深部条带采空区地表工程建设影响因素及可行性分析.pdf
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1、d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-3 5 8 X.2 0 2 2.0 1.0 0 3深部条带采空区地表工程建设影响因素及可行性分析*殷 磊1,2,郭 鑫3,孙凯华1,2,4(1.中煤科工生态环境科技有限公司,北京 1 0 0 0 1 3;2.中国煤炭科工集团有限公司,北京 1 0 0 0 1 3;3.郓城县城乡规划服务中心,山东 菏泽 2 7 4 7 0 0;4.中国地质大学(北京)水资源与环境学院,北京 1 0 0 0 8 3)摘要:条带开采采空区本身具有隐蔽性和复杂性,易受到内外在多种因素的影响,加之条带煤柱在长期静载荷作用下的稳定性不好确定,在新增建
2、筑荷载作用下的采空区及其覆岩的整体稳定性更是难以把握,给后续地表土地的进一步开发利用带来了安全隐患。文中在研究探讨条带采空区结构特征的基础上,着重分析了条带采空区地表工程建设影响因素,提出了条带采空区地表工程建设技术体系,并结合工程实例对条带采空区工程建设的可行性进行了论证。研究结果表明:在采取合理措施的前提下,在条带采空区上方,尤其是深部条带采空区上方进行工程建设是可行的。关键词:条带采空区;工程建设;影响因素;技术体系;残余变形中图分类号:T D 3 2 5 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-3 5 8 X(2 0 2 2)0 1-0 0 0 9-0 4I n f l u e n
3、c i n gf a c t o r sa n df e a s i b i l i t ya n a l y s i so fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o no ns u r f a c eo fd e e ps t r i pg o a fY i nL e i1,2,G u oX i n3,S u nK a i h u a1,2,4(1.C C T E GE c o l o g i c a lE n v i r o n m e n tT e c h n o l o g yC o.,L t d.,B e i j i n g1 0 0 0
4、 1 3,C h i n a;2.C h i n aC o a lT e c h n o l o g yE n g i n e e r i n gG r o u p,B e i j i n g1 0 0 0 1 3,C h i n a;3.Y u n c h e n gC o u n t yU r b a na n dR u r a lP l a n n i n gS e r v i c eC e n t e r,H e z e2 7 4 7 0 0,C h i n a;4.S c h o o l o fW a t e rR e s o u r c e sa n dE n v i r o n
5、m e n t,C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s(B e i j i n g),B e i j i n g1 0 0 0 8 3,C h i n a)A b s t r a c t:S t r i pm i n i n gg o a f h a d t h e c o n c e a l m e n t a n dc o m p l e x i t y,a n dw a s a f f e c t e de a s i l yb yv a r i o u s i n t e r n a la n de x t e r n
6、a l f a c t o r s.I na d d i t i o n,t h es t a b i l i t yo f t h es t r i pc o a lp i l l a ru n d e r l o n g-t e r ms t a t i c l o a dw a sn o tw e l ld e t e r m i n e d.I tw a sm o r ed i f f i c u l t t og r a s p t h eo v e r a l l s t a b i l i t yo f t h eg o a f a n d t h eo v e r b u r
7、d e nu n d e r t h ea c t i o no fn e wb u i l d i n g s l o a d,w h i c hb r o u g h t t h ep o t e n t i a l s a f e t yh a z a r d s t o t h e f u r t h e rd e v e l o p m e n t a n du t i-l i z a t i o no f s u b s e q u e n t s u r f a c e l a n d.I n t h i sp a p e r,b a s e do n t h e s t u d
8、 ya n dd i s c u s s i o no f t h e s t r u c t u r a l c h a r a c-t e r i s t i c so f t h es t r i pg o a f,t h e i n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h es u r f a c ee n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nw e r ea n a l y z e de m-p h a t i c a l l y i nt h es t r i pg o a f,t h et e c h
