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1、 第 3期 张海港 新 大地煤矿地表库房 开采沉陷评 价及 对策研究 2 0 1 5年 6月 2 1计算模 型及 参数 为了尽可能准确计算出研究 区域的地表变形情 况 本次评价采用概率积分法对变形计算 由于本矿 区没有进行过开采沉陷观测 类 比同类地质采矿条 件的阳煤集团寺家庄煤矿采沉陷观测资料 以及 中硬 覆岩的地表移动变形预计参数 选取本次概率 积分 法 预计参 数如 表 1 表 1 地表移动变形概率积分法预计参数 2 2 地表移动变形预计结果 参见表 2 表 3 根据所提供的地形图 采掘平 面图和井 上下对 照图回采工作面相关 数据 作为开采沉陷影响分析 的原始资料 使用太原理工大学编制
2、 的 山区煤矿开 采地表移动变形预计系统 MMS P S 计算地表各点 移 动变形 值 然 后 根据计 算 结果 分 析 开 采 的影 响 程 度及 范 围 煤层采空 区地表 沉 陷范 围内移动变形 值 的大 小 决定了地表及 附着物 的破坏程度 通 常将 沉陷 区地表点的下沉 和水平移动 称为开采沉陷 引起的移动 将 因地表相邻点下沉 水平移动不均衡 引起垂 直 面上 的倾 斜 曲率 和水 平 面 上 的 水 平变形 s含拉伸和压缩 称为开采沉陷不均衡引起 的变形 表 2 1 5 2 0 1工作面开采对供应部房屋影响预计结果 东线 2 3 开采 沉陷 范 围确 定 开采影 响范 围 的最 外
3、边 界是 以地 表移 动 的变形 均为零 的盆 地 边界 点 所 圈 定 的 边界 1 5 2 0 1工 作 面 开采按照预计结果和等值线 图 用 1 0 m m下沉等值 线 圈 定采煤 沉 陷 的影 响 范 围 可 知供 应 库 房 屋 全 部 处于 开采影 响 范 围之 内 建 筑 物 上 均会 有 不 同 程 度 的下 沉量 其下 沉量分 别为 6 1 6 7 m m 2 4 开采 沉 陷对库房 及邻 近边 坡 的影响 分析 危险移动边界是以盆地 内的地表移动和变形对 建筑 物有 无危 害 而划分 的 边界 对 建 筑 物有 无 危 害 是 以临 界变形 值 来 衡 量 的 根 据 岩
4、土 工 程 勘 察 规 范 G B 5 0 0 2 1 2 0 0 1 我国采用的一组临界变形值 是 i 3 mm m s 2 mm m K 0 2 mm m 1 5 2 0 1 工 作面 开采 引起建 筑物 最 大移 动变 形 值 和建 筑 物 的 临界变 形值列 表 于 4中 表 4 开采引起建筑物最大移动变形值 根据开采沉 陷预计结果表对 比分析可知 开采 引起的建筑物东西两侧长轴方 向上最大 曲率变形小 27 第 3期 矿 山 测 量 于建筑物的临界变形值 而最大倾斜变形和最 大水 平变形均超过了建筑物 的临界变形值 因而在 目前 开采 条件 下建 筑 物 会 受 到 采 动影 响 而
5、产 生 损 害 损 害 特征将 表 现 为建 筑 物 北 部 地 基 下 陷 或基 础 悬 空 长轴 方 向墙面 开裂 等 综合变形预计结果 由于临近坡体不高 面积很 小 且 已经 过 锚 喷 加 固处 理 故 1 5 2 0 1工 作 面 采 动 引 起 坡体失 稳破 坏 的影响很 小 可 不予 考虑 3 采取 技术 方案及 措施 既要保证建筑物的安全使用 又要尽可能多地 采 出煤 炭 资源 为此 提 出开 采 技 术 措 施 和 建筑 物 加 固保护等措施 多管齐下 确保安全 3 1 开采技 术措 施 方案 一 在 接近 停 采 线 原 设 计煤 柱 线 时减 厚 开采 但开 采范 围不
