CN113486517B - 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置 - Google Patents

一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113486517B
CN113486517B CN202110768159.8A CN202110768159A CN113486517B CN 113486517 B CN113486517 B CN 113486517B CN 202110768159 A CN202110768159 A CN 202110768159A CN 113486517 B CN113486517 B CN 113486517B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mining
key layer
subsidence
basin
area
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
CN202110768159.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113486517A (zh
Inventor
张坤
徐良骥
徐阳
刘潇鹏
付俊
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.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
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 Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN202110768159.8A priority Critical patent/CN113486517B/zh
Publication of CN113486517A publication Critical patent/CN113486517A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113486517B publication Critical patent/CN113486517B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/15—Correlation function computation including computation of convolution operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
    • 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
    • Y02A10/40—Controlling or monitoring, e.g. of flood or hurricane; Forecasting, e.g. risk assessment or mapping

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明涉及矿区生态环境保护工程技术领域，具体涉及一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置。所述方法包括以下步骤：步骤1，收集地质采矿资料；步骤2，判别关键层并预测其破断特征；步骤3，进行开采沉陷预计；步骤4，设计采动损伤传导阻断路线；步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程；步骤6，布设侧向支挡反力系统，对阻断路线外侧土体施加反向推力。所述侧向支挡反力系统包括2面相对而立的钢板桩墙和布置在钢板桩墙之间的若干个液压伸缩式支撑杆。本发明通过地面工程措施切断沉陷盆地中心区域和外围区域在浅地表的物理联系，将地表采动主要影响范围控制在盆地中心区域，从而保护了面积更大的外围区域，采动灾害控制效果好，应用前景广阔。

Description

一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置
技术领域
本发明涉及矿区生态环境保护工程技术领域，具体是一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置。
背景技术
煤炭井工开采会引起上覆岩层移动变形，这种影响进一步向上传导至地表，就会造成不同程度的地表下沉、地裂缝发育、土地损毁和建(构)筑物破坏等各种形式的采动灾害，影响矿区生态环境，制约区域经济社会的可持续发展。目前，控制采动灾害的技术途径主要有部分开采、采空区充填和离层注浆等。部分开采主要是通过留设煤柱支撑上覆岩层控制地表沉陷，这是目前建筑物下、铁路下采煤控制地表沉陷应用最广的技术途径，这种开采方式地表沉陷控制效果好，但是煤炭永久损失率高，大量的煤炭资源得不到开采利用。采空区充填和覆岩离层注浆也能够有效控制地表沉陷，但是这些方式工程成本和技术要求较高，现阶段推广起来还有一定困难。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，通过地面工程措施切断沉陷盆地中心区域和外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导，将地表采动主要影响范围控制在盆地中心区域，而对面积更大的外围区域起到保护作用。该方法为地上作业，工艺简单，便于操作，成本低，效果好，适合大范围推广应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，收集地质采矿资料：获得开采厚度m、开采深度H、煤层倾角α、采煤方法与顶板管理方法、覆岩结构特征、覆岩物理力学性质、松散层厚度h和采区尺寸D；
