土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。它既指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)活動(dòng)，也指工程建設(shè)的對(duì)象。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的土木工程職稱相關(guān)論文：采空區(qū)現(xiàn)狀與處理方案描述。內(nèi)容僅供閱讀與參考!
采空區(qū)現(xiàn)狀與處理方案描述全文如下：

　　【摘 要】本文主要介紹了我國采空區(qū)的研究現(xiàn)狀，采空區(qū)形態(tài)，采空區(qū)所引起的問題的分析，采空區(qū)地基穩(wěn)定性的研究方法(力平衡分析法，附加應(yīng)力法，數(shù)值分析法)，以及采空區(qū)處理的主要方法。

　　1. 緒論

　　(1)隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場(chǎng)地上進(jìn)行工程建設(shè)，而且有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的場(chǎng)地上進(jìn)行建設(shè)。

　　(2)在采空區(qū)上建筑時(shí)，有時(shí)僅采用地面各種保護(hù)措施難以保證地面建筑物的安全，必須進(jìn)行采空區(qū)處理，特別是在淺部的部分開采條件下，廢棄采空區(qū)頂板跨落、煤柱破碎，或煤柱壓入較軟的底板，由此造成的上覆巖層移動(dòng)破壞、地面沉陷常常在開采滯后幾十年甚至上百年后都可能發(fā)生，沉陷量和沉陷時(shí)間難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，對(duì)地面的建筑危害極大;在這種情況下，采空區(qū)的處理問題日益突出。本文就采空區(qū)現(xiàn)在及采空區(qū)處理方法做一個(gè)歸納。

　　2. 我國采空區(qū)現(xiàn)狀

　　2.1 按采煤技術(shù)和方法大致分類。

　　(1)目前我國采用的采煤技術(shù)，按其明顯的特征可分為旱采和水采兩大類。水采在上個(gè)世紀(jì)五十年代到八十年代有一些礦井大規(guī)模采用過，從現(xiàn)有采空區(qū)總量來看，相對(duì)量較少;旱采有20種左右采煤方法，按技術(shù)上的不同特點(diǎn)，主要分為壁式采煤方法和柱式采煤方法兩大類。

　　(2)壁式采煤方法的工作面較長，少則30～40m，多則200m以上，甚至更長;柱式采煤方法的工作面較短，一般均在30～40m以下，有的只有5～10m。

　　2.2 采空區(qū)形態(tài)。

　　采煤技術(shù)、采煤方法的不同所形成的采空區(qū)也不同，目前可能有如下幾種采空區(qū)形態(tài)。

　　(1)長壁工作面全部垮落法所形成的采空區(qū)(傾斜或緩傾斜煤層) ，其特征是采空區(qū)上覆巖層的破壞具有明顯的垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。

　　(2)回采工作面全部充填或局部充填法所形成的采空區(qū)，工作面頂板只是有部分下沉。

　　(3)短壁半垮落條帶回采工作面所形成的采空區(qū)，其特征是回采時(shí)頂板不垮落，過一段時(shí)間，頂板形成不充分垮落。

　　(4)短壁非垮落條帶回采工作面所形成的采空區(qū)，其特征是頂板相當(dāng)完整，煤層堅(jiān)硬，采寬小，采留比小，煤柱能形成長久性支撐。

　　3. 采空區(qū)所引起的問題

　　(1)目前，地下空區(qū)已經(jīng)成為制約礦山發(fā)展及采空區(qū)上部城市化發(fā)展的一個(gè)重要難題 ，隨著礦山向深部開采，容易發(fā)生坍塌事故，而且受到采空區(qū)的影響，很多建筑物無法進(jìn)行建設(shè)，給人們的生活生產(chǎn)帶來不便;地下開采殘留大量的采場(chǎng)、硐室、巷道沒有進(jìn)行及時(shí)處理，對(duì)露天開采帶來了嚴(yán)重的隱患，同時(shí)給礦山工作人員和設(shè)備帶來嚴(yán)重的威脅。

　　(2)自20世紀(jì)末以來，我國礦業(yè)開采秩序較為混亂，非法無序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區(qū)，這是影響目前礦山安全生產(chǎn)的主要危害源之一 。山西、廣西、甘肅等省的許多礦山都存在大量的采空區(qū)，致使礦山開采條件惡化，引起礦柱變形、相鄰作業(yè)區(qū)采場(chǎng)和巷道維護(hù)困難、井下大面積冒落、巖移及地表塌陷等，更為嚴(yán)重的是空區(qū)突然垮塌的高速氣流和沖擊波造成的人員傷亡和設(shè)備破壞，這些都給礦山安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并造成環(huán)境惡化、礦產(chǎn)資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