6、变 根据 开采 预计 结 果 可采 取 在 接 近停 采 线 时 减 厚开采 但开采范 围不变的技术措施 表 5给出了 距停 采线 1 0 m 2 0 m 3 0 m 4 0 m时减厚 开 采 时 的地 表及 建筑 物变形 预计 结果 表 5减厚开采 范围不变地表及建筑物变形预计结果 由表中可 以看 出 在工作面距停 采线 4 0 m距 离 减 厚 一 半 开采 采厚 2 7 1T I 才 可 保 证建 筑 物 所 受 变形值 小 于建筑 物 的临界 变形值 方 案二 在接 近 停 采线 原设 计 煤 柱 线 时 减 厚 开采 并 缩 小开采 范 围 可在 距停 采 线 原 设 计 煤 柱 线
7、 4 0 m 时 开 始 减 厚开采 采厚 2 7 1 T I 剩余 2 0 I T I 停止开采 即缩小 开 采范 围 此 种情 况下 地表 及建 筑 物变 形 预 计结 果 见 表 6 表 6减厚开采 缩小范围地表及建筑物变形预计 结果 表 6预计 结果 表 明 在接 近停 采线 原设计 煤 柱 线 时减厚 开采 并 缩小 开采 范 围的开 采 方案 明显 减 小 了地 表及 建筑 物变形 地表 及建 筑物更 安全 根 据 以上预计 结果 析 本 着安 全 第 一 预 防为 主 的宗 旨 建议采 用方 案二 开采 引 起 的供 应 部房 屋 的最大移动变形值均小于建筑物 的临界变形值 可
8、保证建 筑 的安全 3 2其他措 施 变形 监测 根据预计结果 按照方案二开采 库房受采陷影 响 的损 坏 程度不会 超 过 级 即轻 度损 坏 类 处理 方 式 为小 修 但在 1 5 2 0 1工 作 面开 采 推 进 停 采 直 至 停采 后一 定 时 间 必须 加 强 对 库 房 北 部 地 表及 库 房 28 本身的变形监测 主要是楼体 的不均匀沉降 直至地 表 采 陷完全停 止 可 在北部地 表迎 着 工 作 面 开 采 方 向 与建 筑 物 长 轴方 向基本 平行 布设 一条 预警 观测 线 点 间距 按 2 0 m考 虑 根 据井下 开采 进度 跟进 周期监 测 及 时预 警
9、并发 现 问题 以便 采取 必要 的措 施 4 结 论 1 通过回采前后对库房的监测数据分析表 明 库 房 出现 的 最 大 移 动 变 形 值 均 小 于 建 筑 物 的 临 界 值 建筑物是安全的 2 对该 矿 区复杂 地表条 件下 下转第3 2页 第 3期 矿 山 测 量 2 0 1 5年 6月 影 响 2 以往在考虑邻近条带开采采空区造成影响 的开采条 件 时 对 于赋存状 态 相似 的地 质采 矿条 件 通 常采用 相 同的一 套岩移 参 数进行 开 采 沉 陷下 沉值 计算 然而 实验结果表明 即使对于赋存状态相同 的工作面条带开采 重复采动岩移参数不同于充填 开采岩 移参 数 对
10、 地 表 沉 陷 造 成 的 影 响 不 同 由于 开采厚 度不 同 获 得 的重 复采 动下沉 岩移参 数 不 同 3 考 虑到非 主 断面地 表 岩移 观测 站 的设 站 特 点 提 出并建 立 了基 于 概 率 积 分法 的最 小 二 乘 曲面 拟合函数模型 有效地解决 了求取条带开采影响下 的遗留煤柱充填开采下沉岩移参数 的问题 并获得 了下 沉岩 移参 数 结 果 表 明 该 方 法 获 取 的岩 移 参 数满 足煤 矿 开采 沉 陷 的精 度 要 求 因此 该 方 法 用 于计 算煤 矿岩移参 数具 有可 行性 和可靠 性 4 利用 奇 异值 分解 的稳 定 性 可 以有 效 地
