徐州庞庄煤矿采空区对拟建电厂场地稳定性影响的研究

论文摘要

在过去的几十年里,大量的煤炭资源被开采利用,且大多数采用的是超常规和粗放式的开采方式,使得我国各大矿区都形成了大面积的采空区。与此同时,国家基础建设兴起,许多基础建筑例如高速公路、铁路、工业及民用建筑等不得不穿越或建立在老的采空区上。这样,老采空区地基上修建工程建筑的需要和采空区的“活化”变形之间形成了矛盾。进行老采空区建筑地基稳定性的研究,对于我国矿区土地资源的利用和矿区基础设施建设、矿区城镇规划等都具有很现实的意义。本论文以徐州庞庄煤矿工业广场为研究对象,通过调查分析庞庄煤矿的煤系地层、地质构造、采矿及采空区分布特征,分析其采空区覆岩移动及“三带”发育破坏规律,运用概率积分法进行地表残余移动变形量计算。同时,本文利用FLAC3D模拟开采沉陷过程,研究煤层多层重复开采影响的地表变形规律。并进一步模拟建筑荷载下塑性场、位移场和破坏场的变化特征,分析了地表残余变形倾斜值、最大水平位移及曲率等,在此基础上,对研究区采空区建筑地基稳定性进行分区评价,并提出治理措施建议。论文较深入分析了煤矿采空区上覆岩层应力重新分布和地表移动和变形的特征,并运用传统的理论计算和数值模拟方法来研究老采空区建筑地基的稳定性,并对庞庄工业广场工程建筑地基进行稳定性评价。为该电厂工程设计与施工提供了安全保障,对于类似采空区地基上的工程建设也具有积极的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外的研究动态和发展
• 1.3.1 国外研究动态现状及发展趋势
• 1.3.2 国内研究动态现状及发展趋势
• 1.3.3 存在问题
• 1.4 研究内容
• 1.5 研究方法
• 1.6 技术路线
• 2 研究区内地质和采矿基本特征
• 2.1 地理位置及地形条件
• 2.2 区域气象及水文
• 2.2.1 气象
• 2.2.2 水文
• 2.3 地层岩性及其构造
• 2.3.1 地层岩性
• 2.3.2 构造
• 2.4 水文地质条件
• 2.4.1 区域地下水埋藏类型
• 2.4.2 矿区地下水补、迳、排条件
• 2.5 地震
• 2.6 采矿条件及采空区基本特征
• 2.6.1 煤系地层特征
• 2.6.2 煤层开采方式
• 2.6.3 研究区内采空区分布特征
• 2.6.4 研究区内采空区地表变形特征
• 2.6.5 研究区内采空区上方地表变形主要影响因素
• 3 研究区内采空区覆岩移动及地表变形预计
• 3.1 采空区覆岩破坏特征
• 3.2 研究区内采空区地表残余移动和变形预计
• 3.2.1 采空区地表残余变形量预计
• 3.2.2 重复采动时岩层与地表移动变形预计
• 3.2.3 研究区内煤矿采空区残余变形预计结果
• 3.3 小结
• 4 采空区覆岩破坏及地表移动变形数值模拟
• 4.1 数值模拟软件介绍
• 4.2 地质模型的建立
• 4.3 边界条件及物理力学参数的选取
• 4.3.1 模型边界约束条件
• 4.3.2 岩体物理力学参数的选取
• 4.4 开采后塑性区分析
• 4.5 多层煤重复采动后覆岩及地表移动破坏
• 4.5.1 地表下沉位移
• 4.5.2 地表水平移动变形
• 4.5.3 采空区采动地表矢量位移场
• 4.6 小结
• 5 建筑荷载下老采空区“活化”分析及剩余变形数值模拟
• 5.1 老采空区上覆岩体“活化”失稳形式及条件
• 5.2 建筑荷载下老采空区“活化”变形的影响
• 5.2.1 老采空区地基受工程建筑荷载作用下的影响深度
• 5.2.2 建筑荷载作用下老采空区“活化”的临界采深
• 5.2.3 研究区内建筑荷载下地基影响深度计算
• 5.3 建筑物荷载的附加应力作用下地基沉降数值模拟
• 3D 计算模型及加载条件'>5.3.1 FLAC^3D计算模型及加载条件
• 5.3.2 附加荷载加载后的塑性区分析
• 5.3.3 建筑物荷载附加作用力下地表及覆岩变形趋势分析
• 5.4 小结
• 6 老采空区上建筑地基稳定性评价及治理研究
• 6.1 评价标准
• 6.2 采空区对拟建建筑场地稳定性影响评价
• 6.2.1 老采空区残余变形对建筑场地的影响
• 6.2.2 建筑荷载对采空区地基稳定性的影响
• 6.3 研究区内采空区稳定性评价分区
• 6.3.1 分区标准
• 6.3.2 研究区内采空区危险性分区及评价
• 6.4 采空区建筑物地基治理及建筑物结构保护措施
• 6.4.1 采空区治理措施建议
• 6.4.2 采空区建筑物布置的建议
• 6.4.3 采空区地表建筑物抗变形措施
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录