步骤2，判别关键层并预测其破断特征：根据钻孔地质剖面图和岩层力学性质，识别关键层，计算关键层的初次破断距，即极限破断距Lc和初次破断角βc，判断开采过程中关键层是否发生破断，以及如果发生破断预测其初次破断的位置；
Lc和βc可分别通过以下各式计算求得：
式中，hk为关键层厚度，σt为关键层抗拉强度，qk为关键层承受的载荷，为关键层内摩擦角；
关键层破断的条件是：实际采宽D1不小于关键层不破断失稳所要求的极限采宽Dc，即D1≥Dc，Dc可通过下式计算求得：
式中，Hk为关键层和煤层之间的距离，μ为关键层泊松比；
关键层初次破断的位置距采区边界的距离D0可通过下式计算求得：
D0＝Hkcotβc (4)
步骤3，进行开采沉陷预计：分析地质采矿条件，确定概率积分法预计参数，包括地表下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切tgβ、拐点偏移距S和开采影响传播角θ，进行开采沉陷预计，预测下沉盆地边界，以及最大下沉点、最大水平移动点和最大水平变形点的位置；
步骤4，设计采动损伤传导阻断路线：根据步骤2和步骤3的预计结果，将采动损伤传导阻断路线布设在沉陷盆地拐点以内的区域，阻断路线以内为盆地中心区域，以外至盆地边界为外围区域；
步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程：根据步骤4的设计方案，沿阻断路线预先开挖隔离沟槽，切断盆地中心区域与外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导；
在关键层发生破断时，沿阻断路线在关键层破断位置上方地表相应区域开展夯震作业，加速浅地表土体的物理破断；
步骤6，布设侧向支挡反力系统：步骤5隔离沟槽开挖后，沿隔离沟槽，特别是在需要重点保护的区段，布设侧向支挡反力系统，通过液压伸缩式支撑杆向阻断路线外侧土体施加反向推力，抵消采动附加应力对其造成的影响。
进一步地，步骤4设计采动损伤传导阻断路线，如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，地表下沉较为剧烈，开采结束后，下沉盆地中央有一条线段或者一个平底区域，其下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，这种情况下，采动损伤传导阻断路线布设在盆地拐点和最大下沉线或最大下沉区边缘之间；
如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，这种情况下，地表下沉量整体上相对较小，开采结束后，下沉盆地中央有一个点或者一条线段，其下沉值在整个盆地内最大，采动损伤传导阻断路线布设在盆地拐点和最大下沉点或者最大下沉线之间；
如果盆地内有需要重点保护的区位，则将采动损伤传导阻断路线布设在该区位附近靠近盆地中心的一侧。
进一步地，步骤5开挖隔离沟槽，隔离沟槽的开挖深度ht不小于采动地裂缝极限发育深度hc和盆地最大下沉值W0之间的较小值。
采动地裂缝极限发育深度hc可通过下式计算求得：
式中，c为土体粘聚力，γ为土体容重，μs为土体泊松比，为土体内摩擦角。
进一步地，如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，则不需要开展步骤5中的夯震作业；
如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，则在关键层开始破断时沿隔离沟槽内侧在关键层破断位置对应地表相应区段开展步骤5中的夯震作业；
所述夯震作业可采用强夯机进行。
进一步地，步骤6布设侧向支挡反力系统，如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，则沿隔离沟槽，特别是在需要重点保护的区段布设侧向支挡反力系统，通过液压伸缩式支撑杆向阻断路线外侧土体施加反向推力，抵消采动附加应力对其造成的影响；
如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，则不需要布设侧向支挡反力系统，或者仅在需要重点保护的区段布设。
一种煤矿区采动灾害地面控制装置，其特征在于，所述装置为侧向支挡反力系统，包括2面钢板桩墙和若干个液压伸缩式支撑杆；所述2面钢板桩墙沿隔离沟槽两侧槽壁相对而立布置，钢板桩墙由多个钢板桩首尾拼接而成，钢板桩墙中上部水平设置有一条或多条钢腰梁；所述液压伸缩式支撑杆的两端以铰接的方式分别连接到沟槽两侧的钢腰梁上。
进一步地，沟槽外侧钢板桩长度不低于沟槽深度的1.5倍，沟槽内侧钢板桩长度不低于沟槽外侧钢板桩长度；钢板桩贯入结束后，其上端应略高于同侧槽沿。
