CN111946391B - 一种山区煤矿地面变形应急治理方法 - Google Patents

一种山区煤矿地面变形应急治理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111946391B
CN111946391B CN202010392798.4A CN202010392798A CN111946391B CN 111946391 B CN111946391 B CN 111946391B CN 202010392798 A CN202010392798 A CN 202010392798A CN 111946391 B CN111946391 B CN 111946391B
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
slope
section
deformation
soil body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010392798.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111946391A (zh
Inventor
王彤标
陈金宏
王刘文
韩承红
席冬冬
张波
王刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Coal Design Geological Engineering Co ltd
Original Assignee
Guizhou Coal Design Geological Engineering Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Coal Design Geological Engineering Co ltd filed Critical Guizhou Coal Design Geological Engineering Co ltd
Priority to CN202010392798.4A priority Critical patent/CN111946391B/zh
Publication of CN111946391A publication Critical patent/CN111946391A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111946391B publication Critical patent/CN111946391B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/005—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A10/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE at coastal zones; at river basins
    • Y02A10/23—Dune restoration or creation; Cliff stabilisation

Abstract

本发明公开了一种山区煤矿地面变形应急治理方法，属于坡体塌方治理领域。该方法包括：根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区；在所述上部牵引区和中部下沉区的交界位置挖设阻断槽，对中部下沉区的土体下沉所引起的所述上部牵引区的崩滑土体进行容纳，以对所述上部牵引区的崩滑土体挤压下部推移区土体进行阻断。本发明的阻断槽可以改变采矿山体变形区岩土体力的传递及变形方向，为变形区的后续永久治理提供宝贵的时间与空间，尤其在山区煤矿开采引发地面变形的应急治理中作用显著。

Description

一种山区煤矿地面变形应急治理方法
技术领域
本发明属于坡体塌方治理技术领域，尤其涉及一种山区煤矿地面变形应急治理方法。
背景技术
研究分析认为，矿山坡体变形是一种不同于普通山体滑坡的地质灾害，其产生机制是：矿物开采导致采空区正上方土体下沉，引起高处岩体失去支撑而崩滑，这些崩滑的岩土体下移后，挤压下方土体而形成鼓胀变形区，造成下部土体产生鼓胀裂缝，最终导致公路挡墙鼓胀破坏。该变形为中部下沉、上方牵引、下方推移的运动方式，而普通山体滑坡是下方开挖形成牵引式滑坡或上方堆载形成推移式滑坡，两者在运动方式等方面的差异较为显著。
目前，针对采矿引发的崩塌、滑坡等地质灾害，永久治理的方法包括：注浆治理采空区、修建拦石墙、清理危岩、疏截排水、支挡及减载等。在进行应急治理时，可选择的手段包括：前方支挡(反压)、后方减载及截排水等。但山区煤矿地面变形上方地形复杂、岩石持续垮塌、汇水面积小，减载、截水施工面临安全风险且意义不大；直接在其前端开挖施工抗滑桩(挡墙)或采区反压措施，也将面临巨大的安全风险且影响公路交通。