　　4. 采空區(qū)治理時(shí)應(yīng)著重考慮的幾個(gè)影響因素

　　4.1 斷層對(duì)地表移動(dòng)與變形的影響。

　　斷層對(duì)地表移動(dòng)與變形產(chǎn)生影響的原因在于斷層帶處巖層的力學(xué)強(qiáng)度大大低于周圍巖層的力學(xué)強(qiáng)度。由于應(yīng)力的集中作用，故使該處成為巖層變形集中的有利位置;地下煤層開采后，在上覆巖層發(fā)生移動(dòng)與變形的同時(shí)，巖層還沿著斷層面發(fā)生滑動(dòng)，于是在斷層基巖露頭處的地表就出現(xiàn)臺(tái)階狀的破壞。在斷層露頭處的地表變形加劇，大大地超過了正常值，而位于斷層露頭兩側(cè)附近的地表變形變得緩和，小于正常值。故在建筑物平面布置時(shí)，重要建筑物應(yīng)盡量避開斷層基巖露頭帶。

　　4.2 地下水大量流失對(duì)建筑物的影響。

　　煤層回采后凡是斷裂帶波及到的基巖含水層(砂巖、頁巖、石灰?guī)r) ，含水層的水體要潰入工作面。砂巖、頁巖含水層水體屬于孔隙裂隙水，如果不具備補(bǔ)給條件，經(jīng)過長期流失會(huì)造成含水層被疏干。因含水層水體流失而形成的空洞也是殘余變形影響的一個(gè)重要因素，不容忽視。

　　4.3 采空區(qū)殘留煤柱。

　　殘留煤柱基本特征是：工作面區(qū)段隔離煤柱傾斜長一般10m，不回收;薄煤帶屬于未開采區(qū);斷裂構(gòu)造煤柱不回收。上山煤柱一般在采區(qū)結(jié)束前收，只能回收大部分;采區(qū)邊界煤柱不回收，寬20 m左右;沖積層防水煤柱永久不回收;礦井邊界煤柱寬50 ～ 60m，永久不回收;大巷煤柱、工業(yè)廣場(chǎng)煤柱一般在礦井閉坑前回收。

　　4.4 采空區(qū)殘留人工工程。

　　一個(gè)礦井或采區(qū)報(bào)廢后，采空區(qū)殘留人工工程主要有上山及聯(lián)絡(luò)巷、采區(qū)車場(chǎng)、井底車場(chǎng)、水倉及各種硐室大巷、轉(zhuǎn)載硐室等。一般地，礦井的這些工程所涉及的面積和體積都是十分巨大的。這些殘留工程因礦井報(bào)廢失去維護(hù)，時(shí)間長以后逐漸垮塌。如果這些巷道集中在某段時(shí)間垮塌，遠(yuǎn)比回采2m厚的煤層所帶來的地表沉降要嚴(yán)重。因此，在選擇建筑地基時(shí)應(yīng)避開殘留人工工程區(qū)。

　　5. 采空區(qū)建筑物地基的穩(wěn)定性分析方法

　　采空區(qū)建筑地基的危害程度及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)在國內(nèi)外都屬于一個(gè)較新的課題。在采空區(qū)上方修建建筑物的關(guān)鍵問題是對(duì)采空區(qū)建筑地基的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)問題。目前，我國的相關(guān)分析方法有以下三種。

　　5.1 力平衡分析法。

　　如圖1 所示，礦層采空后其頂板巖塊ABCD 因重力W 的作用而下沉，兩邊的楔體ABM 和CDN 也對(duì)其施加水平壓力P。因此，在AB 和CD 兩個(gè)面上又受到因P 的作用而產(chǎn)生的摩阻力f 的抵抗。現(xiàn)取采空段(巷道) 單位長度為計(jì)算單元，則作用在巷道頂板的壓力為：

　　Q=W-2f (1)

　　W=BHγ (2)

　　f=Ptanφ= 1 2 γH2 〔45°- φ 2 〕 (3)

　　P= γH 2t

　　an2 〔45°- φ 2 〕 (4)

　　式中： Q ——巷道單位長度頂板上所受的壓力，KN/m;

　　W ——巷道單位長度頂板上所受的總重力，KN/m;

