高速公路与下伏采空区相互作用分析

运用非线性有限元软件ADINA对高速公路下伏采空区进行模拟,模拟考虑了采空区覆岩体三带:冒落带、裂隙带和弯曲变形带.通过使采空区位置单元的"死"单元复活生成"生"单元,并赋以活单元新的计算参数来达到计算目的.模型的建立及参数的选取均以枣木高速公路木石段高速公路下伏采空区地层作为基础,并适当进行简化调整.建立三维模型对采空区与高速公路空间位置影响进行模拟,并对采空区倾角、内部充填效果、深厚比等的不同进行模拟,探讨规律,并编制MAT:LAB软件预测程序.     

氡-磁-电联合探测火区技术的应用研究

东峰矿二采区回风大巷在掘进期间与未知小窑火区连通,导致产生多源火区.由于火源位置隐蔽、漏风通道复杂,难以采取针对性措施对火区进行治理.为了准确探测火源位置及范围,提出了测氡法初探火源,用磁探法、自然电位法进一步确定火源位置及范围的地面氡-磁-电联用技术,并进行了应用.结果表明地面氡-磁-电联合探测技术探测出较精准的火区面积约为950m2,井下钻孔测温圈定高温区域面积约为450m2,约占氡-磁-电联合探测面积的47.3％,且基本位于联合探测的火区范围内,验证了火源探测的准确性,可为后期火区治理方案提供科学依据.     

枣木高速公路塌陷区探测及残余变形预测

为了对采空区沉陷段准确做出评估并提出有效的处理措施,采用钻孔、高分辨率地震法、电法、声波等方法对该区段空区位置进行探测,并在现场安置了原位监测仪器VWM型振弦式多点变位计对岩层移动进行长期观测,同时联合理论计算对该段进行残余变形预测.结果表明:采空区处于岩石充填或半充填状态,空间高度在2～8m之间,暂时处于相对稳定状态.经预测还将有100 ～400 mm的残余变形,提出了采空区采取充填注浆措施进行治理.在没有完全掌握采掘工程平面图的情况下,可以参照本项目中的流程进行探测、监测、预测及治理,对类似工程有参考作用.     

平朔矿区采空区电法勘探技术

为精准探明平朔矿区老窑采空区,在优选电法勘探方法基础上,进行参数优化试验,确定相应的施工技术体系,并通过现场应用.研究结果表明:平朔矿区电法勘探以瞬变电磁法探测采空区及积水区为主,可控源音频大地电磁法辅助探测中深部及多层采空区,直流电法辅助探测强电磁干扰及矿坑台阶区域的浅部采空区;经过参数优化后,瞬变电磁法发射线框为240 m×240 m,频率为8 Hz,供电电流为10 A,可控源音频大地电磁法收发距为3.5 km,MN点距为10 m,测点距为2～5 m,直流电法不同AO距离影响较小.研究结论初步确定瞬变电磁、可控源音频大地电磁法适用于平朔矿区采空区探测,施工参数为平朔矿区采空区精准勘探提供可靠参考依据.     

大直径抽采钻孔在采空区瓦斯抽采中的应用

为解决"U"型通风存在的上隅角瓦斯积聚及采空区瓦斯涌出等问题,研究利用大直径钻孔(φ550 mm)抽采采空区瓦斯技术,该技术通过低负压、高流量对采空区瓦斯进行抽采,从本质上改变采空区漏风流流场,从而降低上隅角瓦斯浓度及减少采空区瓦斯涌出.分析了大直径钻孔抽采上隅角瓦斯原理,从钻孔及护管参数、护管施工技术及参数、封孔工艺三方面研究了大直径钻孔抽采技术,并在中能矿2201工作面应用以抽采采空区瓦斯,测试确定了瓦斯钻孔抽采浓度随着工作面与钻孔的距离的变化关系,确定了最佳钻孔间距为20 m,开孔高度1.2 m可将上隅角瓦斯体积分数控制在0.28%～0.79%,钻孔交替时上隅角瓦斯体积分数控制在0.8%之内.     