进一步地，所述液压伸缩式支撑杆的最大长度Lr与沟槽宽度Wt和盆地最大下沉值W0之间应满足：
本发明的有益效果：
1、本发明根据采动空间守恒定律、关键层理论、开采沉陷预计理论和岩土力学理论，通过地面工程措施切断沉陷盆地中心区域和外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导，将地表采动主要影响范围控制在盆地中心区域，而对面积更大的外围区域起到保护作用，使建(构)筑物、耕地资源和生态环境避免因煤炭开采而遭受严重破坏，缓解村庄搬迁压力，能够产生较大的社会经济效益。
2、本发明所有工程技术环节均在地上完成，无需井下作业，操作简单，成本低，效果好，便于技术推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明技术流程图；
图2是本发明技术原理图；
图3是本发明实施例采动损伤传导阻断路线布设示意图；
图4是本发明侧向支挡反力系统结构示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“以内”、“以外”、“外沿”、“外围”等方位词描述沉陷盆地内的相对位置关系时，以靠近盆地中心为内，以远离盆地中心为外。
利用本发明的一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，开展了现场工程试验和室内大型三维相似材料模拟实验，下面分别将它们作为实施例一和实施例二，并结合附图，对本发明的技术方案进行进一步的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
淮北矿区采动灾害地面控制工程试验，采用的技术方法包括如下步骤：
步骤1，收集地质采矿资料：本实施例工作面煤层开采厚度m平均4.6m，开采深度H平均425m，煤层倾角α4～9°，采用单一长臂综合机械化一次采全高采煤法，跨落法管理顶板，基岩厚度115～202m，岩性以泥岩、中砂岩和粉砂岩为主，松散层厚度平均266m，工作面采宽D1 100m，沿煤层走向开采长度D2 540m；
步骤2，判别关键层并预测其破断特征：根据钻孔地质剖面图和岩层力学性质资料，确定关键层为厚度约22m、埋深约362m的中砂岩层，该关键层的初次破断距(极限破断距)Lc 60～75m，初次破断角βc 65～67°，关键层不发生破断失稳所要求的极限采宽Dc 180～200m，实际采宽D1小于极限采宽Dc，所以本实施例开采过程中关键层不发生破断；
步骤3，进行开采沉陷预计：根据本实施例覆岩岩性条件和邻近工作面实测数据，确定本实施例概率积分法预计参数，其中，地表下沉系数q为0.96，水平移动系数b为0.3，主要影响角正切tgβ为1.3，拐点偏移距S1、S2、S3、S4分别为0.1m、4.9m、0m、0m，开采影响传播角θ为87°，利用预计软件进行开采沉陷预计，预测下沉盆地边界，以及最大下沉点、最大水平移动点和最大水平变形点等特征点的位置；
步骤4，设计采动损伤传导阻断路线：根据步骤2和步骤3的分析预计结果，本实施例开采过程中关键层不破断，开采结束后，在下沉盆地中央形成一条最大下沉线，本实施例将阻断路线设计成圆角矩形布设在拐点和最大下沉线之间，矩形的两条长边对称分布在最大下沉线两侧，距最大下沉线40m，矩形的两条短边对称分布在最大下沉线两端点外侧，距盆地中心200m；
步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程：根据步骤4的设计方案，沿阻断路线预先开挖隔离沟槽，切断盆地中心区域与外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导，本实施例隔离沟槽的开挖深度为5m；因为D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，本实施例没有开展夯震作业；
需要特别说明的是，本实施例选取最大下沉线一侧的阻断路线(矩形的一条长边)开挖隔离沟槽进行工程试验，而另一侧作对照，未开挖隔离沟槽；
步骤6，布设侧向支挡反力系统：因为D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，本实施例没有布设侧向支挡反力系统。
本实施例垂直于隔离沟槽方向布设2条贯穿整个下沉盆地的测线，监测地表移动变形，两条测线间距100m，其中一条过盆地中心。隔离沟槽外侧的每一个测点在最大下沉线另外一侧都有一个与之位置对称的点作为对照点，将它们的监测值进行比较。现场监测结果表面，开挖沟槽一侧盆地边界点(下沉值10mm)距最大下沉线的距离相较于另外一侧缩小15％，沟槽外侧各测点平均下沉值相较于对照点降低50％，平均水平移动值降低20％。
实施例二
利用本发明的一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，开展了大型三维相似材料模拟实验，并设置了对比实验作为对比例。对比例与本实施例同时进行，二者唯一差别在于对比例没有实施本发明的一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置。
煤矿区采动灾害地面控制大型三维相似材料模拟实验，采用的技术方法包括如下步骤：
