CN113530597A - 一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，涉及地质灾害预防与保护技术，包括将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内每个目标区域外缘施工开口端背离中部沉陷整体方向的U型隔断结构，U型隔断结构的底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内；本发明能够有效对欲拉张沉陷整体内的构筑物进行防护，并降低了施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及地下采矿区地表地质灾害预防与保护技术，尤其涉及一种对采矿沉陷区地表构筑物保护的方法。
背景技术
我国的矿山地质灾情十分严重，地下开采引起的地面沉陷又是矿区最严重的矿山地质灾害类型之一。众所周知，地面沉陷可直接破坏地表构筑物，如铁路、堤坝、村庄和其它工业与民用建筑。此外，开采沉陷亦常伴生大量的地表拉张裂隙，加剧水土流失进而降低土壤质量，甚至引发矿区生态环境破坏等诸多环境地质问题。
平原矿区单个工作面采煤引起的地面沉陷范围往往大于地下实际开采范围。如图1，采空区上方地表平坦、达到超充分采动、采动影响范围内没有大地质构造的条件下，最终形成的沉陷盆地一般可划分为三个区域，即欲沉陷整体A和其两侧的拉张沉陷整体B。其中中部沉陷整体一般下沉剧烈，保护难道大，因此，一般不做保护措施，但是拉张沉陷整体因处于采空区地表投影外围，其变形程度小于中部沉陷整体，因此存在施工保护的可能性。
如专利号为2021104837640的在先申请中其公开了一个缩小平原矿区地下开采引发地表沉陷范围的方法，其通过施工支挡构筑物来阻断沉陷变形的传递，其施工方法简单，施工效果明显，但是也存在施工量大的缺陷，不利于降低施工成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明结合平原矿区地表沉陷演化机制，提出一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，以解决现有技术中施工陈本大的问题。
实现本发明目的所采用的技术方案为：
一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；
步骤2、令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；
步骤3、统计欲拉张沉陷整体上需要保护构筑物的分布位置和需保护范围，获得需要保护的目标区域；
步骤4、在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内每个目标区域外缘施工开口端背离中部沉陷整体方向的U型隔断结构，U型隔断结构的底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内，并满足欲拉张沉陷整体发生沉陷至稳定后U型隔断结构不变形不位移。
进一步，所述U型隔断结构中两侧壁的端部分别与对应欲拉张沉陷整体中背离中部沉陷整体的外缘连接。
进一步，所述U型隔断结构中与工作面推进方向平行的侧壁为倾斜壁，且所述倾斜壁的底端朝向中部沉陷整体方向。
进一步，在每个所述倾斜壁所在地表上堆覆沙垄。
进一步，该方法还包括在所述倾斜壁朝向中部沉陷整体一侧施工由地表向下的隔断槽，且隔断槽下挖至其正下方预变形边界处。
进一步，在施工U型隔断结构之前先开挖隔断槽，施工完U型隔断结构后施工沙垄，隔断槽内填充有填充物，并在隔断槽的顶部堆积沙垄。
进一步，该方法还包括在拉张沉陷整体发生沉陷并稳定后，回收U型隔断结构。
本发明的有益效果是：本发明通过确定需要保护的目标区域，并针对目标区域施工隔断槽及隔断结构，在起到同样的保护效果下，有效的降低了施工成本，提高了施工效率。
附图说明
图1为采矿沉陷区引起地表沉陷盆地剖面示意图；
图2为实施例1中采矿沉陷区U型隔断结构布设布剖视图；
图3为实施例1中采矿沉陷区U型隔断结构布设布俯视图；
图4为实施例2中采矿沉陷区U型隔断结构布设布剖视图；
图5为实施例3中采矿沉陷区U型隔断结构布设布剖视图；
其中，1、U型隔断结构；2、目标区域；3、沙垄；4、隔断槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
结合图1至3，本实施例提供一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；
步骤2、令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；
步骤3、统计欲拉张沉陷整体上需要保护构筑物的分布位置和需保护范围，获得需要保护的目标区域2；
具体的，本步骤的目的在于降低施工成本，通过统计确认欲拉张沉陷整体上的保护目标，明确需要进行保护的构筑物，对其位置和面积进行确认后，可获得需要保护的目标区域2，从而只针对目标区域2进行保护，降低施工成本；统计确认后，进行步骤4。
步骤4、在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内每个目标区域2外缘施工开口端背离中部沉陷整体方向的U型隔断结构1(具体的可由挡板、预制板等构成)，U型隔断结构1的底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内，并满足欲沉陷整体发生沉陷至稳定后U型隔断结构不变形不位移(即U型隔断结构夹持在岩土体内的部分能够提供其抵抗目标区域产生向中部沉陷整体滑移的力及外围岩土体对其的摩擦力，同时U型隔断结构的强度也需要满足在变形过程中不会发生断裂剧烈弯曲等，从而维持U型隔断结构内的目标区域的稳定性)。
