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铁矿老采空区空间分布精细探测方法与应用

金属矿山 2024年第3期 44-52页

作者：韩琳李洪涛安成龙孔媛政田宁王海龙山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队山东济南250014 临沂大学土木工程与建筑学院山东临沂276000 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

准确探明铁矿老采空区的空间分布特征对采空区地表塌陷灾害防控至关重要,针对现有探测精度难以满足采空区治理需求的问题,提出了一种高精度磁测法定平面、天然源面波法和可控源音频大地电磁法定层位、钻孔钻探法做修正的铁矿采空区精细... 详细信息

准确探明铁矿老采空区的空间分布特征对采空区地表塌陷灾害防控至关重要,针对现有探测精度难以满足采空区治理需求的问题,提出了一种高精度磁测法定平面、天然源面波法和可控源音频大地电磁法定层位、钻孔钻探法做修正的铁矿采空区精细探测方法。以顿丘铁矿老采空区为工程背景,采用高精度磁测法进行磁场特征探测,推断老采空区平面分布范围,在此基础上,融合天然源面波法和可控源音频大地电磁法的技术优势,获得采空区不同位置、深度上地层电阻率和波速变化规律,进而推断采空区垂向分布范围及深度,最后利用钻孔钻探法对物探结果进行对比修正,实现了铁矿老采空区空间分布的精细探测。顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面形态近似于歪葫芦形,面积为4992.5 m^(2);采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式,采用平均厚度法计算的2#矿体群采空区体积为112281.33 m3。探测结果与采掘基础资料有较高的契合度,研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定的指导意义。

关键词：老采空区空间分布高精度磁测法精细探测采空区体积

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老采空区地表新建建筑物的安全设计方法

陕西煤炭 2024年第6期43卷 87-91页

作者：孙世国柏朝梅魏帅颖藏声涛北方工业大学土木工程学院北京100144

随着全国大量地下矿山的关闭,废弃矿区土地资源开发利用已经成为城市更新改造的重要内容之一。为提高老采空区土地资源利用率,采用煤矸石作为沉陷区的回填材料,从老采空区地表新建建筑工程位置的规划、沉陷区新建建筑物地基回填设计、... 详细信息

随着全国大量地下矿山的关闭,废弃矿区土地资源开发利用已经成为城市更新改造的重要内容之一。为提高老采空区土地资源利用率,采用煤矸石作为沉陷区的回填材料,从老采空区地表新建建筑工程位置的规划、沉陷区新建建筑物地基回填设计、沉陷区新建建筑物结构设计、老采空区地表新建建筑物可行性计算4个方面研究老采空区地表新建建筑物的安全设计方法。根据地表移动变形特征,在地表选取4个典型位置进行工程建设,选择具有良好抗震性能的梁柱和框架-剪切墙作为支撑,并在此基础上按照相关标准进行改造。结果表明,在老虎台矿区老采空区上方新建建筑物不会对采空区造成二次“活化”,且在设计建筑的荷载作用下回填地基也能够保持稳定。

关键词：老采空区残余变形抗变形结构结构设计基础回填

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老采空区地表沉降预测合理监测模式分析

工程勘察 2024年第2期52卷 48-53页

作者：韩春鹏杜超史梁祖发金柴晓鹤东北林业大学土木工程学院哈尔滨150040 黑龙江省公路勘察设计院哈尔滨150080 黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司哈尔滨150070

为研究老采空区沉降监测数据时间间隔对预测精度的影响,本文利用某老采空区地表沉降监测点实测沉降数据,在等时间间隔、非等时间间隔两种情况下建立两种方案、六种沉降预测模式,采用长短期记忆神经网络(LSTM)预测模型对老采空区地表沉... 详细信息

为研究老采空区沉降监测数据时间间隔对预测精度的影响,本文利用某老采空区地表沉降监测点实测沉降数据,在等时间间隔、非等时间间隔两种情况下建立两种方案、六种沉降预测模式,采用长短期记忆神经网络(LSTM)预测模型对老采空区地表沉降进行预测,以平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)作为评价指标,分析不同时间间隔监测数据对预测精度的影响。结果表明,在总监测时长不变的情况下,预测精度随平均监测间隔时长的增长呈先增高后降低的趋势,即并非监测间隔越短,预测精度越高,而是在相应监测间隔范围内存在预测精度最优值。研究成果可为老采空区监测方案设计及沉降预测模式提供借鉴和指导。

关键词：老采空区监测模式分析神经网络(LSTM) 沉降预测

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山东某煤矿老采空区上方大型工程建设案例

煤炭学报 2022年第3期47卷 1017-1030页

作者：陈绍杰张立波江宁尹大伟高志友郭惟嘉 ХОРЕШОКАлексейАлексеевич 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东省地矿工程集团有限公司山东济南250200 库兹巴斯国立技术大学矿业工程学院俄罗斯克麦罗沃市650000