步骤1，收集地质采矿资料：本实施例和对比例以淮北矿区某采煤工作面为地质原型，模型的几何尺寸为300cm(长)×150cm(宽)×120cm(高)，如图3所示，图中1为模型上表面边界，煤层开采厚度m为2cm，开采深度H为106cm，水平煤层，采空区宽度D1为60cm，采空区长度D2为160cm，如图3所示，图中2为采空区边界，覆岩为中硬类岩石，松散层厚度64cm，采用跨落法管理顶板，通过逐根分段抽取钢条的方式模拟煤层开挖；
步骤2，判别关键层并预测其破断特征：本实施例和对比例关键层厚度hk为6.9cm，关键层和煤层间距Hk为18.1cm，根据前期相关实验得到的数据，关键层初次破断距Lc约22.2cm，初次破断角βc约66.9°，关键层不发生破断失稳所要求的极限采宽Dc为36.1cm；
本实施例和对比例实际采宽D1大于极限采宽Dc，开采过程中关键层将发生破断，通过式(4)可以计算求得关键层初次破断位置距采区边界的距离D0为7.7cm，
D0＝Hkcotβc (4)
步骤3，进行开采沉陷预计：分析地质采矿条件，确定概率积分法预计参数，其中，地表下沉系数q为0.9，水平移动系数b为0.2，主要影响角正切tgβ为2.8，拐点偏移距S为10～20cm，开采影响传播角θ为90°，利用预计软件进行开采沉陷预计，预计结果如图3所示，图中3为下沉盆地边界，图中4(包括41、42、43、44)为下沉盆地拐点，图中5为盆地最大下沉点构成的最大下沉线；
步骤4，设计采动损伤传导阻断路线：根据步骤2和步骤3的分析预计结果，本实施例和对比例开采过程中关键层发生破断，开采结束后，在下沉盆地中央形成一条最大下沉线，本实施例将阻断路线设计成圆角矩形布设在拐点和最大下沉线之间，矩形的两条长边对称分布在最大下沉线两侧，距最大下沉线8.5cm，矩形的两条短边对称分布在最大下沉线两端点外侧，距盆地中心48.5cm；
步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程：根据步骤4的设计方案，本实施沿阻断路线预先开挖隔离沟槽，切断盆地中心区域与外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导，本实施例隔离沟槽的开挖深度为3cm；
在关键层发生破断时，沿阻断路线在关键层破断位置上方地表相应区域开展夯震作业，加速浅地表土体的物理破断，本实施例采用重量为15kg的配重块通过锤击的方式开展夯震作业；
步骤6，布设侧向支挡反力系统：步骤5隔离沟槽开挖后，本实施例沿矩形隔离沟槽的两条长边布设了侧向支挡反力系统，通过伸缩式支撑杆向阻断路线外侧土体施加反向推力，抵消采动附加应力对其造成的影响；
本实施例所用侧向支挡反力系统包括2面微型钢板桩墙和2个微型电动伸缩杆；所述2面微型钢板桩墙分别沿矩形隔离沟槽的2条长边布置，相对而立；所述微型钢板桩墙的竖直高度为6cm，沿隔离沟槽外侧槽壁竖直贯入，贯入结束后其上沿略高于沟槽外沿；每面微型钢板桩墙的中上部水平设置有1条钢腰梁，所述微型电动伸缩杆的两端以铰接的方式分别连接到2条钢腰梁上；
特别地，为保证微型电动伸缩杆的作业空间，在2面微型钢板桩墙之间安放伸缩杆的位置开挖适当尺寸的专用沟槽。
分别在本实施例和对比例模型表面均匀布设变形测量标志点，相邻测点间距5cm。在采前、采中和开采结束下沉稳定后，利用高精度全站仪和近景摄影测量系统对模型进行观测。本实施例和对比例变形测量与计算分析结果如下：
1、沉陷盆地面积
在以沉陷盆地中心为起始点的任何方向上，以距离盆地中心最近的一个下沉值为0mm的测点作为沉陷盆地的边界点，由此确定沉陷盆地的边界。经计算，实施例沉陷盆地面积12010cm2，对比例沉陷盆地面积20410cm2，利用本发明的一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，使沉陷盆地面积缩小了41.2％。
2、移动变形值
分别选取以盆地中心为起始点，沿采空区宽度方向和长度方向指向盆地边界的两条测线进行观测，对本实施例和对比例两条测线对应测点的下沉值和水平移动值进行比较。结果表明，两条测线上，本实施例外围区域各测点平均下沉值1.2mm，对比例对应各测点平均下沉值4.6mm，实施例较对比例降低了73.9％；本实施例外围区域各测点平均水平移动值0.9mm，对比例对应各测点平均水平移动值1.3mm，实施例较对比例降低了30.8％。
3、采动裂缝数量
本实施例沉陷盆地外围区域沿采空区长度方向共发育采动裂缝6条，对比例模型表面相应区域共发育采动裂缝22条，实施例较对比例采动裂缝数量减少了72.7％。
综上，实施例一和实施例二均表明，利用本发明的一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置，可以有效控制开采沉陷地表影响范围，降低盆地外围区域地表的移动变形破坏程度，对矿区耕地、建(构)筑物和生态环境起到保护作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。需要说明的是，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤矿区采动灾害地面控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集地质采矿资料：获得开采厚度m、开采深度H、煤层倾角α、采煤方法与顶板管理方法、覆岩结构特征、覆岩物理力学性质、松散层厚度h和采区尺寸D；
