[发明专利]一种采煤塌陷区地基稳定性的评价方法

摘要

本发明公开一种采煤塌陷区地基稳定性的评价方法，该方法包括以下步骤：（1）垮落断裂带高度的计算：根据不同地质采矿条件，测量相关参数并选择垮落断裂带高度计算公式或者经验公式；（2）计算采煤塌陷区荷载影响深度：根据采空区地质地层条件来分析地基自重应力和地面附加应力，确定了采煤塌陷区建筑荷载影响深度的计算方法；（3）采煤塌陷区地基稳定性评价：根据煤层采深即H采、采空区垮落断裂带高度即H裂和建筑荷载影响深度即H影的相互关系，对采煤塌陷区地基稳定性评价。该方法适用于不同地质采矿条件下不同开采方法、开采工艺的地基稳定性评价，适用范围更广，评价效果好。

主权项

1.一种采煤塌陷区地基稳定性的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)垮落断裂带高度的计算：实测采空区相应的矿区的覆岩破坏情况，获得观测数据，并选择相应的计算公式或经验公式；当无观测数据和经验公式时，借鉴类似矿区条件下的经验公式进行计算，或者参考“三下”采煤规程中的有关公式进行计算；(2)计算采煤塌陷区荷载影响深度：根据采空区地质地层条件来分析地基自重应力和地面附加应力，确定了采煤塌陷区建筑荷载影响深度的计算方法；(3)采煤塌陷区地基稳定性评价：根据煤层采深即H采、采空区垮落断裂带高度即H裂和建筑荷载影响深度即H影的相互关系，对采煤塌陷区地基稳定性进行评价；其中，所述垮落断裂带高度基于如下进行计算：垮落断裂带的发育高度，主要与开采煤层的厚度、倾角、开采尺寸、覆岩岩性、采煤方法、顶板管理方法有关，不同的采煤方法，其导水裂缝带发育规律不同；在确定垮落带和导水裂缝带高度时，最优选利用本矿区实测的覆岩破坏观测数据和相应的经验公式，当无观测数据和经验公式时，采用“三下”采煤规程中有垮落断裂带高度的计算公式；(1)缓倾斜0～35°、中倾斜36～54°煤层；煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时，厚煤层分层开采的导水裂缝带最大高度计算公式为：其中:∑M‑累计采厚，m；(2)急倾斜煤层55～90°；煤层顶、底板为坚硬、中硬、软弱岩层，用垮落法开采时的导水裂缝带高度计算公式为；其中:h‑回采阶段垂高，m；M‑煤层的法向厚度，m；(3)近距离煤层导水裂缝带高度的计算a、上、下两层煤的最小垂距h大于回采下层煤的垮落带高度Hxm时，上、下层煤的导水裂缝带最大高度可按上、下层煤的厚度分别选用公式(1)(2)计算，取其中标高最高者作为两层煤的导水裂缝带最大高度；b、下层煤的垮落带接触到或完全进入上层煤范围内时，上层煤的导水裂缝带最大高度采用本层煤的开采厚度计算，下层煤的导水裂缝带最大高度，采用上、下层煤的综合开采厚度计算，取其中标高最高者为两层煤的导水裂缝带最大高度；上、下层煤的综合开采厚度按以下公式计算；式中：M1‑上层煤开采厚度，m；M2‑下层煤开采厚度，m；h1‑2‑上、下层煤之间的法线距离，m；y2‑下层煤的冒高与采厚之比；c、如果上、下层煤之间的距离很小时，则综合开采厚度为累计厚度：MZ1‑2＝M1+M2    (2)按照如下进行采煤塌陷区建筑荷载影响深度计算：建筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现基础沉降，建筑物荷载的影响深度随建筑荷载的增加而增大，当地基中建筑荷载产生的附加应力等于相应深度处地基层的自重应力的20％时，即认为附加应力对该深度处地基产生的影响忽略不计，但当其下方有采空区不稳定性因素，则应计算附加应力直至地基自重应力10％位置处，认为附加应力对该深度处的地基不产生多大影响，该深度即为采煤塌陷区建筑荷载影响深度(H影)；地基中自重应力用下式计算：σc＝r1·h1+r2·h2+…+rn·hn     (3)式中：r1、r2、…、rn‑为地基中自上而下各层土或岩石的容重，kN/m3；h1、h2、…、hn‑为地基中自上而下各层土或岩石的厚度，m；地基附加应力按下式计算：σZ＝kP0   (4)式中：k‑各种荷载下的竖向附加应力系数；P0‑作用于基础底面平均附加压力，kN/m2；P0＝P‑r0DP‑建筑物基础底面处竖向均布荷载，kN/m2；r0‑基础底面标高以上天然土层的容重；D‑基础埋深，m；基于如下对采煤塌陷区地基稳定性进行评价：煤层开采后，地表移动期分为初始期、活跃期和衰退期，对于长壁工作面正规大面积开采而言，地下煤层开采结束以后，当地表半年内累计下沉量小于30mm，此时认为地表移动期基本结束，但若在此采煤塌陷区上方地表新建建筑物，由于新建建筑物的荷载向地下有一定影响深度，当这个深度与地下采空区的垮落带、断裂带相交叠时，就会破坏垮落断裂带业已平衡的状态，而使覆岩与地表再次发生较大的移动变形；在采空区上方进行地面建筑时：(a)当H采>H裂+H影时，采空区地表不会因新建建筑物荷载扰动而出现较大的移动变形，采煤塌陷区地基处于稳定状态；(b)当H采＝H裂+H影影时，采煤塌陷区地基处于临界稳定状态；(c)当H采

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