关闭矿井次生沉陷监测、预测与稳定性评价研究进展和展望
Research progress and prospect of secondary subsidence monitoring,predictionand stability evaluation in closed underground mines作者机构：江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院江苏徐州221116 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230039 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001
出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)
年 卷 期：2023年第48卷第2期
页 面：943-958页
核心收录：
学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学]
基 金：国家自然科学基金资助项目(52174156,41907240) 陕西省科技创新团队资助项目(2021TD-51)
摘 要：近年来由于部分矿区煤炭资源枯竭和国家去产能政策的出台,大量矿井被关闭。矿井关闭后,采动破裂岩体在应力、地下水等多种因素的作用下发生风化劣化、强度降低,将改变废弃采空区内破裂岩体的应力和承载能力,导致地表发生二次形变或多次形变,这种由非直接采动引起的覆岩及地表沉陷,称为次生沉陷,将对地表工程建设和人民生命财产安全造成巨大的潜在威胁。在回顾关闭矿井发展历史的基础上,首先阐述了关闭矿井的地理分布,之后分别对关闭矿井次生沉陷监测、预测方法和煤柱稳定性评价方法等方面展开综述,最后对关闭矿井次生沉陷灾害研究存在的问题和研究热点进行了展望。研究结果表明:(1)目前我国关闭矿井数量众多,仅在2016—2020年间就退出5 243处,退出产能87 538万t。(2)常规的关闭矿井沉陷监测方法虽然精度高,但存在工作量大、费用高、难以获取面域信息等缺陷,而基于InSAR技术的地表沉陷监测不仅可以获取高精度、大范围当下时间序列形变信息,还可以对已发生形变进行溯源监测,基于时域反射计和微震监测仪的地下岩层移动变形监测可以实时、高密度获取岩层移动形变信息。(3)对于复杂地质采矿条件,数值模拟法预测的关闭矿井地表次生沉陷可靠性较高,但其建模过程复杂、参数选取困难;对于简单地质采矿条件,解析法求解精度和效率更高。(4)柱式开采煤柱应力与采空区尺寸有关,当采空区尺寸与采深比在3~4时,可用从属面积理论计算煤柱应力,否则需要考虑压力拱。剥离破坏模型考虑了矿柱尺寸随时间的变化,并且其在理论上解释了矿柱宽高比对矿柱长期稳定性的影响,同时矿柱剥离破坏模型能够较好地区分稳定和失稳煤柱。(5)关闭矿井次生沉陷灾害问题的研究仍面临沉陷规律及其机理、煤柱长期强度变化规律和煤岩体风化劣化机理不明确等关键科学问题。
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