步骤2，判别关键层并预测其破断特征：根据钻孔地质剖面图和岩层力学性质，识别关键层，计算关键层的初次破断距，即极限破断距Lc，和初次破断角βc，判断开采过程中关键层是否发生破断，以及如果发生破断预测其初次破断的位置；
Lc和βc可分别通过以下各式计算求得：
式中，hk为关键层厚度，σt为关键层抗拉强度，qk为关键层承受的载荷，为关键层内摩擦角；
关键层破断的条件是：实际采宽D1不小于关键层不破断失稳所要求的极限采宽Dc，即D1≥Dc，Dc可通过下式计算求得：
式中，Hk为关键层和煤层之间的距离，μ为关键层泊松比；
关键层初次破断的位置距采区边界的距离D0可通过下式计算求得：
D0＝Hkcotβc (4)
步骤3，进行开采沉陷预计：分析地质采矿条件，确定概率积分法预计参数，包括地表下沉系数q、水平移动系数b、主要影响角正切tgβ、拐点偏移距S和开采影响传播角θ，进行开采沉陷预计，预测下沉盆地边界，以及最大下沉点、最大水平移动点和最大水平变形点的位置；
步骤4，设计采动损伤传导阻断路线：根据步骤2和步骤3的预计结果，将采动损伤传导阻断路线布设在沉陷盆地拐点以内的区域，阻断路线以内为盆地中心区域，以外至盆地边界为外围区域；
步骤5，实施采动损伤传导地面阻断工程：根据步骤4的设计方案，沿阻断路线预先开挖隔离沟槽，切断盆地中心区域与外围区域在浅地表的物理联系，阻断采动损伤向外围区域地表传导；
在关键层发生破断时，沿阻断路线在关键层破断位置上方地表相应区域开展夯震作业，加速浅地表土体的物理破断；
步骤6，布设侧向支挡反力系统：步骤5隔离沟槽开挖后，沿隔离沟槽，特别是在需要重点保护的区段，布设侧向支挡反力系统，通过液压伸缩式支撑杆向阻断路线外侧土体施加反向推力，抵消采动附加应力对其造成的影响。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿区采动灾害地面控制方法，其特征在于，步骤4设计采动损伤传导阻断路线，如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，地表下沉较为剧烈，开采结束后，下沉盆地中央有一条线段或者一个平底区域，其下沉值达到该地质采矿条件下应有的最大值，这种情况下，采动损伤传导阻断路线布设在盆地拐点和最大下沉线，或最大下沉区边缘之间；
如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，这种情况下，地表下沉量整体上相对较小，开采结束后，下沉盆地中央有一个点或者一条线段，其下沉值在整个盆地内最大，采动损伤传导阻断路线布设在盆地拐点和最大下沉点或者最大下沉线之间；
如果盆地内有需要重点保护的区位，则将采动损伤传导阻断路线布设在该区位附近靠近盆地中心的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿区采动灾害地面控制方法，其特征在于，步骤5开挖隔离沟槽，隔离沟槽的开挖深度ht不小于采动地裂缝极限发育深度hc和盆地最大下沉值W0之间的较小值；
采动地裂缝极限发育深度hc可通过下式计算求得：
式中，c为土体粘聚力，γ为土体容重，μs为土体泊松比，为土体内摩擦角。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿区采动灾害地面控制方法，其特征在于，如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，则不需要开展步骤5中的夯震作业；
如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，则在关键层开始破断时沿隔离沟槽内侧在关键层破断位置对应地表相应区段开展步骤5中的夯震作业；
所述夯震作业可采用强夯机进行。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿区采动灾害地面控制方法，其特征在于，步骤6布设侧向支挡反力系统，如果D1≥Dc，开采过程中关键层发生破断，则沿隔离沟槽，特别是在需要重点保护的区段布设侧向支挡反力系统，通过液压伸缩式支撑杆向阻断路线外侧土体施加反向推力，抵消采动附加应力对其造成的影响；
如果D1＜Dc，开采过程中关键层不破断，则不需要布设侧向支挡反力系统，或者仅在需要重点保护的区段布设。
6.一种煤矿区采动灾害地面控制装置，其特征在于，所述装置为侧向支挡反力系统，包括2面钢板桩墙和若干个液压伸缩式支撑杆；所述2面钢板桩墙沿隔离沟槽两侧槽壁相对而立布置，钢板桩墙由多个钢板桩首尾拼接而成，钢板桩墙中上部水平设置有一条或多条钢腰梁；所述液压伸缩式支撑杆的两端以铰接的方式分别连接到沟槽两侧的钢腰梁上。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿区采动灾害地面控制装置，其特征在于，沟槽外侧钢板桩长度不低于沟槽深度的1.5倍，沟槽内侧钢板桩长度不低于沟槽外侧钢板桩长度；钢板桩贯入结束后，其上端应略高于同侧槽沿。
8.根据权利要求6所述的一种煤矿区采动灾害地面控制装置，其特征在于，所述液压伸缩式支撑杆的最大长度Lr与沟槽宽度Wt和盆地最大下沉值W0之间应满足：
