復(fù)雜條件下地下采煤穩(wěn)定性研究

張景玉

摘要：由于地下地形條件復(fù)雜，對(duì)煤礦開采技術(shù)要求較高。特別是一些地形、地質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)，煤炭資源豐富，但受煤炭開采技術(shù)的限制，部分煤炭?資源尚未開發(fā)。同時(shí)，在煤炭資源開采過程中，也存在著由于煤炭開采技術(shù)不科學(xué)、不合理而造成的煤炭資源浪費(fèi)，加劇了一些地區(qū)煤礦事故頻發(fā)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：通信工程;項(xiàng)目建設(shè);時(shí)間管理;分析研究

1 地下開采條件下地表邊坡穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

我國地下開采條件下的地表邊坡穩(wěn)定性研究起步較晚。最早采用穩(wěn)定 性分析方法和普通邊坡理論對(duì)地下開采條件下的地表邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了近 似分析。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家對(duì)煤炭資源的需求也越來越大，地下 開采引起的地表邊坡失穩(wěn)和滑坡現(xiàn)象越來越多，許多學(xué)者開始研究地下開 采條件下地表邊坡的穩(wěn)定性。唐福泉將開采沉陷與滑坡相結(jié)合，研究了煤 礦井下開采過程中地表邊坡穩(wěn)定性的變化，分析了開采引起的邊坡應(yīng)力場(chǎng) 變化和地表邊坡的運(yùn)動(dòng)變形。他指出，地下開采降低了地表邊坡材料的力 學(xué)性能，并改變了采空區(qū)上方巖體的原始應(yīng)力場(chǎng)。地下開采過程中，首先 破壞上覆巖層中的軟弱結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致采動(dòng)裂隙的形成和發(fā)展，降低地表邊 坡的穩(wěn)定性，最終誘發(fā)邊坡失穩(wěn)滑坡。

對(duì)于地下開采情況下地表邊坡穩(wěn)定性分析方法主要有兩種：第一種是?理論分析，它在普通邊坡分析方法的基礎(chǔ)上考慮了開采的影響，主要從以?下幾個(gè)方面來考慮：（1）將滑動(dòng)體分為采動(dòng)塊體和采動(dòng)塊體，將相應(yīng)的礦?塊強(qiáng)度還原;（2）引入采礦強(qiáng)度的概念，通過采礦強(qiáng)度將附加水平力、剪?切力和垂直力加入到邊坡的力系中;（3）根據(jù)采空區(qū)地表移動(dòng)和變形的隨?機(jī)介質(zhì)理論，計(jì)算地下采空條件下單元體的水平和垂直應(yīng)變，然后根據(jù)彈?性介質(zhì)理論計(jì)算水平和垂直應(yīng)力，然后得到附加的水平和垂直應(yīng)力。第二種?數(shù)值分析方法可以分析地下開采過程中地表邊坡的應(yīng)力應(yīng)變變化，從而得出?邊坡失穩(wěn)滑坡的漸進(jìn)破壞過程，并可以定量評(píng)價(jià)地下開采條件下地表邊坡的?穩(wěn)定性。數(shù)值分析方法在地下采礦工程中應(yīng)用的關(guān)鍵在于計(jì)算模型的選擇。在地下開采條件下的地表邊坡穩(wěn)定性分析中，采礦工程中的巖土體范圍較大。由于計(jì)算內(nèi)存和計(jì)算速度的限制，該問題通常被視為一個(gè)平面問題。唐福泉?等利用 FLAC 軟件研究了地下采煤條件下地表邊坡的穩(wěn)定性，分析了采煤后?覆蓋層沉降引起的地表黃土邊坡的應(yīng)力應(yīng)變變化及運(yùn)動(dòng)變形規(guī)律，揭示了地?下采煤條件下地表黃土邊坡的變形破壞機(jī)理。陳世闊等利用巖土邊坡分析了?采礦邊坡的穩(wěn)定性，分析了降雨影響下地表邊坡的破壞模式。分析結(jié)果表明，在地下采煤過程中，降雨和開采擾動(dòng)對(duì)地表邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。劉新?喜利用 FLAC3D 軟件模擬了地表邊坡在地下開采過程中的移動(dòng)變形和后緣拉?張裂縫的分布，然后利用 GeoStudio 軟件模擬了降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影?響。研究表明，采動(dòng)裂隙降雨入滲是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)滑坡的主要原因。

徐陽青等對(duì)礦區(qū)大量地表邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析，分析結(jié)果表 明：采空區(qū)是由地下開采形成的。隨著采空區(qū)面積的逐漸增大，地表邊坡 的力學(xué)強(qiáng)度逐漸降低，邊坡體出現(xiàn)裂縫。當(dāng)水通過這些裂縫滲入邊坡的軟 弱層時(shí)，邊坡的抗滑力將減小，從而導(dǎo)致坡面的滑動(dòng)破壞。根據(jù)對(duì)前人研 究成果的總結(jié)和分析，地下開采對(duì)地表邊坡的影響作用主要有：（1）地下 開挖破壞了邊坡巖體應(yīng)力的初始平衡狀態(tài)，導(dǎo)致巖體應(yīng)力重新分布，二次 應(yīng)力重分布過程中容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致滑坡。（2）在地下開采過 程中，應(yīng)力場(chǎng)的變化導(dǎo)致上覆巖層的位移和變形。隨著采空區(qū)面積的不斷 增大，地表邊坡的抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致邊坡破壞。（3）在開采過程中，采 空區(qū)上覆巖層的移動(dòng)導(dǎo)致地表拉伸，導(dǎo)致地表下沉，從而產(chǎn)生裂縫。隨著 采礦段的不斷推進(jìn)，地表裂縫不斷擴(kuò)大，當(dāng)裂縫延伸至貫通軟弱層時(shí)，地 表邊坡將被不穩(wěn)定滑坡破壞。