以山东某采煤塌陷地为例,开展了煤矿采空区上方大型工程建设研究和实践。通过调查与测绘,高密度电法、大地电磁法、瞬变电磁法等多种地球物理勘查方法和钻探相结合的方法对老采空区进行了精细勘查,获得了4,9,10-2煤3层采空区分布位置、... 详细信息

以山东某采煤塌陷地为例,开展了煤矿采空区上方大型工程建设研究和实践。通过调查与测绘,高密度电法、大地电磁法、瞬变电磁法等多种地球物理勘查方法和钻探相结合的方法对老采空区进行了精细勘查,获得了4,9,10-2煤3层采空区分布位置、重叠关系、采出率、积水性等参数,揭示了老采空区赋存特征。从地表残余变形对建筑物稳定性影响以及建筑荷载对采空地层稳定性影响2个方面分析了拟建大跨度数据处理中心、4栋高层等建筑物场地稳定性,研究范围内地表因老采空区活化导致的附加变形中附加下沉值为260 mm,超过了拟建建筑修建和使用期间的地基变形要求;9煤层采空区裂缝带与上方高层建筑荷载附加应力影响范围在研究区西部存在重叠区域,部分区域的建筑物地基稳定性差,需要进行采空地层加固治理。采用垂直剖面法确定治理水平治理范围、根据采空覆岩运动特征确定垂直治理范围,依据各煤层采空区间距划分2个注浆层位,注浆钻孔在地面东西走向间距为25 m,南北走向间距为20 m,帷幕孔间距均为15 m,帷幕、注浆孔均一次成孔。采用“无压自流+加压扩散”注浆技术与工艺进行采空地层加固治理,一个注浆层位采用一次注浆工艺,多个注浆层位采用上行式注浆工艺;通过钻孔冲洗液漏失、钻孔取心进行单轴压缩试验、二次注浆等方式检验注浆加固治理效果,钻孔冲洗液无漏失或少量漏失,结石体单轴抗压强度均在9 MPa以上,各钻孔二次注浆量均小于周边钻孔注浆量平均值的10%,所注浆液有效充填了采空地层。分析了采空区地表变形对拟建的高层建筑和大跨度数据处理中心稳定性影响,高层建筑稳定性受地表倾斜影响显著,主体建筑基础采用“桩+筏板”形式,并将高层建筑下的部分注浆钻孔作为小桩基以增强其基础稳定性;大跨度数据处理中心稳定性受地表水平变形影响显著,设置基础连系梁和增强上部结构整体强度来增强其抗水平变形能力,数据处理中心修建过程中地面最大下沉5 mm,平均下沉速度0.01 mm/d。目前研究区内建筑物已投入使用,运行稳定。实现了大跨度、高标准数据处理中心以及22层综合楼等大型建筑群在3层采空区上的安全修建与运营。

关键词：塌陷地大型工程建设利用老采空区加固治理地层稳定性

建筑荷载下浅埋长壁老采空区地表移动变形规律与机理

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煤炭学报 2022年第12期47卷 4403-4416页

作者：陈绍杰祝伟豪汪锋尹大伟任梦梓 ВАРНАВСКИЙКИРИЛЛ 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 库兹巴斯国立技术大学矿业工程学院俄罗斯克麦罗沃650000

针对采煤塌陷地新建建筑物时老采空区覆岩活化运动导致地表移动变形并威胁建筑物安全的问题,现场勘测和物理模拟分析了浅埋长壁老采空区覆岩长期状态,数值模拟研究了建筑荷载作用下浅埋长壁老采空区地表移动变形规律,探讨了建筑荷载作... 详细信息