综上所述，治理山区煤矿地面变形技术难题是：在保证治理措施时效性的同时，如何阻断后方上部垮塌岩土体与中部较厚土体之间力的传递，即如何阻断上方牵引变形区与下方推移变形区之间力的传递，从而为下方公路的边坡应急治理提供时间和空间。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种山区煤矿地面变形应急治理方法，通过挖设阻断槽以阻断上部牵引变形区与下部推移变形区之间力的传递，从而保持下方土体自身稳定。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种山区煤矿地面变形应急治理方法，包括：
根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区；
在所述上部牵引区和中部下沉区的交界位置挖设阻断槽，对中部下沉区的土体下沉所引起的所述上部牵引区的崩滑土体进行容纳，以对所述上部牵引区的崩滑土体挤压下部推移区土体进行阻断。
进一步，沿坡体的走向方向，所述阻断槽包括：
与所述上部牵引区相接的第一斜坡段和与所述中部下沉区相接的第二斜坡段，所述第一斜坡段和所述第二斜坡段的倾角均小于或等于40度。
更进一步，所述阻断槽还包括：
挖设于所述第一斜坡段和第二斜坡段之间的土体缓冲段。
进一步，沿所述坡体的走向方向，所述土体缓冲段水平延伸；或者
沿所述坡体的走向方向，所述土体缓冲段包括：与所述第一斜坡段相接的第一水平缓冲段，与所述第二斜坡段相接的第二水平缓冲段，以及与所述第一水平缓冲段和所述第二水平缓冲段相接的缓冲槽。
进一步，所述缓冲槽包括：与所述第一水平缓冲段相接的第三斜坡段，与所述第二水平缓冲段相接的第四斜坡段，以及挖设于所述第三斜坡段和第四斜坡段之间的土体缓冲段。
更进一步，所述第三水平缓冲段的长度大于第一水平缓冲段和第二水平缓冲段的长度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的阻断槽可以改变采矿山体变形区岩土体力的传递及变形方向，为变形区的后续永久治理提供宝贵的时间与空间，尤其在山区煤矿开采引发地面变形的应急治理中作用显著。
附图说明
图1为本发明之一的阻断槽的竖切剖面示意图；
图2为本发明之二的阻断槽的竖切剖面示意图；
图3为本发明实施例的地面变形区工程地质平面图；
图4(a)为挖设阻断槽前MIDAS数值模拟的水平方向位移云图；
图4(b)为挖设阻断槽后MIDAS数值模拟的水平方向位移云图；
图5(c)为挖设阻断槽前MIDAS数值模拟的垂直方向位移云图；
图5(d)为挖设阻断槽后MIDAS数值模拟的垂直方向位移云图；
图中，A-原始地形线、1-阻断槽I、2-阻断槽II、11-阻断槽I的第一斜坡段、12-阻断槽I的第二斜坡段、13-阻断槽I的土体缓冲段、21-阻断槽II的第一斜坡、22-阻断槽II的第二斜坡段、23-阻断槽II的第一水平缓冲段、24-阻断槽II的第二水平缓冲段、25-阻断槽II的第三斜坡段、26-阻断槽II的第四斜坡段、27-阻断槽II的第三水平缓冲段。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种山区煤矿地面变形应急治理方法，包括：
根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区；
在所述上部牵引区和中部下沉区交界位置挖设阻断槽，对中部下沉区土体下沉所引起的所述上部牵引区的崩滑土体进行容纳，以对所述上部牵引区的崩滑土体挤压下部推移区土体进行阻断。
请参阅图1所示，本发明之一的阻断槽I，沿坡体的走向方向，所述阻断槽I包括：
与所述上部牵引区相接的第一斜坡段11和与所述中部下沉区相接的第二斜坡段12，以及挖设于所述第一斜坡段11和第二斜坡段12之间的土体缓冲段13，其中，所述第一斜坡段11和所述第二斜坡段12的倾角均小于或等于40度。
请参阅图2所示，本发明之二的阻断槽II，沿坡体的走向方向，所述阻断槽II包括：
与所述上部牵引区相接的第一斜坡段21和与所述中部下沉区相接的第二斜坡段22，与所述第一斜坡段21相接的第一水平缓冲段23，与所述第二斜坡段22相接的第二水平缓冲段24，与所述第一水平缓冲段23相接的第三斜坡段25，与所述第二水平缓冲段24相接的第四斜坡段26，以及挖设于所述第三斜坡段和第四斜坡段之间的第三水平缓冲段27，其中，所述第三水平缓冲段27的长度大于第一水平缓冲段21和第二水平缓冲段22的长度，所述第一斜坡段21、所述第二斜坡段22、所述第三斜坡段25、所述第四斜坡段26的倾角均小于或等于40度。
本发明阻断槽的作用是：
1)空间效应：本发明的阻断槽可以阻断上方垮落岩土体与下方较厚土体之间的能量传递，留出保证下方土体不受上方垮落岩土体挤压的空间，并使下方较厚土体的变形方向由一侧水平变形改变成向下垂直变形或部分另一侧水平变形；
2)时间效应：本发明的阻断槽可以充当上方岩土体垮落堆积的落石槽，增加土体之间产生能量传递的联系时间，在不影响交通的情况下，为下方公路的边坡应急治理赢得宝贵时间。
应当理解，本发明阻断槽的深度根据坡体变形区的土层厚度确定；本发明中所述水平相对于坡体的走向而言，并不是绝对水平。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述
实施例1
本实施例以正高煤矿开采所引发的坡体变形作为治理对象。
1、坡体变形情况：
