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乌市东二环急倾斜煤层采空区稳定性与治理方案分析
| 论文题名： | 乌市东二环急倾斜煤层采空区稳定性与治理方案分析 |
| 关键词： | 公路工程;路基加固;数值模拟;煤矿采空区 |
| 摘要： | 新疆是我国的煤炭资源大省,煤炭资源量2万亿吨左右,占到全国总储量的40％,煤炭工业是新疆国民经济和社会发展的支柱产业之一。煤炭作为西部的主要能源,具有重要的地位。随着西部大开发进程的加快,高等级公路的兴建也随之迅猛发展。乌鲁木齐矿区是我国急倾斜煤层最大的矿区,几十年的强力开发,形成了大量的采空区。因此,在兴建高等级公路的时候不可避免地会遇到煤矿采空区工程地质问题。本论文在研究煤矿采空区地质采矿、工程地质及水文地质基础上,利用力学方法分析了急倾斜煤层采空区塌陷机理,采用经验公式法预测了导水裂隙带的高度和地表的剩余变形量,同时,以军区煤矿为例,利用FLAC3D软件模拟该采空区对公路工程的影响以及注浆治理后路基的稳定性问题。研究工作主要得出以下几点结论: (1)利用岩板力学模型,以军区煤矿B17煤层和丰源煤矿B32煤层为例,进行了采空区顶板挠度的计算,结果表明,采空区下方挠度大于其上方的挠度,最大挠度点位于采空区中部偏下的位置,真实地反映了急倾斜煤层开采时采空区顶板变形特征和岩板在联合作用力条件下的变形本质;利用两端嵌固的简支梁结构模型,以丰源煤矿B25-26、B27、B32煤层为例,通过计算得出了煤层顶板的轴向应力散点图,结果表明,煤层顶板的下部岩石受压应力作用,上部受拉应力作用;岩石的应力偏大,超过了岩石的极限应力,采空区是不稳定的。 (2)各矿地表剩余变形值:最大剩余下沉量w在384-887mm之间;最大倾斜值i值在6.07-16.81mm/m之间;最大剩余水平变形值ε值在2.21-6.23mm/m之间;最大曲率值k值在0.14-0.68×10-3/m之间。远远大于规范所规定的沉降和变形量。 (3)利用FLAC3D软件对军区煤矿采空区的形成及公路荷载长期作用下采空区的稳定性进行了数值模拟。结果表明,在煤层采出后,采空区端部发生明显的应力集中现象,采空区以剪切破坏为主;在长期荷载作用下,煤柱失稳会产生附加沉降。 (4)利用数值模拟方法对军区煤矿采空区注浆后围岩的应力特征和地表变形规律进行了分析和探讨。结果表明,通过注浆能够极大的提高采空区的稳定性,提高了岩层的物理力学性质,应力集中区域明显减小,不再以采空区域形成局部性集中。地表最大下沉量为4.5-5cm;最大水平位移量仅1.2-1.4cm。注浆治理效果明显,能极大地提高路基的稳定性,减小残余变形量。 |
| 作者： | 郭良春 |
| 专业： | 地质工程 |
| 导师： | 张志沛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安科技大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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