综合物探方法在灵新煤矿采空区探查中的应用

采空区的存在对煤矿区生产、人民财产安全和工程建设造成极大的安全隐患。有效地探测采空区成为解决上述问题的关键。该文从采空区地球物理特征入手,采用三维地震、高密度电法的综合物探方法对采空区进行探测。三维地震勘探技术可查明直径大于20m的陷落拄,控制采空区边界,平面位置误差不大于20m。高密度电法是剖面法和电测深法的集中,在原理上与普通电阻率法相同,是一种阵列勘探方法,不同点是该方法在观测中设置了高密度的观测点;它具有较高的分辨能力,且勘探效率高,结合钻孔资料能进行一、二维反演,圈定电阻率异常区,从而确定采空区范围及充水情况。     

花岗岩地层地铁隧道盾构孤石探测及处置新方法

在花岗岩地层地铁隧道盾构掘进过程中,经常遇到"孤石"导致盾构刀盘卡住及损坏的情况,目前国内外尚未找到有效途径解决这个问题。提出采用"微动探测+加密地质补勘钻探+地面钻孔爆破"的全套地铁隧道盾构孤石预测及处置新方法,详细阐释了新方法的原理及实施步骤,并将其应用于具体工程实例。通过获取已揭露"孤石"的H/V曲线形态特征,来解译和判断盾构前方"孤石"的分布形态,根据解译成果对预测"孤石"位置进行加密地质补勘钻探,验证和修正解译结果的准确性,在探明盾构前方"孤石"分布位置及大小后,采取地面钻孔爆破或冲孔的方法最终破除孤石。工程应用结果表明,该方法取得了很好的效果,能够为微动探测理论的发展及孤石探测工程应用提供科学合理的指导。     

复杂条件下综采采空区自燃“三带”划分数值模拟

受复杂地质条件影响,用埋管取样分析方法划分采空区三带有诸多限制,采用数值模拟方法成为分析采空区三带的主要手段。本文利用Fluent流体力学模拟软件,对淮南矿业集团潘北1121(3)综采工作面采空区进行流场模拟,并根据采空区内漏风风速划分指标确定了三带的位置及范围。结果表明,氧化带的宽度在40.0m左右,以此推论工作面采空区内部自然发火的可能性较小。最后,改变工作面的供风量,得出不同供风量对采空区三带位置和范围的影响。模拟结果显示,工作面的供风量越大,采空区氧化带位置越向采空区深部延伸,且氧化带的范围越大。     

可控源音频大地电磁法在潍日高速公路测区应用为例

精确探测地下不明采空区的分布情况,对生产和工程施工安全起着至关重要的作用。基于此,本文采用可控源音频大地电磁法（Controlled-Source Audiomagnetotellurics,简称CSAMT）对潍日高速公路下伏煤矿采空区的分布情况进行精确探测。首先,通过野外多次现场试验,确定最佳采集参数,以获取高品质原始数据;其次,对采集数据进行异常点剔除,并采用中值滤波空间法进行静态校正去噪;然后利用处理后的数据进行反演,得到高分辨率电阻率断面图。通过处理前后电阻率断面图的对比,结果表明处理后的采空区形状更加清晰、位置更加准确。最后,利用测区采空区解释反演结果进行钻孔布设,其反演预测结果与实际钻井基本吻合。     

废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性评价

为准确探明废弃铁矿老采空区的赋存特征,科学评价采空区稳定性,有效防控地表塌陷灾害,以济南市顿丘铁矿老采空区为工程背景,研究了废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性。通过开展地球物理勘探和钻孔钻探,获得采空区的平面及层位分布,构建老采空区三维地质模型,实现采空区赋存特征的立体展现;采用采空区地表变形监测、临界载荷影响深度计算和采空区深厚比分析3种方法评价老采空区稳定性。结果表明：顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面面积为4 992.5 m²;采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式,层数为2～4层,埋深为38～152 m,厚度为1.6～45.7 m,其中,纯空区最大厚度为10.8 m; 2#矿体群开采形成的采空区整体稳定性较差,存在塌陷风险。可见研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定指导意义。     