何家屋基地面变形区位于正高煤矿老采空区之上的一处山体斜坡上，2010年前开裂形成塌陷坑，之后变形较缓慢。但在2018年11月1日之后，坡体变形加剧，至2019年1月22日，坡体上的电杆和树木多处倾倒、裂缝增多且变宽，坡体后上方较陡区域破碎岩体持续垮塌且伴有较大声响，坡体下方的公路挡墙被挤出破坏，造成212省道被迫封路。
经实地勘查，变形体平面纵向长约190m、横向宽约100m。变形坡体内发育有20余处地裂缝，长8-50m，宽1-50cm，可见深度2-50cm，伴有不同程度的下错；变形体西部上方及中部为张裂缝，东部下方为鼓胀裂缝。另发育有3处椭圆形塌陷坑，深度1-3m，面积约90-500m2。变形体西部上方基岩基本裸露，破碎岩体下滑方向为65°；变形体中、东部下方土体较厚。
2、地质环境条件
变形区属高原剥蚀中山斜坡地貌，西部上方斜坡的坡度约45°，中、东部斜坡的坡度为5-30°。变形区最高点位于西部后缘，海拔2100m左右；最低点位于东部公路边缘，海拔1999m，相对高差约100m。附近无地表河流。
请参阅图3所示，变形区内西部上方下伏地层为三叠系下统飞仙关组(T1f)薄层状砂泥岩，基岩多裸露；中、东部下伏地层为二叠系上统龙潭组(P3l)薄层状砂泥岩，上覆第四系残坡积(Q4 el+dl)粉质粘土混碎石层厚度10m以上。
变形区内未发现断层及褶曲，地质构造较简单，地层呈单斜产出，地层产状246°∠80°，地形坡向与地层倾向相反。
3、坡体变形机理分析
变形坡体所在斜坡地层岩性为飞仙关组碎屑岩组砂泥岩，抗风化能力弱，工程力学性质差，受地质构造影响，岩体节理裂隙发育，岩体完整性差，即便没有采矿影响，也易向下方崩塌、垮落，并形成坡体上陡下缓及上部基岩裸露、下部堆积物厚的逆向坡。这种地貌特征在贵州煤矿山区十分典型，为坡体的变形提供了物质基础和地形条件。
变形区下方煤层倾角很大，采空后地表变形以露头线附近形成塌陷坑为主。原有老采空区形成后，2010年以前已形成塌陷坑；2017年底、2018年初再次开采后，引发新的塌陷及老塌陷坑复活从而引发了本次地面变形。变形区内分布的20余处地裂缝、3处地面塌陷坑均位于正高煤矿采空区地表移动与变形影响范围内。
根据现有研究成果并结合煤矿采空区时间、位置等资料分析，可以判定该变形坡体的发展趋势及变形机制为：煤矿开采导致采空区正上方土体下沉，进而引起西部高处岩体失去支撑而崩滑，这些崩滑的岩土体下移后，挤压下方已有土体而形成鼓胀变形区，造成下部土体产生鼓胀裂缝并最终使得公路挡墙鼓胀破坏。
4、处置方案
根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区；
在所述上部牵引区和中部下沉区的交界位置挖设阻断槽，对中部下沉区的土体下沉所引起的所述上部牵引区的崩滑土体进行容纳，以对所述上部牵引区的崩滑土体挤压下部推移区土体进行阻断，其中，
请参阅图2所示，沿坡体的走向方向，所述阻断槽包括：
与所述上部牵引区相接的第一斜坡段21和与所述中部下沉区相接的第二斜坡段22，与所述第一斜坡段21相接的第一水平缓冲段23，与所述第二斜坡段22相接的第二水平缓冲段24，与所述第一水平缓冲段23相接的第三斜坡段25，与所述第二水平缓冲段24相接的第四斜坡段26，以及挖设于所述第三斜坡段和第四斜坡段之间的第三水平缓冲段27，其中，所述第一斜坡段21、第二斜坡段22、第三斜坡段25、第四斜坡段26的垂直深度均为5.0m；所述第一水平缓冲段23与第二水平缓冲段24的长度为2.0m；所述第三水平缓冲段27的长度为5.0m,所述第一斜坡段21、所述第二斜坡段22、所述第三斜坡段25、所述第四斜坡段26的倾角均小于或等于40度。
5、处置效果分析
5.1按阻断槽挖设前后两种情况，对变形坡体采用传递系数法进行了稳定性检算。稳定性验算时，
取垮落碎石γ＝21.0KN/m3，粉质粘土混碎石γ＝18.5KN/m3；
由于下方采空漏水，不考虑地下水影响；按Ⅲ级防治工程、自重工况，滑带参数取值及检算，结果见表1-表3。
表1-滑带参数取值及检算结果
Figure GDA0003844196280000071
Figure GDA0003844196280000081
表2-阻断槽挖设前的检算结果
Figure GDA0003844196280000082
表3-阻断槽挖设后的检算结果
Figure GDA0003844196280000083
通过采用传递系数法对变形坡体挖设阻断槽前后两种情况进行的稳定性检算对比可知，阻断槽挖设后变形体的稳定系数增加，由0.96增加至1.02；剩余下滑推力减小，由259.66KN/m减小至小于0。
采用MIDAS软件对该变形体挖设阻断槽前后的对比情况进行了数值模拟，结果请参阅图5。
模拟结果说明了上述结论，阻断槽挖设前后垂向位移基本无变化。但阻断槽挖设前，坡体中东部有少量向东部坡体下方的水平位移；阻断槽开挖后，基本无向东的水平位移或反而有少量向西的水平位移。
6、讨论
山区煤矿开采引发的地面变形有其特殊性，与一般的滑坡特征虽有相似之处，但运动形式不同。通过挖设阻断槽可以改变变形区岩土体力的传递及变形方向，为变形区后续的永久治理提供宝贵的时间与空间，在山区煤矿开采引发地面变形的应急治理中作用显著，可供其它类似工程借鉴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种山区煤矿地面变形应急治理方法，其特征在于，包括：
