开采影响下电厂储灰场灰坝损害机理及治理对策.pdf

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1、第3期矿山测量No．32014年6月MINESURVEYINGJun．2014doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2014．03．18开采影响下电厂储灰场灰坝损害机理及治理对策陶海亮，牛本宣，张云鹏，周建伟(1．平顶山天安煤业股份有限公司，河南平顶山467000；2．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221166；3．中冶建工交通公司基础分公司工程部，重庆404100)摘要：针对电厂储灰场灰坝保护与灰坝下压煤开采之间的矛盾，文中综合采用理论分析，数值模拟及现场实测验证多种方法，研究确定了开采影响下灰坝产生

2、裂缝的临界变形值。基于随机介质理论得到开采影响下灰坝损害的预测预报模型，并以某电厂储灰场灰坝的实际工程为例，通过模型预计与现场实测验证证明该预测方法可靠，为储灰场下压煤开采及灰坝的治理提供了技术基础。针对由开采影响引起的灰坝破坏，提出了科学有效的治理措施，并在实际工程中得到应用，保证了灰坝的安全运行。关键词：储灰坝；开采损害；临界变形；治理措施中图分类号：TD326文献标识码：B文章编号：1001—358X(2014)03—0044—04储灰场作为电厂的重要组成部分，其稳定性直接关临界变形值；基于随机介质理论得到开采影响下储灰坝

3、系着电厂生产安全与人民的生命财产安全。尤其是储损害的预测预报模型，并以某电厂储灰坝的实际工程为灰坝下压煤需要开采的情况下，储灰坝的保护与压煤开例，通过模型预计与现场实测验证证明该预测方法可采之间出现了矛盾。目前研究的热点是储灰坝自身结靠。构失稳、渗流与储灰坝稳定性之间的关系“；而关于1灰坝抗变形能力研究煤炭开采引起储灰坝的破坏与失稳的研究不足，尤其缺乏在开采影响下的储灰坝损害机理及其治理对策方面1．1现有灰坝抗变形能力指标的研究成果。灰坝下压煤开采会引起坝体的变形，当变我国原煤炭工业部颁发的《建筑物、水体、铁路形达到一定极限值时

4、，坝体会产生裂缝从而影响坝体的及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录三中对安全及稳定性。本文采用理论分析，数值模拟及现场实工业构筑物、技术装置及暖卫工程管网地表(地基)测验证的方法，研究确定了开采影响下灰坝产生裂缝的的允许和极限变形值进行了明确规定，如表1。表1工业构筑物地表(地基)的允许和极限变形值注：地表水平变形；T为地表倾斜变形；R为地表曲率半径；为地表曲率。上表1中的规定为针对水库相关设施设置的，分析的大型有限差分软件FLAC对灰坝所能承受的电厂储灰场灰坝与《规程》中堤坎结构材料明显不变形值进行计算。同，因此，其结果可以

5、作为技术参考，直接采用上述(1)建模技术标准具有一定的误差，因此需要结合实际情况根据灰坝的现状和以后逐步加高的设计规划，对灰坝抗变形能力进行进一步分析。建立模型进行分析，建立的三个模型为：土石坝和一1．2数值模拟研究级粉煤灰坝、包括土石坝和一、二、三级粉煤灰坝、加为了确定灰坝可承受的开采变形，结合研究区高到最终高度时的灰坝。其中，初级坝及辐射井结域灰坝物理力学特性，采用专门进行岩土力学行为构的计算模型如图1。44第3期陶海亮等：开采影响下电厂储灰场灰坝损害机理及治理对策2014年6月(2)参数及边界条件由于大坝的构筑材料无论是土

6、石还是粉煤灰都是弹塑性地质材料，在材料达到屈服极限后，可产生较大的塑性流动。研究对灰坝采用莫尔一库仑屈服准则。根据现场的资料和相关土力学理论，确定出灰坝模型计算所采用的物理力学参数如表2。为了分析灰坝受开采影响的破坏情况，在给灰坝模型施加位移边界时要充分考虑到位移边界应符图1初级坝及辐射井结构计算模型2合开采沉陷规律，并考虑最不利的情况。在施加边u(，Y)=U(，Y)+IDl(，Y){P[]界条件时，以水平变形为基准，通过各种变形之间cos+cos,+P[Y]sin咖sin}tana(2)的相互关系确定出曲率变形和倾斜变形，然后

7、将水式中(，)，)和(，)，)分别为相同地质、开采平变形转化为不均匀水平移动，将曲率变形和倾斜技术条件下平地任意点的下沉和任意点沿西方向的转换为不均匀的下沉，确定出合适的位移边界，代入水平移动，可按照平地预计公式计算出来；D为(，模型中进行计算。，，)点的地表特性系数，为地表趋势面(，y)点的(3)模拟结果及分析倾角；咖为(，y)点的倾斜方位角，为预计方向。根据模拟计算结果，大坝所能承受开采引起的2．2实例分析临界变形值为：水平变形3．5mm／m，曲率变形0．15某电厂储灰场灰坝及其周边地下蕴藏着大量的mm／m，倾斜变形6．9m

8、m／m。灰坝变形一旦超过临煤炭资源，该灰坝分四期建设完成，即初期坝于1985界变形值，导致坝体产生破坏，产生裂缝，则坝高越年建成，坝高224m，坝长825m；一级子坝于1993年高其破坏速度越快，破坏程度越难控制。建成，灰坝增高5m，坝总高229m，坝长884m