针对采煤塌陷地新建建筑物时老采空区覆岩活化运动导致地表移动变形并威胁建筑物安全的问题,现场勘测和物理模拟分析了浅埋长壁老采空区覆岩长期状态,数值模拟研究了建筑荷载作用下浅埋长壁老采空区地表移动变形规律,探讨了建筑荷载作用下浅埋长壁老采空区地表移动变形机理。研究结果表明:采空区边界覆岩不稳定区域在采空区封闭后长期存在;相似物理模拟实验中,煤柱长期承载失稳破坏后,煤柱支承区高度增加、宽度增加了32.5%,矸石压缩区高度增加、宽度增加了80.4%,煤壁支承区高度增加、宽度增加了67.2%,侧向裂隙区高度增加、宽度减小了23.3%。当新建建筑物位置不变时,随着荷载的增加,地表移动变形量和范围也增加。各加载位置中,侧向裂隙区地表新建建筑物导致地表移动变形量突增的荷载阈值最小,建筑物高度阈值为18层,与建筑物高度12层时相比,地表最大下沉量增幅为91.4%,地表最大水平移动量增幅为62.1%。当新建建筑物位于侧向裂隙区上方时,由于侧向裂隙区内部不稳定结构多,且建筑荷载下侧向裂隙区中关键块出现回转和滑落失稳,覆岩下沉量大,此时地表移动变形量最大;当新建建筑物位于煤柱支承区上方时,煤柱在建筑荷载作用下继续产生塑性变形,覆岩下沉量较小,此时地表移动变形值次之;当建筑荷载作用于煤壁支承区时,煤壁在建筑荷载作用下继续产生压缩变形,覆岩下沉量小,此时地表移动变形值较小;当建筑荷载作用于矸石压缩区时,覆岩下沉量小,老采空区垮落矸石在建筑荷载作用下发生二次承载压缩变形,此时地表移动变形值最小。建筑荷载宽度增加初期地表最大移动变形量呈加速增长趋势,当建筑荷载宽度大于50 m时,地表最大移动变形量呈减速增长趋势。当建筑荷载附加应力对老采空区覆岩承载结构造成影响时,老采空地表产生移动变形;当建筑荷载传递至关键块的载荷超过关键块回转失稳或滑落失稳的临界载荷时,老采空区地表移动变形产生突变。

关键词：采煤塌陷地建筑物老采空区承载结构地表移动变形

老采空区地表沉降预测与建筑荷载下场地稳定性及治理研究

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老采空区地表沉降预测与建筑荷载下场地稳定性及治理研究

作者：李文亮辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

为加速推进城镇化发展战略,将下伏采空区场地作为建筑地基使用已成为时下解决用地紧张问题的重要举措。本文以北京市门头沟新城05街区MC00-0005-6002等地块二类居住、基础教育等用地项目工程为依托,以门头沟矿区地质条件与建筑设计条件... 详细信息

为加速推进城镇化发展战略,将下伏采空区场地作为建筑地基使用已成为时下解决用地紧张问题的重要举措。本文以北京市门头沟新城05街区MC00-0005-6002等地块二类居住、基础教育等用地项目工程为依托,以门头沟矿区地质条件与建筑设计条件为背景,采用实地调查、现场观测、室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,综合研究分析老采空区地表残余沉降规律以及治理前后建筑荷载下老采空区安全稳定性,并提出合理有效的治理方案。为北京门头沟区及类似矿业城市老采空区上方土地的合理利用提供理论依据,具有良好的理论意义和应用前景。主要研究成果如下:(1)通过实地走访、现场考察、钻孔钻探、地球物理探测、原位测试与室内试验等方法,进一步确定拟建场地的工程地质情况、采空区赋存形态与各地层物理力学参数。(2)通过地表监测数据分析了采空区地表残余沉降总体趋势与沉降速度,在此基础上借助MATLAB软件,采用小波阈值去噪方法对实测数据进行优化,并将GM(1,1)和BP神经网络模型串联形成的组合模型对地表残余沉降进行预测。提出一种基于小波去噪的灰色BP神经网络模型,与原始监测数据进行误差计算发现,组合模型的MAPE与RMSE分别仅为1.78%、16.05mm,十分接近地表真实沉降趋势,拟合程度较高。(3)根据“三下”开采规范计算出老采空区冒落裂缝带的发育高度约为42.2m,通过应力控制法计算出建筑物荷载的影响深度最大可达到22m,因此推断出煤层临界开采深度约为64.2m,超过煤层实际深度,判断老采空区存在发生活化的风险。采用Midas GTS NX有限元软件数值模拟发现建筑物和地表发生了约100 mm的不均匀下沉,采空区顶板发生了约50 mm的下沉,进一步验证了采空区不仅影响到上覆岩层的稳定性,还加剧了上方地表及建筑物不均匀沉降的现象。(4)利用水泥协同激发剂激发粉煤灰组成复合注浆材料对拟建场地下伏的采空区进行充填治理,试配过程中对浆液进行流动度测试、凝结时间测试、析水率与结石率测试、无侧限抗压强度测试、微观测试以及经济对比,最终选定固相比为1:6、水固比为1.0、激发剂掺量为1%的配比作为本工程使用的最佳配合比。提出一种采空区钻孔注浆气囊式止浆充填装置进行注浆施工,显著节省注浆材料,提高注浆效率。(5)注浆充填后通过数值模拟方法评价治理效果与采空区稳定性,结果发现,随着充填率的提升,采空区顶板应力应变均有大幅度的下降。当充填率达到95%时,地表以及建筑物的沉降位移减小至充填前的一半左右,注浆治理效果显著,大大提高了采空区地基的安全稳定性。最后对治理后的场地进行质量检测,注浆充填率与充填体的强度均满足采空区处理的技术规范要求。该论文有图69幅,表23个,参考文献98篇。