根据山区坡体变形的运动形式，将坡体变形区划分为上部牵引区、中部下沉区和下部推移区；
在所述上部牵引区和中部下沉区的交界位置挖设阻断槽，对中部下沉区的土体下沉所引起的所述上部牵引区的崩滑土体进行容纳，以对所述上部牵引区的崩滑土体挤压下部推移区土体进行阻断；所述阻断槽用于改变采矿山体变形区岩土体力的传递及变形方向，为变形区的后续永久治理提供时间与空间；
沿坡体的走向方向，所述阻断槽包括：
与所述上部牵引区相接的第一斜坡段和与所述中部下沉区相接的第二斜坡段，所述第一斜坡段和所述第二斜坡段的倾角均小于或等于40度；
所述阻断槽还包括：
挖设于所述第一斜坡段和第二斜坡段之间的土体缓冲段；
沿所述坡体的走向方向，所述土体缓冲段包括：与所述第一斜坡段相接的第一水平缓冲段，与所述第二斜坡段相接的第二水平缓冲段，以及与所述第一水平缓冲段和所述第二水平缓冲段相接的缓冲槽；
所述缓冲槽包括：与所述第一水平缓冲段相接的第三斜坡段，与所述第二水平缓冲段相接的第四斜坡段，以及挖设于所述第三斜坡段和第四斜坡段之间的第三水平缓冲段；
所述第三水平缓冲段的长度大于第一水平缓冲段和第二水平缓冲段的长度。
CN202010392798.4A 2020-05-11 2020-05-11 一种山区煤矿地面变形应急治理方法 Active CN111946391B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010392798.4A CN111946391B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种山区煤矿地面变形应急治理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010392798.4A CN111946391B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种山区煤矿地面变形应急治理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111946391A CN111946391A (zh) 2020-11-17
CN111946391B true CN111946391B (zh) 2022-11-11

Family

ID=73337074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010392798.4A Active CN111946391B (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种山区煤矿地面变形应急治理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111946391B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115561433B (zh) * 2022-11-10 2023-03-07 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 降雨作用下土质陡坡开裂试验装置及其边界构造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572765B (zh) * 2013-11-19 2015-04-08 苏州荣帆建设工程有限公司 桥址河岸膨胀土滑坡处治施工方法
CN104532818A (zh) * 2014-12-02 2015-04-22 辽宁工程技术大学 一种露天矿采空区的治理方法
CN104818721B (zh) * 2015-03-24 2017-05-17 中国地质大学（北京） 一种适用于陡壁深坑型废弃矿山地质环境治理方法
CN105040713A (zh) * 2015-08-03 2015-11-11 李世海 一种露天矿边坡滑坡治理方法
CN107304559B (zh) * 2016-04-18 2019-06-14 中国矿业大学(北京) 条带状塌陷坑的修复方法
CN107563105B (zh) * 2017-10-19 2020-11-06 东北大学 一种采空区冒落引起地表塌陷位置的确定方法
CN109339075B (zh) * 2018-11-16 2021-06-11 中国地质科学院探矿工艺研究所 一种滑坡应急防治技术治理方法
CN111005392B (zh) * 2019-12-12 2021-06-29 武汉科技大学 一种含缓倾软弱夹层矿山高陡滑坡的治理方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111946391A (zh) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zaruba et al. Landslides and their control
Gutiérrez 13 Hazards associated with karst