11、解 决方 程组 求解 的病态 问题 参考文献 1 李春意 崔希 民 何 荣 等 开采沉 陷预 计 中三 维空 间曲面拟合 参数 的研 究 J 采矿 与安 全 工程 学报 2 0 1 1 2 8 3 4 2 0 4 2 4 2 杨帆 麻 风海 地表 移动预 计参数选 取的神 经网络法 J 中国地质 灾害与防 治学报 2 0 0 4 1 5 1 1 0 2 1 0 6 3 冯尊德 卢秀 山 史玉峰 基 于 P L S回归分析 建立岩 移参数预测模型 J 煤炭工程 2 0 0 4 5 6 4 6 6 4 郭文兵 邓喀 中 邹友 峰 概率 积分 法预 计参数 选取 的神 经 网络 模型 J 中 国矿
12、业 大学 学报 2 0 0 4 3 3 3 3 2 2 3 2 6 5 于宁锋 杨化超 基于粒子 群优化神 经 网络 的概 率积 分法预计参数 的 确 定 J 测绘 科 学 2 0 0 8 3 3 2 78 8 0 6 栾元重 煤矿开采岩层移动 参数 反演理论 与方法 J 矿 业 研 究 与 开 发 1 9 9 8 1 8 1 1 9 2 0 7 王来 张 力 王 渭明 龙 口矿 区地表 移动 的参数 识别 与变形预报 J 岩土力学 2 0 0 3 2 4 s 2 3 7 5 3 7 8 8 连增增 谭志祥 李培现 等 模糊 关系方程 法在矿 山 开采沉 陷最大 下沉值 预 测 中 的应 用
13、J 金属 矿 山 2 0 1 0 7 1 3 2一l 3 5 9 郑 小平 李文 秀 岩体移动 参数反 分析的模糊 数 学方 法 J 化工矿物与加工 2 0 0 9 6 1 9 2 1 1 0 柴华彬 邹友峰 郭文兵 用模糊模 式识别确定 开采 沉陷预计参数 J 煤炭 学报 2 0 0 5 3 0 6 7 0 1 7 0 4 1 1 王光伟 膏体 充填开采 遗 留条 带煤 柱 的理论研 究与 实践 D 徐州 中国矿业 大学 2 0 1 4 1 2 郝建 石永奎 隗峰 等 条 带充填置换 条带煤 柱技 术研 究 J 湖 南科技 大学学报 自然科 学版 2 0 1 3 2 8 2 1 6 1 9
14、1 3 卢央泽 苏建 军 姜仁 义 等 深部矿体胶 结 充填开 采沉 陷规律模拟分 析 J 山东科 技 大学学报 自然 科 学版 2 0 0 8 2 7 3 4 4 5 0 1 4 国家煤炭 工业局 建筑物 水体 铁 路 及主 要 井巷 煤 柱 留设与压煤开采规程 s 北京 煤炭工业 出版社 2 0 0 4 5 1 5 1 5 李新 华 郑典松 马淑玲 地 表岩移观 测成 果分析与 研 究 J 煤矿开采 2 0 0 3 8 2 1 7 1 8 作者简介 于红 娟 1 9 8 9一 女 硕 士研 究生 主要从 事 大地 测量研究 上 接 第 2 8页 开采沉 陷 评 价 方 案 及 预 防措 施 的 优 化 提 供 基 础 数 据 便 于最 大化解 放资 源 效 益最大 化 3 该案 例 的成 功 处 理有 益 于 分 析该 矿 区移 动 变形规律 揭示其潜在的危险 为矿区建筑物 道路 等基 础设施 的防灾 工作 提供 经验 3 2 收 稿 日期 2 0 1 5 0 3 3 0 作者简介 张海港 男 2 0 0 3年毕业于焦作 工学 院 现在泉新 宇岩土工程有限责 任公 司工作 测 量工 程师 主 要从 事矿 山 测量 控制测量 工程测量等工作 收 稿 日期 2 0 1 4 1 2 2 0