龙桥铁矿复杂采空区的探测及处理方案

安徽省庐江县龙桥铁矿-320 m水平采空区,发生局部塌落导致现有采空区形态不详,为保证下部矿体正常安全开采,在地表不允许塌落的情况下,采用留设隔离矿柱的方案来隔离上部采空区.在钻孔探测确定采空区形态的基础上,应用FLAC3D程序建立三维数字模型,分析了留设不同厚度隔离层对整个采空区应力分布的影响及自身稳定程度.结果表明:留设25 m厚的水平隔离矿柱可以有效地分担地压分布情况,能够保证下部矿体安全开采.     

渑栾高速采空区路段覆岩赋存状态与处治对策

为保障车辆的安全运营,在建设采空区上方高速公路之前,查明高速公路下伏采空区的覆岩赋存状态尤为重要.以渑栾高速采空区路段为研究对象,综合采用现场钻探、理论分析和高密度电法分析此区域下伏采空区深部的覆岩破坏与浅层的扰动情况.结果表明:基于关键层位置的理论方法更适用于分析本区下伏采空区的覆岩破坏高度,研究路段仅K4+790～K5+070路段的采空区位于地表下方10～20 m,其余路段的采空区赋存深度均超过100 m,并以此为基础,提出了渑栾高速采空区路段的处治对策.研究成果可为类似工程的设计与建设提供借鉴意义,具有一定的参考价值.     

应用多级低通滤波法增强深部采空区有效电性特征——以可控源音频大地电磁法在潍日高速公路测区应用为例

为了提高潍日高速公路下伏深部煤矿采空区探测精度,采用可控源音频大地电磁法(controlled source audio magnetotellurics,CSAMT)对测区进行探测,并应用"多级"低通滤波法对因多干扰因素影响所产生的不合理电性异常进行滤除,以提高测区采空区探测精度。针对不同异常特点,分步实施"多级"低通滤波。首先对在强干扰背景下获得的原始数据进行异常点剔除;然后,采用中值空间滤波法消除静态效应;最后,利用均值阈值分割法和幂函数法分别去除浅部和深部低阻异常。相比于原始电性特征图,经过"多级"低通滤波处理后的深部采空区有效电性特征得到了明显增强,所刻画的采空区边界更加清晰。依此布设钻孔并实施了钻探,结果表明,物探异常与实际采空区埋深等具有很高的吻合度。方案的有效实施为潍日高速公路施工建设的安全评价提供了可靠的物探依据。     

采空区非间隔性注氮防火效果及施工参数

为了考察采空区非间隔性注氮的防火效果及确定合理施工参数,根据质量、动量和组分守恒方程建立反映采空区气体体积分数变化的数学模型,利用FLUENT软件通过对该模型求解,对塔山矿自燃"三带"进行预测,并确定了最佳注氮位置和注氮量。研究结果表明:注氮位置应和氧化带保持一段距离,这样可以给氮气一定的预留空间充分破坏采空区内流场。在一定条件下,单纯靠提高注氮量的防火效果提升有限,需要配合其他措施实现综合防治。最后利用动网格技术比较了非间隔性注氮和传统循环注氮的注氮效果,结果显示采用传统注氮工艺由于注氮口位置在工作面推进过程中逐渐偏离设计位置导致注氮效果降低,研究结论从采空区防火的角度对非间隔性注氮的必要性进行论证。     

