所屬欄目:礦業(yè)論文 發(fā)布日期:2011-05-23 17:11 熱度:
【摘要】煤礦采空區(qū)的穩(wěn)定性問(wèn)題是巖土工程中研究的重要課題,特別是近年來(lái),隨著高層建筑的興建和土地的合理規(guī)劃利用,在采空區(qū)修建高層建筑物對(duì)采空區(qū)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文根據(jù)工程實(shí)例,對(duì)老采空區(qū)巖土工程穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行分析和探討。
【關(guān)鍵詞】老采空區(qū),巖土工程,穩(wěn)定性
某大酒店高21層,由主樓及裙樓組成,主樓東西長(zhǎng)42m,南北寬20m,框剪結(jié)構(gòu);裙樓位于主樓東、南、西三側(cè),外包尺寸東西長(zhǎng)66m,南北寬43~50m,高度均為3層,框架結(jié)構(gòu),主、群樓均設(shè)一層地下室,彼此結(jié)構(gòu)獨(dú)立。
場(chǎng)區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g,分組為第二組。
場(chǎng)區(qū)地層主要為石炭~二疊系煤系地層,整體走向NE,傾向NW,傾角平緩,上覆第四系地層由黏性土組成,厚度約10m。場(chǎng)區(qū)共含煤21層,煤層總厚度5.32m,其中場(chǎng)地可采、局部可采煤層6層,場(chǎng)地位置實(shí)際開采煤層為17煤、20煤和21煤。
場(chǎng)區(qū)內(nèi)煤礦開采方法為走向長(zhǎng)臂法,頂板管理為自由垮落法。各采煤工作面基本情況詳見表1。根據(jù)開采時(shí)間確定,場(chǎng)區(qū)采空區(qū)為老采空區(qū)。
表1場(chǎng)區(qū)地段采煤工作情況簡(jiǎn)表
場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
(1)開采時(shí)間判定采空區(qū)地基穩(wěn)定性
煤礦采空區(qū)地面變形活躍期結(jié)束時(shí)間為T=2.5H0(天)式中H0為采深,單位m。
場(chǎng)地煤層最大采深約為333m(從地面算起),根據(jù)上式估算其地面變形活躍期結(jié)束時(shí)間為833天,而場(chǎng)地煤層最后開采時(shí)間為1994年,因此從開采時(shí)間評(píng)價(jià),場(chǎng)地采孔區(qū)地面變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定。然而需要說(shuō)明的是,采空地面塌陷變形穩(wěn)定并不代表采空區(qū)上覆巖土體變形的絕對(duì)終止,只是其變形量在一定時(shí)間內(nèi)小于一定限值,并且在特定條件下還將發(fā)生活化,發(fā)生二次較大變形。
(2)采深采厚比判定采空區(qū)地基穩(wěn)定性
場(chǎng)地內(nèi)煤層最小埋深約238m,采深采厚比280,遠(yuǎn)大于30,地表一般出現(xiàn)連續(xù)沉降變形,但在地表沉降移動(dòng)盆地邊緣,裂縫較發(fā)育,其大小隨著采深的增大而減小。
(3)根據(jù)地基附加應(yīng)力與冒落帶發(fā)育高度判定采空區(qū)地基穩(wěn)定性
a.建筑物荷載影響深度計(jì)算
取地基中的附加應(yīng)力Oz占上覆地基土自重應(yīng)力Ocz的10%所對(duì)應(yīng)的深度為地基受壓層深度。以采用筏板基礎(chǔ)考慮,計(jì)算21層主樓中心位置43m深度處附加應(yīng)力Oz約為78kPa,不足該深度處巖土自重應(yīng)力(Ocz=915kPa)的10%,據(jù)此確定建筑物基底附加應(yīng)力最大影響深度約為地面以下43m。
b.冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶計(jì)算
經(jīng)驗(yàn)公式取:Hm=100M/(3.3n+3.8)+5.1式中M為累計(jì)采厚(m),n為煤層分層數(shù);
計(jì)算Hm約為22m。
場(chǎng)地深部17、20和21煤采空區(qū)冒落、導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度遠(yuǎn)在建筑物基底附加應(yīng)力的影響深度43m以下,新建建筑物不會(huì)導(dǎo)致17、20和21煤采空區(qū)活化失穩(wěn)。
(4)根據(jù)工程荷載與煤層頂板力學(xué)性能判定采空區(qū)地基穩(wěn)定性
根據(jù)公式估算采空區(qū)頂板巖石的穩(wěn)定性:
式中:H0為臨界深度;B為巷道寬度(m),按4m計(jì)算;γ為巖土層平均重度,按26.5kN/m3計(jì);φ為摩擦角,取平均值300。
對(duì)于高度21層的建筑物,按平均基底壓力P0為420kPa估算,H0=31.6m,1.5H0=47.4m。場(chǎng)地17、20和21煤采空區(qū)采深大于245m,遠(yuǎn)大于1.5H0=47.4m,因此,地基基本穩(wěn)定。
(5)老采空區(qū)活化判定采空區(qū)地基穩(wěn)定性
老采空區(qū)在遭受重復(fù)采動(dòng)、地震、地下水超采等強(qiáng)烈地質(zhì)環(huán)境條件改變作用時(shí),其上方原來(lái)基本穩(wěn)定的巖土體因應(yīng)力平衡的破壞將發(fā)生二次變形,直至達(dá)成新的應(yīng)力平衡,從而形成老采空區(qū)“活化”現(xiàn)象。老采空區(qū)活化的變形特征與現(xiàn)采空相似,但強(qiáng)度明顯減弱。
綜合上述分析可知,場(chǎng)地的穩(wěn)定性主要受老采空區(qū)殘余變形及“活化”作用的不利影響;綜合評(píng)定,在采取合適的建筑結(jié)構(gòu)抗變形措施后,場(chǎng)地基本穩(wěn)定。
進(jìn)一步工作的思考
(1)加強(qiáng)采空區(qū)的地質(zhì)勘察工作。根據(jù)資料的收集和勘察成果,首先應(yīng)考慮采空區(qū)在附加荷載作用下是否會(huì)“活化”,然后再計(jì)算其在使用年限內(nèi)的殘余沉降量以及采空區(qū)地基的承載力。
(2)老采空區(qū)巖土工程穩(wěn)定性問(wèn)題要從多重地質(zhì)因素共同作用的角度進(jìn)行分析論證,除上述論述說(shuō)論述的條件外,還應(yīng)考慮場(chǎng)區(qū)自然地理概況、區(qū)域地質(zhì)條件及采空區(qū)塌陷狀況等,并應(yīng)根據(jù)工程需要,論述采空區(qū)地面變形特征,計(jì)算剩余沉降量和預(yù)測(cè)變形的發(fā)展趨勢(shì)。
(3)老采空區(qū)評(píng)價(jià)方法多采用定性與半定量的綜合分析方法確定場(chǎng)區(qū)的穩(wěn)定性。
(4)關(guān)于老采空區(qū)穩(wěn)定性的研究,特別是在工程建筑行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累較少,因此,沒有實(shí)際建筑經(jīng)驗(yàn)可供參考,高層建筑建成以后的變形特征及安全運(yùn)行情況難以準(zhǔn)確預(yù)計(jì),因此場(chǎng)地用作高層建筑物的建設(shè)場(chǎng)地時(shí)尚缺少建筑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的支撐,需委托權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行專門性論證工作。
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文章標(biāo)題:煤礦老采空區(qū)巖土工程穩(wěn)定性探討
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