具体的，结合附图2和3，U型隔断结构1形成对目标区域2的防护，其中，其与工作面推进方向平行的侧壁一方面切断了与其内侧岩土体之间的联系，阻断了其内侧岩土体对目标区域2内岩土体的拉力，另一方面该侧壁底端插入欲沉陷整体下方的岩土体内时，在发生变形时能被其下方的岩土体夹持并抵抗沉陷变形的趋势，保持目标区域2内的岩土体的稳定性，进而可在变形过程中维持目标区域2的稳定；其次，U型隔断结构1中与工作面推进方向垂直的两侧壁可有效的切断在该方向上与其外围土体之间的联系，从而降低了外围土体朝向中部沉陷整体运动时对其的拉扯，从而维持稳定，并且二者底部插入其所在预变形边界下方的岩土体内，在变形过程中可有效维持其形态，从而能够对其外端处的岩土体在向中部沉陷整体运动时起到切割作用，从而保持其内部目标区域2的稳定性。
实施例2
结合图4，为了避免变形过程较为剧烈，U型隔断结构1两臂所在侧壁防护范围不够，导致图4中区域B对区域A外部延伸部分的摩擦力较大影响区域A处的稳定性，在本实施例中，施工步骤基本与实施例1相同，区别在于令U型隔断结构1的两臂向背离中部沉陷整体的方向延伸至对应欲拉张沉陷整体外侧边界处(或接近边界，接近时满足区域B的延伸部分在发生形变时不会对区域A造成影响)。
即U型隔断结构1中两侧壁的端部分别与对应欲拉张沉陷整体中背离中部沉陷整体的外缘连接。
特别的，为了提高发生变形后U型隔断结构1内侧岩土体能够稳定，在本实施例中，所述U型隔断结构1中与工作面推进方向平行的侧壁为倾斜壁，且所述倾斜壁的底端朝向中部沉陷整体方向。
即通过倾斜壁的设置使得U型隔断结构1处于倾斜壁内侧的岩土体能够形成边坡，同时边坡又被倾斜壁覆盖，从而可有效提高U型隔断结构1内岩土体的稳定性；其次，倾斜壁的设置能够进一步加强其下方岩土体对其底端的夹持效果，提高了保持不变形不位移的稳定性(不变形不位移指的是其整体形态和位置不会发生较大改变，例如极度弯曲或位移)。
特别的，因此发生沉陷变形后，因U型隔断结构1的出现及变形本身的特性，在倾斜壁朝向中部沉陷整体的一侧会出现裂隙，影响目标区域2在变形后的稳定，同时易加速水土流失，因此，为了避免上述危害，在本实施例中，在每个所述倾斜壁所在地表上堆覆沙垄3。
从而在发生变形时和后，沙垄3内的砂石可填充倾斜壁外侧的裂隙，避免上述缺陷。
实施例3
参考图5，本实施例与实施例2基本一样，区别在于，该方法还包括在所述倾斜壁朝向中部沉陷整体一侧施工由地表向下的隔断槽4，且隔断槽4下挖至其正下方预变形边界处；同时，在施工U型隔断结构1之前先开挖隔断槽4，施工完U型隔断结构1后施工沙垄3，隔断槽4内填充有填充物，可为碎石、沙硕等物料，并在隔断槽4的顶部堆积成垄。
并且该方法还包括在拉张沉陷整体发生沉陷并稳定后，回收U型隔断结构1。
施工隔断槽4的目的在于提前对倾斜壁处泄压，避免形变时可能出现的不稳定现象，同时提高U型隔断结构1施工的便利性，降低其施工难度，同时通过在隔断槽4内填充砂石，其能够有效在泄压后再次恢复对倾斜壁的支撑，降低倾斜壁底端岩土体对倾斜壁的夹持强度，提高了支撑的稳定性，在变形时至稳定后，沙垄3能够随时充填产生的缝隙，避免了存在裂隙时可能对倾斜壁破坏的压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将沉陷盆地划分为延伸方向与工作面推进方向平行的三块沉陷整体，具体为地下采空区投影所在的中部沉陷整体和处于中部沉陷整体两侧的两个拉张沉陷整体；
步骤2、令每个拉张沉陷整体的底部所在界面为变形边界，将每个变形边界沿工作面推进方向延伸，延伸的部分为欲变形边界，其上的岩土体为欲拉张沉陷整体；
其特征在于，还包括以下步骤：
步骤3、统计欲拉张沉陷整体上需要保护构筑物的分布位置和需保护范围，获得需要保护的目标区域；
步骤4、在欲拉张沉陷整体发生变形前，于其内每个目标区域外缘施工开口端背离中部沉陷整体方向的U型隔断结构，U型隔断结构的底端插入欲拉张沉陷整体下方的岩土体内，并满足发生沉陷至稳定后U型隔断结构不变形不位移。
2.根据权利要求1所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，所述U型隔断结构中两侧壁的端部分别与对应欲拉张沉陷整体中背离中部沉陷整体的外缘连接。
3.根据权利要求2所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，所述U型隔断结构中与工作面推进方向平行的侧壁为倾斜壁，且所述倾斜壁的底端朝向中部沉陷整体方向。
4.根据权利要求3所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，在每个所述倾斜壁所在地表上堆覆沙垄。
5.根据权利要求4所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，该方法还包括在所述倾斜壁朝向中部沉陷整体一侧施工由地表向下的隔断槽，且隔断槽下挖至其正下方预变形边界处。
6.根据权利要求5所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，在施工U型隔断结构之前先开挖隔断槽，施工完U型隔断结构后施工沙垄，隔断槽内填充有填充物，并在隔断槽的顶部堆积沙垄。
7.根据权利要求6所述的一种应力阻隔式采矿沉陷区地表构筑物防护方法，其特征在于，该方法还包括在拉张沉陷整体发生沉陷并稳定后，回收U型隔断结构。
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