6-03建筑物下采煤

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1、薄基岩条带开采覆岩与地表移动变形机理的研究及优化设计建筑物下采煤杨伟峰主讲Tel:13952112006Email:yangwf126@126.com主要内容1、绪论：研究现状、课题的提出及主要研究内容；2、研究区的地质条件，特别是谢家口村庄下煤系及松散层的地质结构特征——薄基岩；3、薄基岩条带开采的工程地质力学模型试验；4、条带开采覆岩与地表移动的数值模拟研究；5、条带煤柱稳定性及优化设计；6、主要结论与展望。1、绪论目前我国煤炭资源的开发使用而言，浅部的易于开采的资源基本已开采殆尽，下一步将向深部煤层和“三下”压煤进军。由于条带开采能控

2、制垮落带、断裂带的发育，减少覆岩与地表沉陷，有利于保护地面建筑物、构筑物、地形、地貌，有利于安全生产，因而条带开采在“三下”采煤方面，将有广泛的应用前景。条带开采覆岩与地表移动变形机理和预计方法研究现状为研究条带开采引起的覆岩与地表移动规律、地表沉陷预计，学者们采用了唯象法、连续介质力学法、数值模拟、物理模拟及工程地质模型等，并得出许多有价值的结论。主要研究内容在条带开采研究中，针对条带开采采动沉陷及覆岩与地表移动变形的工程地质机制尚需进一步深入系统研究，特别是厚松散层薄基岩条件下条带开采覆岩移动变形机制及条带优化设计的研究更是一个新问题，

3、在薄基岩条件下地表沉陷模式及地表移动变形特征，以及条带煤柱应力应变特征与长期稳定性的研究，均需进一步深入探讨。针对薄基岩条件下条带开采覆岩与地表移动变形机理及优化设计这一研究课题，结合山东省济宁市太平煤矿谢家口村庄下压煤问题，进行了薄基岩条带开采覆岩与地表移动变形工程地质机理研究工作。具体采用的技术路线及工作步骤如图1-1：工作步骤要解决的问题研究区工程地质与水文地质资料分析与评价薄基岩条带开采工程地质力学模型试验薄基岩条带开采覆岩与地表移动的数值模拟研究条带煤柱压缩变形量与强度模拟试验条采煤柱稳定性数值分析及评价条采方案对比与优化设计地表

4、移动变形的特征覆岩破坏变形的状态覆岩应力分布特点岩土体内部由波浪式下沉向均匀下沉盆地转换的条件、位置及影响因素条带煤柱应力分布特点、塑性区形态与分布煤柱长期稳定性评价图1-1薄基岩条带开采覆岩与地表移动变形机理研究的工作路线图2、研究区的地质条件重点介绍一下谢家口村庄及村庄下煤系及松散层的地质结构特征：太平矿谢家口村庄下压煤面积约0.41km2，压煤量587.33104吨，谢家口位置及周围钻孔分布图如图2-1。在举村搬迁困难的情况下，按目前一般条采的采出率为50%左右，该村庄下可采出煤炭资源293.67104吨，实现该矿煤炭资源的可持续

5、发展。图2-1研究区谢家口位置及周围钻孔分布示意图图2-299-2钻孔工程地质岩组柱状图根据研究区99-2钻孔对谢家口村庄下煤田揭露的地层情况，绘制工程地质岩组柱状简图如图2-2。谢家口村庄下压煤具有典型的薄基岩结构，薄基岩与正常厚度基岩在结构与物理力学性质上存在较大差异。表2-1对两者进行了对比。可知，薄基岩的工程地质性质指标中抗压、抗拉强度及弹性模量较正常厚度基岩的要小得多，这就使得薄基岩条带开采时，基岩层不能形成砌体梁一类稳定的“大结构”，岩层内部的波浪式下沉无疑会向上部土层延伸，岩层与煤柱的应力应变状态及煤柱的塑性区分布情况也势必区

6、别于正常厚度基岩，这些问题均需要做进一步的讨论。本部分对太平煤矿工程地质及水文地质条件的研究是后续研究薄基岩条带开采建立工程地质力学模型及数值模拟的基本依据。3、薄基岩条带开采的工程地质力学模型试验本部分内容为全文最主要工作量之一，历时2个月，完成了该模型的准备、建模、“开采”、观测及分析推断等工作。用工程地质力学模拟方法研究岩层移动的实质是，根据相似原理，将矿山岩土层（在研究的范围内）以一定比例缩小，用相似材料制成模型。然后对模型中的煤层模拟实际情况进行“开采”，观测模型上的岩层由于“开采”引起的移动、变形和破坏情况，分析、推断实际岩土层

7、及地表所发生的情况。文中重点论述了薄基岩条带开采的工程地质力学模型试验及对覆岩移动变形破坏的特征与规律的分析，最后得出了一些有益的结论。具体讲：本此建模依据兖州矿区的工程地质及地质采矿条件，根据99-2及其周围钻孔工程地质岩组柱状图，设计模型的原型长600m，深200m，煤层平均埋深188m，表土层厚154m，基岩层厚34m，煤层厚为8.8m；具体参数如表3-1所示。模型的铺设由底板开始逐层进行，直到地表，岩层中各结构体块均设置标点，各土层层间埋设标点，地表设置位移表，均以供读数来量测变形情况。测点布置及工作面位置示意图如图3-1。图3-1

8、位移测点、煤柱压缩变形测点布置及工作面位置示意图位移观测表覆岩破坏特征观测的主要内容有：①对模型开采中的特殊现象进行照相、素描、丈量等；②对离层出现的位置、离层裂缝的宽度等与开采