采空區(qū)的勘察設(shè)計(jì)與治理技術(shù).ppt

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1、采空區(qū)的勘察設(shè)計(jì)與治理技術(shù)煤炭科學(xué)研究總院西安研究院劉天林總論采空區(qū)是指地下礦產(chǎn)被采出后留下的空洞區(qū)，按礦產(chǎn)被開采的時(shí)間，可分為老采空區(qū)、現(xiàn)采空區(qū)和未來采空區(qū)。礦體被采出后，自頂板巖層向上形成三帶”——垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶和彎曲帶。地表沉陷，產(chǎn)生連續(xù)或非連續(xù)變形，由此帶來一系列環(huán)境巖土工程問題，如平地積水、道路裂縫、房屋倒塌、耕地減少、農(nóng)田減產(chǎn)等，給礦區(qū)工程建設(shè)留下很大隱患。煤層采空區(qū)塌陷垂直“三帶”示意采空區(qū)采空程度分類及其特征根據(jù)采空程度分為小型采空區(qū)大面積采空區(qū)小型采空分類表小型采空的地表變形類型及特征地表變形類型為地表

2、塌陷和開裂。小型采空范圍狹窄，多呈巷道式，地表不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)盆地，但由于開采深度淺，又任其自由坍落，地面變化劇烈。地表裂縫的分布常與開采工作面方向平行，且隨開采工作面的推進(jìn)而不斷向前發(fā)展。除極淺的采空外，裂縫一般上寬下窄，無(wú)顯著位移。大型采空變形和特征大型采空區(qū)的變形主要是在地表形成移動(dòng)盆地。即位于采空區(qū)上方，當(dāng)?shù)叵虏煽蘸?，隨之產(chǎn)生地表變形，開始形成凹地，隨著采空區(qū)不斷擴(kuò)大，凹地不斷發(fā)展，形成凹陷盆地，此盆地稱為移動(dòng)盆地。根據(jù)地表變形值的大小和變形特征，自移動(dòng)盆地中心向邊緣在水平上可分為三個(gè)區(qū)：均勻下沉區(qū)：（中間區(qū)）即移動(dòng)盆地

3、的中心平底部分。移動(dòng)區(qū)：又稱內(nèi)邊緣區(qū)或危險(xiǎn)變形區(qū)，區(qū)內(nèi)變形不均勻，對(duì)建筑物破壞作用較大。輕微變形區(qū)：外邊緣區(qū)，地表變形值較小，一般對(duì)建筑物不起損壞作用，以地表下沉值10mm為標(biāo)準(zhǔn)，來劃分其外圍邊界。從垂直方向上講，地下礦層大面積采空后，礦層上部失去支撐，平衡條件被破壞，采空區(qū)上方巖體隨之變形。采空區(qū)上方巖體的變形，總的過程是自下而上逐漸發(fā)展的漏斗狀沉落，其變形情況可分為三個(gè)帶：①冒落帶（崩落帶），采空區(qū)頂板破碎坍落形成，其厚度一般為采礦厚度的3～4倍。②裂隙帶（破裂彎曲帶）處于冒落帶之上，并產(chǎn)生較大的彎曲和變形，其厚度一般取

4、采礦厚度的12～18倍（從礦層頂板向上的厚度）。③彎曲帶（不破裂彎曲帶）裂隙帶頂面至地面的厚度。上述三個(gè)分帶適于水平狀巖層，根據(jù)采空區(qū)大小、采礦厚度和開采深度的不同，上述三個(gè)帶不一定同時(shí)存在。一、采空區(qū)勘察及穩(wěn)定性分析技術(shù)采空區(qū)的勘察方法采空區(qū)的探測(cè)，目前，國(guó)內(nèi)外主要是以采礦情況調(diào)查、工程鉆探、地球物理勘探為主，輔以變形觀測(cè)、水文試驗(yàn)等。采空區(qū)勘察技術(shù)方法選擇總結(jié)以往工作經(jīng)驗(yàn)，在多種多樣的勘察技術(shù)中，工程地質(zhì)調(diào)查、采礦調(diào)查是采空區(qū)勘察工作的基礎(chǔ)，已往的采空區(qū)勘察忽視這方面工作或?qū)Υ酥匾暡粔?，往往使物探和鉆探工作陷入盲目狀態(tài)。

5、應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)調(diào)查、采礦調(diào)查，大概確定采空區(qū)部位及范圍，然后根據(jù)測(cè)區(qū)地形、地質(zhì)、地球物理?xiàng)l件，結(jié)合高速公路勘察工作三個(gè)階段的要求，有目的的選用幾種物探方法進(jìn)行探測(cè)；再根據(jù)調(diào)查及物探結(jié)果布設(shè)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證；最后綜合分析地質(zhì)、物探和鉆探資料，圈定采空區(qū)范圍、形態(tài)，經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)確地查清沿線的采空區(qū)分布及賦存狀況。穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)主要是通過計(jì)算地基承載力、剩余地表變形量及殘留空洞的穩(wěn)定性、地表破壞范圍等來進(jìn)行。礦山開采沉陷的預(yù)計(jì)理論及方法較多，主要有：基于實(shí)測(cè)資料的經(jīng)驗(yàn)公式法，在我國(guó)廣為使用的有負(fù)指數(shù)函數(shù)法、典型曲線法等。在我國(guó)廣泛使用

6、的概率積分法。采空區(qū)穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)方法采空區(qū)勘察范圍及深度采空區(qū)勘察范圍目前，國(guó)內(nèi)采空區(qū)勘察工作中確定勘察范圍主要以采空區(qū)地表移動(dòng)盆地分布范圍為準(zhǔn)。采空區(qū)勘察深度一般要求至少深入采空區(qū)底板若干米，根據(jù)工程實(shí)踐，一般深入采空區(qū)底板2米以上。采空區(qū)勘察一般流程采空區(qū)勘察技術(shù)1、搜集資料大面積采空區(qū)以資料為主。（1）搜集各種地質(zhì)圖及區(qū)域地質(zhì)資料，借以了解地層構(gòu)成，產(chǎn)狀和構(gòu)造以及水文地質(zhì)條件等。（2）搜集礦床分布圖，以了解礦床分布范圍、層次、開采深度、厚度及埋藏特征和上覆巖層的巖性、構(gòu)造等。（3）搜集巷道圖、采礦圖、遠(yuǎn)景規(guī)劃圖，以了

7、解采空區(qū)的位置、開采歷史、計(jì)劃、開采方法、開采邊界、頂板處置管理方法、工作推進(jìn)方向和速度、巷道平面展布方向、斷面尺寸及相應(yīng)的地表位置、頂板的穩(wěn)定情況、塌落、支撐回填、積水清況、洞壁完整性和穩(wěn)定程度以及遠(yuǎn)景開采規(guī)劃等。（4）搜集地表變形與有關(guān)變形的觀測(cè)，計(jì)算資料，包括地表最大下沉值、最大傾斜值、最小曲率半徑，陷坑、臺(tái)階、裂縫的位置，形狀、大小、深度、延伸方向及其與地質(zhì)構(gòu)造、開采邊界、工作面推進(jìn)方向等的關(guān)系。采空區(qū)調(diào)查表2、調(diào)查訪問利用區(qū)域地質(zhì)資料分析、實(shí)地調(diào)查、訪問知情人或群訪為主要手段，調(diào)查內(nèi)容如下：（1）礦區(qū)的分布范圍，礦

8、層的開采范圍、深度、層數(shù)。（2）開采方法和頂板管理，巷道寬度、高度、延伸方向，采空區(qū)的塌落情況。（3）采空區(qū)開采歷史及規(guī)劃發(fā)展情況。（4）采空區(qū)地下水發(fā)育情況，排水、抽水情況及對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定的影響。（5）建筑物變形情況和防治措施。（6）有條件時(shí)，可進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。3、地質(zhì)調(diào)繪（1）地層層序、巖