CN202110768159.8A 2021-07-07 2021-07-07 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置 Active CN113486517B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110768159.8A CN113486517B (zh) 2021-07-07 2021-07-07 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110768159.8A CN113486517B (zh) 2021-07-07 2021-07-07 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113486517A CN113486517A (zh) 2021-10-08
CN113486517B true CN113486517B (zh) 2023-07-21

Family

ID=77941768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110768159.8A Active CN113486517B (zh) 2021-07-07 2021-07-07 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113486517B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114856706B (zh) * 2022-05-16 2023-04-11 中国矿业大学(北京) 一种基于下沉量的主关键层扰动影响综合评价方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104408277A (zh) * 2014-09-28 2015-03-11 沈阳大学 矿区新建建筑物引起的地表残余移动变形预测及防治方法
CN106226764A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 安徽理工大学 一种基于D‑InSAR的煤矿开采地沉陷区域的测定方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN109555556A (zh) * 2019-01-21 2019-04-02 中国矿业大学 一种面向耕地保护的固体充填采煤充实率设计方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104408277A (zh) * 2014-09-28 2015-03-11 沈阳大学 矿区新建建筑物引起的地表残余移动变形预测及防治方法
CN106226764A (zh) * 2016-07-29 2016-12-14 安徽理工大学 一种基于D‑InSAR的煤矿开采地沉陷区域的测定方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN109555556A (zh) * 2019-01-21 2019-04-02 中国矿业大学 一种面向耕地保护的固体充填采煤充实率设计方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Studay on soil moisture inversion method of reclamation land in mining area based on GNSS-R technology;XU liangji等;《Coal science and technology》;129-135 *
厚松散层开采条件下覆岩运动与地表移动规律研究;徐良骥;王少华;马荣振;朱楠;;测绘通报(第10期);55-59 *
基于多因素的矿区地表建筑物破坏探析;朱小美;徐良骥;陈召霞;张官进;;煤炭技术(第06期);119-120 *
矿山采动损害关键科学问题及发展趋势探析;李磊;李凤明;李宏艳;刘学;;煤矿开采(第06期);5-8 *
隆东煤矿开采沉陷预测分析;薛明科;汪玉松;王俊;;工矿自动化(第10期);43-47 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113486517A (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104763432B (zh) 一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法
Peng et al. Field measurements and finite-element method simulation of a tunnel shaft constructed by pneumatic caisson method in Shanghai soft ground
Li et al. Deformation and mechanical characteristics of tunnel lining in tunnel intersection between subway station tunnel and construction tunnel
Li et al. Numerical study on the response of ground movements to construction activities of a metro station using the pile-beam-arch method