綜上所述，對(duì)于地下開采條件下的地表邊坡穩(wěn)定性已經(jīng)做了大量的研 究工作，但對(duì)于地下開采過程中地表邊坡的失穩(wěn)還缺乏成熟的理論分析和 評(píng)價(jià)方法。在地下開采條件下的地表邊坡研究中，不僅要進(jìn)行常規(guī)的邊坡 穩(wěn)定性分析，還要考慮開采擾動(dòng)的影響。因此本文以陜西黃陵某煤礦黃土 邊坡為研究對(duì)象，在明確大變形分析的基礎(chǔ)上，對(duì)地下采煤情況下地表黃 土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究，提出了地下采煤情況下地表邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，為實(shí)際邊坡工程提供一定的理論和技術(shù)指導(dǎo)。

2 復(fù)雜條件下地下采煤的穩(wěn)定性

2.1 水體采煤技術(shù)

我國是一個(gè)高壓石灰?guī)r含水層分布廣泛的國家。隨著開采深度的不斷 增加，高壓含水層開采的礦山數(shù)量也在不斷增加。大多數(shù)煤礦都不同程度 地受到底部巖溶承壓水的威脅，極易發(fā)生水淹井事故。水體采煤技術(shù)主要 針對(duì)高壓石灰?guī)r含水層上的近距離煤層開采。承壓水體上采煤作業(yè)一般采 用排水降壓和帷幕灌漿，并采用堵水與采煤綜合治理技術(shù)相結(jié)合。疏水降 壓主要是指對(duì)煤層頂板含水層進(jìn)行一系列地表和地下疏浚，通過合理利用 抽水鉆孔和排水隧洞等設(shè)備降低含水層水壓值。

帷幕注漿堵水技術(shù)主要是合理封堵煤層實(shí)際開采范圍外的大部分外部 水源，然后在開采內(nèi)部區(qū)域通過排水降壓的方式完成開采工作。有壓開采 技術(shù)是充分利用防水層，使一定厚度的防水層具有相應(yīng)的抗壓能力，從而 保證煤礦井下作業(yè)的安全。

2.2 水體下采煤技術(shù)

在煤炭資源開采過程中，地表和巖層會(huì)發(fā)生移動(dòng)，礦區(qū)內(nèi)的洞穴水、 含水層和地表水會(huì)流入地下，對(duì)地下作業(yè)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。水體下采煤技術(shù) 的主要目的是合理疏導(dǎo)地下水，盡量減小覆巖的破壞程度，通過選擇一系 列地下技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水裂縫的防治。

水體下采煤分為局部開采、充填開采、分層間歇開采和正常定常開采。在開采過程中，要注意從簡(jiǎn)單地質(zhì)構(gòu)造到復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，再從深部開采到?淺部開采，從厚防水層到薄防水層的開采。綜上所述，就是在開采過程中?盡量靠近水體，以保證防水煤柱的開采破壞程度較小，確保水的情況得到?有效控制，將事故的威脅降至最低。

2.3 綠色煤炭開采技術(shù)

綠色開采技術(shù)是利用節(jié)水開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦水資源的保護(hù)和利用。通過形成條帶開采技術(shù)、充填開采技術(shù)、分離注漿技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)土地資源 和煤礦建筑物的保護(hù)。其他技術(shù)也可以用來保護(hù)大氣環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)煤礦 的綠色開采。

在煤礦開采過程中，巖層會(huì)產(chǎn)生一定的位移，造成巖層中的水和瓦斯 流動(dòng)，造成瓦斯事故和地下水突水事故。隨著煤礦的大規(guī)模開采，長(zhǎng)壁工 作面長(zhǎng)度和走向長(zhǎng)度不斷增加。因此，采礦時(shí)應(yīng)采用體積小、功率大、可 靠性高的采礦設(shè)備，以防止對(duì)圍巖的破壞。在綠色開采技術(shù)中，通過優(yōu)化 巷道支護(hù)技術(shù)，簡(jiǎn)化開采生產(chǎn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)綜合開采的同步高效發(fā)展。

2.4 三峽開采技術(shù)研究

建筑物、水體和鐵路下采煤統(tǒng)稱為“三下”采煤?！叭隆辈擅旱哪康?是在盡量保護(hù)建筑物、鐵路和水體不受破壞的情況下，實(shí)現(xiàn)安全采煤?！叭?下”采煤主要通過控制地表沉陷達(dá)到保護(hù)建筑物和水安全的目的，采用條 帶開采技術(shù)、充填技術(shù)和組合充填技術(shù)進(jìn)行開采。

3 結(jié)論

總之，煤炭資源開采的難度越來越大，地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜。只有 采用科學(xué)的采煤技術(shù)，企業(yè)才能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。通過規(guī)范采煤工藝，科學(xué)有序地開展采煤工作，可以避免煤礦事故的發(fā)生，進(jìn)一步促進(jìn)煤礦企 業(yè)的不斷優(yōu)化升級(jí)，提高煤炭企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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