　　P——楔體ABM和CDN作用在AB和CD面上的主壓應(yīng)力的最大值，KN/ m;

　　f ——巷道單位長度側(cè)壁的摩阻力，KN/ m;

　　H ——巷道頂板的埋藏深度，m;

　　B ——巷道寬度，m;

　　φ——巖層的內(nèi)摩擦角 (°) 。

　　當(dāng)建筑物建在采空區(qū)上時(shí)(設(shè)建筑物基底單位壓力為P0 ) ，根據(jù)力平衡分析，有：

　　Q=W+BP0 -2f (5)

　　即：

　　Q = W + B P0 - 2 f=γH[B-HtanφHtan2〔45°- φ 2 〕]+BP0 (6)

　　當(dāng)H增大至某一深度， 使頂板巖層恰好保持自然平衡狀態(tài)(即Q = 0) ，此時(shí)的H 稱為臨界深度H0 ，可得臨界深度的計(jì)算公式：

　　H0= Bγ B2γ2 +4BγP0tanφtan2〔45°- φ 2 〕 2γtanφtan2〔45°- φ 2 〕 (7)

　　當(dāng)H

　　圖1 頂板穩(wěn)定性示意圖

　　5.2 附加應(yīng)力法。

　　附加應(yīng)力法是以建筑物荷載影響深度與采空區(qū)冒落裂隙帶發(fā)育高度是否重疊來確定建筑物層數(shù)、判斷采空區(qū)地基穩(wěn)定性的方法。

　　冒落裂隙帶發(fā)育高度與建筑物荷載影響深度之間存在三種情況，其中建筑物荷載影響深度是由地基產(chǎn)生的附加應(yīng)力決定，即當(dāng)?shù)鼗懈郊討?yīng)力σz=0.1σc(σc為自重應(yīng)力)時(shí)，把此時(shí)的深度z作為建筑物荷載影響深度。

　　(1)當(dāng)建筑物荷載影響深度與冒落裂隙帶頂界面之間有一定的距離時(shí)，這種情況不會(huì)影響冒落裂隙帶的穩(wěn)定性。

　　(2)當(dāng)建筑物荷載影響深度與冒落裂隙帶頂界面正好接觸時(shí)，在這種情況下建筑物荷載為臨界荷載。

　　(3)當(dāng)建筑物荷載影響深度進(jìn)入冒落裂隙帶內(nèi)時(shí)，這種情況建筑物荷載會(huì)影響冒落裂隙帶的穩(wěn)定性，建筑物會(huì)受到較大不均勻沉降的影響。

　　(4)該方法難以考慮上覆巖層復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造條件及冒落裂隙帶的后期變化，而且也只能算作一種定性分析方法。

　　5.3 數(shù)值分析法。

　　(1)國外學(xué)者在20 世紀(jì)80 年代后期運(yùn)用有限元和邊界元法研究采動(dòng)覆巖產(chǎn)生垮落的開采條件和垮落高度、覆巖產(chǎn)生離層裂縫的力學(xué)條件及離層裂縫的位置和高度等。20 世紀(jì)末國內(nèi)學(xué)者康建榮運(yùn)用相似材料模擬和離散元法研究了采動(dòng)覆巖離層形成的過程、機(jī)理及基本規(guī)律，并開發(fā)了適用于任意形狀、多工作面、多開采線段的開采沉陷預(yù)計(jì)系統(tǒng)。

　　(2)這些研究成果為進(jìn)一步研究老采空區(qū)在建筑物荷載作用下的地基穩(wěn)定性問題奠定了基礎(chǔ)。常江以彈塑性理論為依據(jù)，將老采空區(qū)地層概化為一個(gè)連續(xù)介質(zhì)和碎裂介質(zhì)的耦合體，運(yùn)用有限元法分析了不同覆巖組合對(duì)采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性的影響。

　　(3)老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性的力學(xué)分析是一個(gè)極其復(fù)雜的問題。它不僅和開采煤層的厚度、傾角、埋深、上覆巖層的巖性、物理力學(xué)性質(zhì)、厚度、賦存狀態(tài)、場(chǎng)地地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件以及煤礦開采方法、開采面積、開采次數(shù)、頂板管理方法等地質(zhì)采礦條件有關(guān)，而且也和新建建筑物荷載的大小、位置、基礎(chǔ)類型等密切相關(guān)。

