在保护对象内施工多个与对应预测拉张裂隙带延伸方向相垂直的加固梁或加强筋，每个加固梁或加强筋的两端均与埋设在保护区内的桩基固定连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明提供一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，通过对地表将要产生拉张裂隙分布区内进行构筑物调查、分析预测，按照上述方法步骤进行地面人工干预，使得处于拉张裂隙处构筑物外围边缘形成应力集中的环境，从而改变裂隙延展方向而绕过受保护的地面构筑物或林木分布区。本方法操作简单，成本低廉，效果显著，适用推广和使用。

附图说明

图1为实施例中保护区对象钻孔布置示意图。

具体实施方式

本发明中采用的所有仪器、设备都为本领域熟知选用的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些设备都可适用于本发明。

实施例

参考图1，在本实施例中提供一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、预测采矿区地表拉张裂隙带分布位置；

其中，预测采矿区地表拉张裂隙带分布位置的影响因素有：

采矿区地下采场分布范围、工作面推进方向和速度、底面与开切眼平行的拉张裂隙间距与规模、风巷机巷平行的拉张裂隙的间距、规模与延伸速度等。根据上述信息可有效确定地并预测地表拉张裂隙带产生的位置和时间。

步骤2、勘测地表横跨或处于步骤1所预测拉张裂隙带上的保护区、保护区的平面形态和分布范围，保护区可能有多个；

在进行此步骤时，根据需要，可适应型的调整统计对象，当保护区面积过大导致对应的拉张裂隙直接处于其内时，划定过大的保护区便没有意义，因此可适应性的调整保护范围，例如将保护区缩小为保护对象(其中保护对象处于对应的预测拉张裂隙带上或横跨对应预测的拉张裂隙)，进而实现精确保护，一方面可提高保护可靠性，另一方面可降低保护难度。

保护对象具体为道路、桥梁、构筑物或林木等，其面积小实施起来容易。

步骤3、确定了保护区或保护对象后，在每个保护区或保护对象外围边缘处均匀施工竖直向下的钻孔；

步骤4、在拉张裂隙发生前，对每个钻孔进行注水(也可不注水，目的是为了令拉张裂隙带发生时沿多个钻孔延展方向发生拉张裂隙，从而使拉张裂隙绕过保护区或保护对象，从而使得保护区或保护对象内不产生拉张裂隙，如图1，注水是为了加大钻孔处和保护区或保护对象内之间的强度差，从而使得其能够有效对拉张裂隙进行导向)，增加其周围土层湿度以降低土体强度，令每个保护区或保护对象外围边缘处形成低强度延展圈，即使得保护区或保护对象外围的土体强度弱于其中心区域，当发生拉张裂隙时，因强度不同，从而拉张裂隙被有效地导向沿延展圈，并沿延展圈发展，从而可有效避开保护区或保护对象中心区域。

其中，步骤4对钻孔注水时，其注水后产生的渗透半径不小于孔间距的1/2。

其中，钻孔深度为2-3m。

在此过程中，可对保护对象进行评级，重要的保护对象评级高，其余次之，根据评级可调整对应的钻孔深度和间距，从而节约对应的保护经费。

为了避免拉张裂隙发生后虽然保护对象或保护区及时被保护，但是随着时间推移，保护区或保护对象外围边缘处可能会出现向下凹陷，使得保护区或保护对象呈凸起的穹顶状，不利于保护区或保护对象的保护；

因此，进一步，该方法还包括在发生拉张裂隙之后，在每个保护对象外围边缘处均匀打孔注浆。

通过打孔注浆对保护区或保护对象外边缘底部进行充填，从而可有效避免其下凹，同时，使得其底部边缘处形成向上的支撑，实现了对其的充分保护。

为了避免因保护区或保护对象自身强度较低(例如林地或植被区域)，即便产生了低强度延展圈，但是其自身强度本就降低，低强度延展圈的强度与其自身差别较小，对拉张裂隙导向的能力较差，无法实现导向的目的，还可以在每个保护对象内施工多个与对应预测拉张裂隙带延伸方向相垂直的加固梁或加强筋，每个加固梁或加强筋的两端均与埋设在保护区内的桩基固定连接，从而使得保护区或保护对象借助加固梁或加强筋形成与拉张裂隙的对抗，并增强其内部的强度，从而可有效借助低强度延展圈对拉张裂隙进行导向，从而实现对其自身的保护。

其它加固保护区或保护对象内部强度的方法均可，其目的是使保护区或保护对象内部强度增加，同时加大与其边缘处强度差，实现更好的导向效果和保护目的。

Claims (3)

1.一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、预测采矿区地表拉张裂隙带分布位置；

步骤2、勘测地表横跨或处于步骤1所预测拉张裂隙带上的保护对象、保护对象的平面形态和分布范围；

步骤3、在保护对象外围边缘处均匀施工竖直向下的钻孔，钻孔深度为2-3m；

步骤4、在拉张裂隙发生前，对每个钻孔进行注水，增加其周围土层湿度以降低土体强度，令保护对象外围边缘处形成低强度延展圈；

在发生拉张裂隙之后，在保护对象外围边缘处均匀打孔注浆；

其中，步骤3之前还包括在保护对象内施工多个与对应预测拉张裂隙带延伸方向相垂直的加固梁或加强筋，每个加固梁或加强筋的两端均与埋设在保护区内的桩基固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，其特征在于，步骤4对钻孔注水时，其注水后产生的渗透半径不小于孔间距的1/2。

3.根据权利要求1或2所述的一种横跨矿区地表拉张裂隙带式保护区的保护方法，其特征在于，所述保护对象具体为道路、桥梁或构筑物任意一种。

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