专题部分2012 届 毕业设计 科研训练.docx

第二部分采空区地基沉降规律的研究采空区地基沉降规律的研究摘要：随着我国经济的迅猛发展和城市化的快速发展，工业和基础设施建设的数量和范围也在不断的扩大，土地资源显得日益紧缺，煤矿采空区上部常常作为高速路或小区建设用地，但煤矿采空区的沉降机理问题是一类特殊的岩土工程问题，受诸多因素控制和影响。在工程建设中一般要尽量避开，但矿区采空区往往星罗棋布，工程建设不可避免地要穿越或坐落在采空区，这会给路基、路面及其他桥梁等构筑物的施工带来风险和潜在的危害，然而为了最大化的重新利用采空区土地资源，工程界急待解决采空区的地表变形和稳定性评价难题。本文主要对采空区的情况、煤矿采空区的地基沉降规律、地基稳定性评价及主要解决措施加以阐述。关键字：采空区；地基沉降；沉降规律；稳定性；处理措施；质量控制煤炭是我国主要能源之一，多年的开采在全国各地形成了很多大范围、大规模的采空区。随着国民经济的高速发展，土地资源越来越宝贵，同时由于采矿企业生产转型和可持续发展的要求，许多工业与民用建筑工程、交通运输工程需要建设在新、老采空区内。但是，地表附加荷载导致采空区“活化”或加大、加速变形，从而危害所建工程。目前，国内外还缺少对此方面的系统理论研究和工程实践。因此，开展采空区综合治理和工程应用技术的研究显得尤为重要，具有现实意义。在过去的几十年中，中西部煤炭资源的开发对国民经济的发展做出了巨大贡献，但是同时中西部的一些老能源基地也造成了大范围、大规模采空区。同时地表出现了裂隙、房屋出现倒塌，造成了很大的负面效应。现在我国西部大开发和可持续发展战略的实施，许多公路、铁路、厂房等需要建立在或穿越采空区，由于对采空区缺乏深入的理论研究及较少工程实践，工业和民用建筑及交通设施等在附加荷载和运输工具的动荷载影响下采空区在部分地区出现了“活化”，导致地表残余变形过大，影响了正常使用甚至发生了事故。所以，从降低成本，确保安全的角度出发，使所建工程能够安全、有效的发挥作用，对采空区的稳定性进行深入、系统的研究就显得十分有研究价值。1煤矿采空区1.1采空区概念所谓采空区是指地下固体矿床开采后所留下的空间区域。当矿体(如煤、金属矿石等)从地下被开采出来后，上部覆岩体失去支撑而导致平衡破坏。为达到新的平衡，应力进行重分布，在此过程中，采空区上部岩体变形和移动会向上波及地表，地层内部岩石的强度和内聚力也会大大降低，并在地表呈现出塌陷、裂缝和台阶等多种形式的变形，直到上覆岩层整体下沉。这些地表变形和破坏的区域或范围统称为采空区。1.2采空区类型采空区有不同的分类方法，按采煤方法与顶板管理方法，可以分长壁陷落法采空区、短壁陷落法采空区、巷柱或房柱式采空区、条带法或填充法采空区。所谓长壁陷落法采空区是由长壁大冒顶采煤法形成的采空区；短壁陷落法采空区是由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区；巷柱或房柱式采空区是由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区；条带法或填充法采空区是由条带或填充采煤法形成的采空区。按采煤深厚分又可分为以下几类：1.浅层采煤区：开采深、厚比小于40的采空区；2.中深层采空区：开采深、厚比大于40，但小于200的采空区；3.深层采空区：开采深、厚比等于或大于200的采空区。按煤矿采空区形成和停采的时间分类，可以分为新采空区和旧采空区两种。所谓新采空区是指现采空的采空区（采煤后放顶或刚放顶的采空区）。其地表移动、变形尚未发生或正在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区（或指新采空区以前的采空区），其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。1.3采空区概貌我国金属与非金属矿产分布范围广、储量丰富，其开发、开采的规模也很大。尤其是煤炭储量和产量，分别居世界第三位和第一位。煤炭是我国当前的主要能源，据统计，国内一次能源的生产和消费中，煤炭约占四分之三。预计今后三、五十年里，煤炭作为我国第一能源的地位不会改变。据调查，我国除上海市外，各省（区）、直辖市都有煤炭资源及其采空区的分布，金属和其他矿床及采空区的分布范围，远远小于煤矿采空区的分布范围。1.4国内外研究现状及进展有关采空区问题的研究，国内外主要是在煤炭、冶金、军事和交通等部门进行，如波兰、前苏联、英国和中国等主要产煤国家，从20世纪50年代开始就对“三下”采煤技术（建筑物下、铁路下、水体下）进行了详细研究。同时，对采空区地表构筑物保护和防治技术也进行了大量试验研究，积累了宝贵的经验。目前，对采空区关键技术的研究主要集中在以下4个方面：1.地下采空区的探测技术；2.采空区的稳定性评价技术；3.采空区的治理技术；4.采空区的质量监控技术。对于采空区的探测，国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水