井下开采引发地面塌陷的定量评估方法

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1、第!"卷#期中国地质灾害与防治学报;.2新疆地质工程勘察院，新疆乌鲁木齐?@$$A!；#>杭州交通规划设计研究院，浙江杭州@!$$$B）关键词：矿层井下开采；顶板稳定性；地面塌

2、陷地质灾害文章编号：!$$@C?$@B（#$$%）$#C!%?C$@中图分类号：D%E#>B；&F?#文献标识码：G大时，其裂隙带已不能达到地表，此时进地表区多表现为弯曲［@］下沉。$引言#采空区塌陷的影响因素矿层井下采矿工程引发的采空区地面塌陷是矿层开采普遍存在的环境工程地质问题，它对城市、交通、管线、水体运动采空区是否产生地面塌陷与其顶板的稳定性有着直接和会产生严重影响，对农村农耕地的破坏也不容忽视。据专家必然的关联。矿层采空区顶板的稳定性是其岩层的完整性、们统计：我国已经建有国有矿山?$$$多座，非国有矿山!$万变形特

3、性、岩土体强度及受力状态等诸多因素的综合反映，它多座，年采掘矿石量达E$亿:，由于矿产资源的开采，采矿塌具有结构的不连续性，力学性质的离散性以及所受荷载的不陷严重，全国因采矿塌陷破坏的土地基数达E$$多万’H#［!］。确定性。其稳定性受两个因素的影响：!内在因素。包括矿矿层开采引发的采空区地面塌陷地质灾害危险性评估一直处层顶板的岩土体类型、质量、物理力学性质、岩层产状、节理、于经验判断的阶段，其评估结论已经不能满足评估工作的要裂隙状况等；"外在因素。包括顶板的完整程度、顶板形态［E］求，亟需结合矿山工程技术与环境地质知识来进

4、行预测地面（平顶、拱顶）、矿层厚跨比（或者暴露面积）。塌陷地质灾害的可能发生范围，使评估工作能够得出量化的@采空区顶板稳定性的评价方法结论。本文基于矿山工程技术与地基基础和环境地质的知识对矿层井下开采引发地面塌陷地质灾害进行量化的评估。!"#矿层井下开采顶板安全厚度评价的方法［B］矿层顶板稳定性的评价方法归纳起来有以下几种：!采空区顶板岩土体变形的垂直分带@>!>!荷载传递交线法。假定荷载由顶板中心按与竖直线矿层开采后，顶板岩土体的移动变形因岩土体性质和开成@$IJ@BI的扩散角向下传递，当传递线位于顶板与洞壁的采条件不同，

5、变形的表现形式、分布状态和程度亦不相同，一交点以外时，即认为洞壁直接支撑顶板上的荷载与自重，顶板［#］般可将其垂直方向的变形分为@个带：是稳定的。!冒落带：直接位于采空区上方的顶板岩层，在自重及上@>!>#厚跨比法。当采空区顶板为完整顶板时，其顶板厚度覆岩层重力作用下，移动变形很大，所受应力大大超过本身强!与其跨越采空区的长度2之比（跨厚比）大于$>B时，顶板的度，使岩层断裂破碎塌落，堆积于采空区，已塌落部分称冒落带。厚度是安全的。"裂隙带：冒落带上部的岩层在重力作用下，移动变形较@>!>@按梁板受力情况估算。假设顶柱是一个

6、两端固定的大，所受应力超过本身强度，岩层产生裂隙或断裂，但尚未塌平板梁结构，上部岩层作为荷载，按照梁板受弯考虑，以岩层落，形成裂隙带。的抗弯拉强度作为控制指标，根据材料力学的公式，推导出安#弯曲带：裂隙带上部的岩层在重力作用下，变形较小，全的顶柱厚度。所受应力尚未超过其本身强度，未产生裂隙，仅出现连续平缓@>!>E按剪切概念估算。根据岩土体的极限平衡条件，顶板的变曲变形，称弯曲带。此带岩层的整体性未遭破坏。上述@岩土体抗剪力承受采空区范围内的顶板自重和附加荷载。带的形成主要取决于矿层的赋存条件、开采顶板管理方法以@>!>B采

7、空区顶板坍塌堵塞估算法。采空区顶板坍塌时，岩及岩层性质等。土体肯定会破碎，体积松胀，当其坍塌到一定高度，采空区被采空区由于其大小、几何形状，采掘厚度和矿层埋深的不同。上述@个带不一定同时存在。当采空区埋深较浅时，冒收稿日期：#$$BC$"C$"；修回日期：#$$BC$?C@$落带可以直达地表，形成地面塌陷。采空区埋深较深时裂隙作者简介：魏青军（!A?$—），男，大学，主要从事水资源环境问带可能达到地表，使地表出现裂隙（地裂缝）。采空区埋深很题与地质灾害方面的工作。第-期魏青军，等：井下开采引发地面塌陷的定量评估方法#$*完全

8、堵塞，顶板不再坍塌。根据一定高度岩土体坍塌后的体当&达到某一深度，肯定使顶板岩层恰好保持自然平衡积与坍塌前的沿途体体积和矿层采空空间的体积相等来进行（".+）。此时&称为顶板稳定的临界深度&，则+估算。--（-4560$）$!/$!/4$!!+123$123!"#"$按照平衡拱的理论计算。