　　6. 采空區(qū)的處理方法

　　6.1 采空區(qū)埋深較小時(shí)的處理。

　　對(duì)于埋深較小的采空區(qū)，一般可選用以下方法進(jìn)行處理：

　　(1)對(duì)于埋深很小的采空區(qū)，可采用從地表開挖，一直挖至采空區(qū)，然后分層回填夯實(shí)。該方法工藝簡單，操作簡便，施工質(zhì)量容易檢查和控制。

　　(2)開挖后用漿切片(或干切片)分層砌筑、填塞，上面加蓋鋼筋混凝土蓋板。

　　(3)開挖后，用碎石充填后灌注水泥砂漿。

　　(4)高能量強(qiáng)夯法處理采空區(qū)上方松散地基。當(dāng)采空區(qū)埋深較淺，而上方為松散地基且厚度較大時(shí)，可采用高能量強(qiáng)夯處理松散破碎巖體，提高松散破碎巖體的地基承載力。

　　6.2 采空區(qū)埋深較大時(shí)的處理。

　　采空區(qū)埋深較大時(shí)常用的處理方法主要有以下五種：

　　(1)充填注漿法。

　　注漿技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的工程技術(shù)。它的實(shí)質(zhì)是在地面鉆孔至老采空區(qū)，采用液壓、氣壓或電化學(xué)方法，將采空區(qū)所有空洞和覆巖裂隙用由水泥、粉煤灰、砂子等混合而成的漿液全部充填和加固，使整個(gè)采空區(qū)恢復(fù)為接近原始巖體狀態(tài)，徹底消除采動(dòng)破碎巖體的移動(dòng)變形空間。為了避免漿液流至地基控制邊界以外，需要在地基以外的控制邊界處鉆孔至采空區(qū)，再灌粗骨料填充，注漿固結(jié)，以封堵住采空區(qū)兩端。

　　(2)覆巖結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)法。

　　采用注漿加固技術(shù)對(duì)上覆巖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，增強(qiáng)覆巖結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性。其具體做法是從地面打鉆孔，然后壓力灌漿，使?jié){液滲入巖層裂隙，并膠結(jié)而使破碎巖體形成一強(qiáng)度高、剛度大，類似于“大板結(jié)構(gòu)”的完整巖體，達(dá)到類似于跨越的目的和避免地表塌陷的發(fā)生。這種方法具有工程量小、工程費(fèi)用低、巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、效果好等顯著特點(diǎn)，實(shí)踐表明效果良好。

　　(3)灌注樁法。

　　在采空區(qū)上方地表布置大直徑鉆孔，注入填料和漿液，用漿液固結(jié)填料和破碎巖體，在巖層中形成灌注柱，承受上方建筑荷載。

　　(4)設(shè)計(jì)高架橋跨越采空區(qū)。

　　當(dāng)采空區(qū)分布面積過大，充填注漿法造價(jià)過高時(shí)，可考慮采用高架橋跨越采空區(qū)，或者采用處理與高架橋結(jié)合的方法處理采空區(qū)。

　　(5)綜合治理方法。

　　根據(jù)實(shí)際工程情況，結(jié)合以上兩種或兩種以上的方法處理采空區(qū)。

　　7. 結(jié)束語

　　7.1 隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市面積越來越大，在不良場(chǎng)地上的建筑也會(huì)越來越多，尤其在資源充分利用和高度開采的今天，會(huì)有越來越多的多層、高層、甚至超高層建設(shè)在下部或周邊存在采空區(qū)的區(qū)域，對(duì)采空區(qū)處理的研究也會(huì)越來越深入。本文旨在歸納總結(jié)前人對(duì)采空區(qū)的理解及對(duì)采空區(qū)處理

　　方式方法的總結(jié)，希望通過本文讓不太了解采空區(qū)現(xiàn)狀及采空區(qū)處理方法的人，對(duì)采空區(qū)有一個(gè)系統(tǒng)的了解。希望越來越多的人參與到采空區(qū)處理技術(shù)的研究及采空區(qū)處理施工的工作中來。

　　7.2 采空區(qū)治理技術(shù)是礦區(qū)建設(shè)需要解決的技術(shù)難題之一。有很多問題期待我們解決：(1)采空區(qū)損傷巖體長期蠕變問題的研究。(2)采空區(qū)空間分布范圍探測(cè)技術(shù)的研究。(3)采空區(qū)活化機(jī)理及處治標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步研究等。

　　最后感謝所有為地質(zhì)工作默默付出的前輩，沒有你們的努力就沒有中國地質(zhì)現(xiàn)今的發(fā)展。

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