Hencher Preferential flow paths through soil and rock and their association with landslides
Bovis et al. Extensive deformations of rock slopes in southern Coast Mountains, southwest British Columbia, Canada
Thakur et al. Late Quaternary tectonic evolution of Dun in fault bend/propagated fold system, Garhwal Sub-Himalaya
Song et al. A large-scale colluvial landslide caused by multiple factors: mechanism analysis and phased stabilization
CN105332738A (zh) 一种采煤沉陷灾变发生的预警方法
CN111946391B (zh) 一种山区煤矿地面变形应急治理方法
Zhu et al. Surface water control for mining thick, relatively shallow coal seams in the loess area of western China
Meng et al. Landslides and their control in the Chinese Loess Plateau: models and case studies from Gansu Province, China
Hofrichterova Utilization of geophysical method of multielectrode resistivity measurements on a slope deformation in the mining district
Ostaficzuk Variety of landslides in Poland, and their possible dependence on neogeodynamics
Liu et al. Research on the engineering geological conditions and stability evaluation of the B2 talus slide at the Jin’an Bridge hydropower station, China
CN204370471U (zh) 一种重力式挡土墙
Lv Numerical simulation and model of deformation features of destabilized mining slope under fault-controlled conditions
Wu A study of landslide body control of black bovine cave copper ore mining and beneficiation project
Knill The application of engineering geology to the construction of dams in the United Kingdom
Lv Simulación numérica y modelo de características de deformación de la pendiente minera desestabilizada en condiciones controladas por fallas/Numerical Simulation and Model of Deformation Features of Destabilized Mining Slope Under Fault-Controlled Conditions
Deen et al. Landslides in Kentucky
Bauer et al. The Material Extraction for the Kühtai Dam
Liu Force Analysis of Anti-slip Pile Bodies on Soil Mudstone Slopes Under Heavy Rainfall
Maharaj The morphology, geometry and kinematics of Judgement cliff rock avalanche, Blue Mountains, Jamaica, West Indies
Bandyopadhyay et al. Sikkim
Yun et al. Analysis on the Influence of Grounding Trench on the Slope Stability of Transmission Line
Kazeev et al. THE SLIP SURFACE LOCATIONS OF DEEP BLOCK LANDSLIDES

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant