石膏矿房柱式开采地面建筑场地稳定性研究

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1、石膏矿房柱式幵采地面建筑场地稳定性研究胡荣华江苏地质矿产设计研宄院摘要：通过对枣庄海龙化工厂石膏矿采空区资料的收集分析，用定性和半定量的方法，从矿柱稳定性、顶板稳定性和地表变形3个方而对采空区建筑场地稳定性进行研宄。采空区建筑场地稳定性评价在煤矿中涉及较多，但在非充分采动的房柱式开采石膏矿场地研究较少。该研宄方法对兽南及苏北地区房柱式开采的石膏矿既有建筑物的合理利用能起到一定借鉴作用。关键词：房ft式开采;石靑矿;建筑场地;采:令区;稳定性;作者简介：胡荣华（1968-）,男，高级工程师，工程硕士，毕业于中国矿

2、业大学水文地质与工程地质专业，主要从事岩土工程、灾害地质、地质科研及煤炭地质勘査等工作。收稿日期：2017-07-14Received：2017-07-140引言采空区稳定性分析方法是从采空区的空间状态、覆岩的力学性质、应力分布入手,研宄顶板岩体破坏机理、塌陷的分带性、地表变形的预测等。A前较常用的是定性和半定量的方法。稳定性定量分析的理论依据主耍有:梁板平衡理论、普氏理论、太沙基理论、伏萨尔梁理论等［1-2］。本文对房柱式开采石矿地面既有建筑物场地的地基稳定性和适宜性作出评价，防止因地表变形或其它不良地质作用

3、引发地表既有建筑物的变形和破坏。1工程概况1.1工程概况枣庄市台儿庄区海龙化工厂建筑场地紧邻枣庄市兴源石ff矿副井工业广场，场地及周边进行过地下釆掘活动，遗留有釆空区。场地的既有建筑主要为化工车间，广4层建筑，是条形或筏板基础，框架结构。评价区地理位置优越，交通便利。1.2以往工作程度评价区基础地质工作研宄程度很高。煤炭、地矿、水利等有关部门曾先后在评价IX及其外围附近做过

4、x:域地质调查、矿产地质、水文地质、工程地质勘察等工作。2矿床特征与幵采技术条件2.1矿床特征石膏矿床赋存于古近系官庄组第二段（E2g），

5、矿体东西走向长960m，倾向宽450m，倾角同地层倾角，呈层状基本均匀覆盖全矿区。2.2矿床开釆技术条件矿层顶底板岩石主要为砂质泥岩，与矿层呈整合接触。据开采证实，顶板稳固性一般。矿层顶板、矿层、矿层内夹层、底板垂直岩层面的抗压强度平均值分别为4.88、16.94、7.83、11.96MPa,平行岩层面抗压强度平均值分别为2.67、15.28、3.5、7.11MPa,垂直岩层而的抗剪强度平均值分别为0.65、2.02、0.97、1.38MPa,平行岩层面的抗剪强度平均值分别为0.12、1.82、0.40、0.6

6、3MPa。2.3采矿工艺及釆空区该矿山采用房柱式采矿法。采区内矿房沿矿体走向布置，矿房顶板留膏层1.5〜2.0m，底板留护底膏层1.0~l.5m。开采时间距今近12a。根据实测，评价区下方采空区宽度5~9m，平均约6m，采高2.7~8.8m，平均约4.0m，底板埋深10（fl25m，采出面积比0.3~0.4。经观测井下矿柱及顶底板完整性较好，未见有片帮、底鼓、顶板开裂及地下水渗漏现象［3］。3采空区稳定性研宄3.1矿柱稳定性计算如果不考虑矿柱的长期稳定性问题，只考虑矿柱生产期间的稳定性，根据Bieniawski

7、（1992年）建议取如下的安全系数作为矿柱设计的依据：不冋收矿柱房柱式开采安全系数Fs=l.5;主要巷道矿柱以及冋收矿柱安全系数Fs=2.0;边界矿柱安全系数F=2.5£^1。当需要考虑矿柱长期负载而失稳可能对地表建筑物造成损害时，在对矿柱强度的讼时效应以及矿柱所受的载荷和矿柱强度随时间的变化进行仔细评估情况下，矿柱的安全系数取值如下：公共道路等:安全系数匕=1.5;住宅、办公室、工业建筑:安全系数Fs=2.0;医院、学校等:安全系数Fs=2.5。为准确评价矿柱的稳定性，采用激光测距仪对石膏矿井下进行测量，对井

8、下各采场、典型矿柱的参数进行了详细测量。根据Bieniawski公式计算出该石矿井下典型矿柱的安全系数Fs:0.64+0.36Fs二rh()1+L,LP式屮:S：为矿岩强度参数，按本矿区勘察报告取16.94MPa;W。、Wp分别为矿房和矿柱的宽度，m;L。、Lp分别为矿房和矿柱的长度，为岩石密度，取22kN/m;h为矿柱的高度，m;a为常数，试验研宄表明，当煤柱的宽高比大于5时，a=1.4,而当煤柱的宽高比小于5时，a=1.0。通过现场抽取典型矿柱进行稳定性计算，得出矿柱的安全系数均在2.5以上，如表1所示。矿

9、柱矿柱尺寸Xn矿房尺寸/n底编号hLo柱16.57.03.65.07.0柱210.610.84.07.09.0柱311.550.63.57.09.0为分析矿柱稳定性与采深之间的关系，以该石膏矿井下岩体的工程地质条件、采场结构参数为依据，采用从属面积法和Bieniawski公式计算出不同采深条件下的矿柱安全系数^。计算表明，采深对矿柱的稳定性影响较人，随着采深的增加，矿柱的安全系数成非线