瞬变电磁法定量评估河流流域开采区富水性技术

为了查明河流下渗对露井联采采空区和回填区影响的范围及程度,采用瞬变电磁法对鄂尔多斯呼和乌素沟与乌兰木伦河附近井工开采采空区及露天开采回填区进行探测试验,根据距离河流的远近不同从"线、面、体"等角度全方位分析电性响应特征情况,并结合物探区域内钻探抽水试验结果,探讨瞬变电磁法定量探测富水性的可行性。结果表明:瞬变电磁法可精确勘查河流流域露井协采煤矿浅埋深地质异常体(埋深不超过150 m)富水范围及强度,河流附近不含水(或弱含水)采空区高阻特征明显,而河流附近含水回填区低阻特征明显;附近河流对回填区影响较大,横向可达500 m,回填区呈现明显的富水"漏斗",横向影响范围随深度增加缩小,富水强度随深度增加也减弱,基本与露天剥离回填空间范围相吻合,而附近河流对采空区及上部岩层影响较小,横向不超过80 m,纵向主要影响采空区上部含水层,对采空区补给较少,采空区基本不含水(或弱含水);尝试建立钻孔单位涌水量与视电阻率之间的关系式,并用瞬变电磁法定量探测区域单位涌水量从而确定富水性等级。     

测氡法在浅埋煤层火区探测中的应用

煤火灾害中火源位置和范围的确定一直是火区治理的重点和难点。为了明确刘家峁煤矿外因形成火区的位置和范围,为火区治理总体方案设计提供理论依据,彻底有效治理火区,采用测氡法,通过地面对刘家峁煤矿埋深50~60 m煤层因外因形成的火区进行了探测。结果表明:氡法探测火源技术在浅埋煤层外因火灾形成的火区中对位置和范围确定是切实可行的,探测出火区共有氡异常区域14个,地表面积约5 050 m2,确定该区域为温度异常区域,通过钻孔温度验证了火源位置和范围的准确性。火源位置和范围的确定是火区治理方案制定的关键,也可为国内同类问题的解决提供参考。     

基于UDEC的大采高覆岩破裂的模拟与分析

为了准确划分李雅庄煤矿冒落带和裂隙带的高度,采用UDEC4.0数值模拟软件对2-226工作面上覆煤岩层进行模拟,研究得到其两带高度为11~13 m和40~44 m,在采空区两侧20~30 m范围内存在较为明显的竖向破断裂隙;现场通过比较高位钻场抽采瓦斯纯量得到：高位钻场钻孔终孔层位距煤层垂高为11~23 m时抽采瓦斯效果最好,并将钻场终孔位置优化为14.7 m,现场考察结果与数值模拟结论较为吻合;研究成果为其他类似条件矿井采场及采空区瓦斯治理提供一定的依据.     

大采空区覆岩破坏高度测控试验分析

确定采空区上覆岩层破坏高度,对"三下"煤层安全、高效开采具有重要意义。利用彩色钻孔电视系统对覆岩破坏高度、现场钻孔冲洗液漏失量和钻孔水位变化等进行观测与分析,摸清煤层开采后大采空区上覆岩层内垮落带和导水裂缝带的发育高度及其分布形态和特点。这对安全、高效开采和大采空区围岩稳定性有效控制和定量化预测预报提供依据。     

老空水综合探查预防技术研究

查明老空区分布并采取有针对性的措施是预防老空水事故的根本所在。提出了老空水调查的基本程序和内容,主要包括资料收集分析、调查与踏勘、可疑采空区及重点区域测绘圈定、地球物理探测方法选择与勘查、钻探探测及结果验证、分析总结;总结了老空水成灾的主要五类原因,相应提出了预防老空水事故的技术主要集中在"探"和"放",避免老空积水成灾的主要措施是"查明、探清、放净、管控"。     

采空区地质勘察及对京沈客专稳定性影响评价

为了评价他拉皋煤矿采空区对京沈高铁DK429+000~DK430+500段稳定性影响,通过分析矿区地层岩性及地质构造,采取对采空区煤矿资料收集及调查、物理勘探、地质钻探验证等综合勘察方法,对采空区进行地质勘察并确定采空区边界,评价线路稳定性。同时采用铁路保护煤柱设计方法来确定安全边界,防止地表变形影响铁路行车安全。结果表明拟建线路位于他拉皋煤矿采空区安全围护范围以外165m,高铁可从拟定线位处安全通过。