关键词：老采空区残余沉降预测建筑地基稳定性理论计算数值模拟充填治理

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铁矿老采空区空间分布精细探测方法与应用

金属矿山 2023年

作者：韩琳李洪涛安成龙孔媛政田宁王海龙深部岩土力学与地下工程国家重点实验室山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队临沂大学土木工程与建筑学院

准确探明铁矿老采空区的空间分布特征对采空区地表塌陷灾害防控至关重要，针对现有探测精度尚难以满足采空区治理需求的问题，提出一种高精度磁测法定平面、天然源面波法和可控源音频大地电磁法定层位，钻孔钻探法做修正的铁矿采空区精... 详细信息

准确探明铁矿老采空区的空间分布特征对采空区地表塌陷灾害防控至关重要，针对现有探测精度尚难以满足采空区治理需求的问题，提出一种高精度磁测法定平面、天然源面波法和可控源音频大地电磁法定层位，钻孔钻探法做修正的铁矿采空区精细探测方法。以顿丘铁矿老采空区为工程背景，采用高精度磁测法进行磁场特征探测，推断老采空区平面分布范围，在此基础上，融合天然源面波法和可控源音频大地电磁法的技术优势，获得采空区不同位置、深度上地层电阻率和波速变化规律，进而推断采空区垂向分布范围及深度，最后利用钻孔钻探法对物探结果进行对比修正，实现了铁矿老采空区空间分布的精细探测。顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面形态近似于歪葫芦形，面积为4 992.5 m2；采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式，采用平均厚度法计算2#矿体群采空区体积为112 281.33 m3。探测结果与采掘基础资料有较高的契合度，研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定指导意义。

关键词：老采空区空间分布精细探测采空区体积

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废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性评价

科学技术与工程 2023年第33期23卷 14154-14162页

作者：郝杰孙雅飞胡小辉高隽李海涛王海龙山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队济南250014 临沂大学土木工程与建筑学院临沂276000 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

为准确探明废弃铁矿老采空区的赋存特征,科学评价采空区稳定性,有效防控地表塌陷灾害,以济南市顿丘铁矿老采空区为工程背景,研究了废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性。通过开展地球物理勘探和钻孔钻探,获得采空区的平面及层位分布,构建... 详细信息

为准确探明废弃铁矿老采空区的赋存特征,科学评价采空区稳定性,有效防控地表塌陷灾害,以济南市顿丘铁矿老采空区为工程背景,研究了废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性。通过开展地球物理勘探和钻孔钻探,获得采空区的平面及层位分布,构建老采空区三维地质模型,实现采空区赋存特征的立体展现;采用采空区地表变形监测、临界载荷影响深度计算和采空区深厚比分析3种方法评价老采空区稳定性。结果表明:顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面面积为4992.5 m^(2);采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式,层数为2~4层,埋深为38~152 m,厚度为1.6~45.7 m,其中,纯空区最大厚度为10.8 m;2#矿体群开采形成的采空区整体稳定性较差,存在塌陷风险。可见研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定指导意义。

关键词：老采空区赋存特征地质模型地表变形临界载荷深厚比稳定性评价

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老采空区残余沉降的离散灰色预测模型

煤炭学报 2010年第7期35卷 1084-1088页

作者：王正帅邓喀中中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 江苏省资源环境信息工程重点实验室江苏徐州221116

针对老采空区残余沉降序列波动性较大、传统灰色模型预测效果差的不足,建立了残余沉降的多变量离散灰色预测模型(DGM(2,2)),取阶次为2以适应残余沉降的波动变化,选择残余沉降值作为沉陷系统的主行为因子,而将空气、地下水等外界渐变因... 详细信息

针对老采空区残余沉降序列波动性较大、传统灰色模型预测效果差的不足,建立了残余沉降的多变量离散灰色预测模型(DGM(2,2)),取阶次为2以适应残余沉降的波动变化,选择残余沉降值作为沉陷系统的主行为因子,而将空气、地下水等外界渐变因素对沉陷系统的综合影响作为相关因子,并按等时间影响原则进行量化。通过实例将DGM(2,2)模型的预测结果与6种传统灰色预测模型作对比分析。结果表明:DGM(2,2)预测模型在拟合优度、预测精度和稳定性等方面明显优于传统灰色预测模型,且建模过程避免了微分方程的解算,降低了计算复杂度。

关键词：老采空区残余沉降离散灰色模型预测