Liu et al. Enlarging a large-diameter shield tunnel using the Pile–Beam–Arch method to create a metro station
Tong et al. Highway construction across heavily mined ground and steep topography in southern China
Sun et al. Physical model experiment and numerical analysis on innovative gob-side entry retaining with thick and hard roofs
CN113486517B (zh) 一种煤矿区采动灾害地面控制方法及装置
Wang et al. Stress Evolution Mechanism and Control Technology for Reversing Mining and Excavation under Mining‐Induced Dynamic Pressure in Deep Mine
Viggiani et al. Geotechnical aspects of underground railway construction in the urban environment: the examples of Rome and Naples
Liua et al. Magazine of Civil Engineering
Chen et al. Excavation influence of triangular-distribution tunnels for wind pavilion group of a metro station
Sarfarazi et al. Influence of single tunnel and twin tunnel on collapse pattern and maximum ground movement
Hua et al. Three‐Dimensional Physical Simulation and Control Technology of Roof Movement Characteristics in Non‐Pillar Gob‐Side Entry Retaining by Roof Cutting
Ghazvinian et al. Back analysis of cave propagation and subsidence at Cadia East Mine
Boon et al. Tunnelling past critical structures in Kuala Lumpur: insights from finite element analysis and TZ load transfer analyses
Whittle et al. Analyzing the effects of gaining and losing ground
Wang et al. Analysis of impact of bilateral deep foundation pit excavation on adjacent existing station
Konstantakos et al. Control of ground movements for a multi-level-anchored, diaphragm wall during excavation
Zhao et al. Study on the retention of large mining height and small coal pillar under thick and hard roof of bayangaole coal
Afradi et al. Stability analysis and support design of Imam Reza Tunnel in Ardabil Sarcham Road by numerical methods
Nafi et al. Verification of Numerical Modelling of Tunnel-Shaft Connection under Static Loading
Tang et al. Numerical Study of TBM Excavated Coal Mine Roadway Support Design
Do Minh et al. Numerical Simulation Analysis of Subway Station Deep Excavation Pit
Tao et al. Influence analysis of foundation pit construction of a subway station in Nanchang on shield tunnel and adjacent buildings

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