9、 n o l o g ys y s t e mo f t h es t r i pg o a fe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nw a sp u t f o r-w a r d,a n dt h e f e a s i b i l i t yo f t h es t r i pg o a f e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o nw a sd e m o n s t r a t e dc o m b i n i n gw i t he n g i-n e e r i n ge x a m
10、p l e s.R e s u l t ss h o w e dt h a tu n d e r t h ep r e m i s eo f t a k i n gr e a s o n a b l em e a s u r e s,i tw a s f e a s i b l et oc a r r yo u t t h ee n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o na b o v e t h es t r i pg o a f,a n de s p e c i a l l ya b o v e t h ed e e ps t r i pg o a
11、 f.K e yw o r d s:s t r i pg o a f;e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n;i n f l u e n c i n gf a c t o r;t e c h n o l o g ys y s t e m;r e s i d u a ld e f o r m a-t i o n*基金项目:北京市科技计划课题重点研发计划(Z 1 8 1 1 0 0 0 0 5 1 1 8 0 1 2);中国煤炭科工集团有限公司科技创新创业资金专项重点项目(2 0 1 8-2-Z D 0 0 7)引用格式:殷磊,郭鑫,孙凯华.深部条
12、带采空区地表工程建设影响因素及可行性分析J.矿山测量,2 0 2 2,5 0(1):9-1 2,2 0.9第5 0卷第1期2 0 2 2年2月 矿 山 测 量M I N ES UR V E Y I N G V o l.5 0N o.1F e b.2 0 2 2 在我国东部资源型城市,随着城市化进程的不断发展,城市规模逐步扩大,城市近郊的土地已成为新的利用对象,然而城市周边原来多为村庄所包围,部分村庄为压煤村庄,当时为了缓解地矿矛盾,同时为了减少相应的开采成本,未对开采影响范围内的村庄进行整体搬迁,而是采用了相对保守的保护性开采方法。条带开采作为其中一个应用较为广泛的部分开采方法,在解决“三下”
13、开采的技术手段中有着重要的地位1-3。当时留设的条带煤柱一般参照 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范(以下简你“三下”开采规范)中的经验公式计算而得,并结合现场实际情况,具有一定的科学性和合理性,然而以前留设的煤柱多用来保护原有的单层或低层建筑物,而现在的开发利用是建设多层或高层建筑物,其煤柱承载力是否还足以支撑上覆荷载,需要进一步论证;另外,煤柱在开采结束后长时间在内外因素的扰动下是否还具备稳定条件,也需要进一步分析。在条带采空区的煤柱稳定性、覆岩破坏机理、地表移动变形规律方面,广大学者已做了较为深入的研究4-7,本文在总结分析已有技术成果的基础上对深部条带采空区工程建设的影
14、响因素和可行性进行较为深入的研究和探讨,为相关研究、设计与施工提供借鉴和参考。1 条带采空区结构特征条带开采,顾名思义,是将待开采煤层划分为较为标准的条带状,采一条、留一条,确保留下的条带煤柱能够承载上覆岩层的重量而自身不发生垮塌,从而大幅度减小地表移动变形的特殊开采方式,其在“三下”开采领域应用较为广泛,多年来已取得了丰富的工程实践经验。根据条带开采的布置方式,条带开采可分为走向条带开采(如图1所示)、倾斜条带开采和伪斜条带开采三种。在我国,条带开采管理顶板通常采用全部垮落法,采深多小于4 0 0m,采厚多小于6m,采出率介于4 0%7 8.6%之间,除临界开采、重复采动等特殊情况外,条带开
15、采的下沉系数一般在0.2以下,远小于长壁开采。条带开采形成的采空区,其上覆岩层通常也可划分为“三带”,但由于条带开采属于非充分采动,故“三带”发育程度往往不足。条带开采形成的采空区,如果煤柱足以支撑上覆岩层的荷载,则地表会形图1 走向条带示意图成一个相对较为平缓、下沉量小的下沉盆地;若煤柱不能保持长期稳定,则存在在长期荷载作用下发生垮塌的可能,此时地表将发生较大且非连续的变形,而且可能是突发的,后果较为严重。目前,在条带采空区覆岩及地表破坏特征与变形机理方面已形成多个理论,主要包括煤柱的压缩与压入说、岩梁假说、托板理论、波浪消失说等。然而,条带开采岩层与地表移动机理的研究仍处于推测、探索阶段,
16、还需进一步深入研究。2 条带采空区地表工程建设影响因素在对条带采空区上方的土地进行工程建设时,必须对采空区的分布状态、覆岩结构特征、煤柱稳定性等做详细的分析,必要时结合现场勘察。对条带采空区地表工程建设的影响因素进行分析,主要还是对条带采空区及其覆岩是否稳定进行分析,尤其是在深部条带采空区,通常民用建筑物的荷载传递深度不会超过1 0 0m,荷载传递深度与采空区导水裂缝带之间存在保护层,故建筑荷载一般不会对采空区及其覆岩的稳定性造成直接影响。煤柱的稳定性属于条带采空区覆岩稳定性因素的一个重要组成部分,对覆岩的稳定性有着直接的作用,故此处对煤柱稳定性做单独分析。2.1 条带采空区覆岩稳定性影响因素
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