废弃斜井诱发地面塌陷地质灾害治理技术研究

摘要

本论文以兰家沟废弃斜矿井为主要研究对象，通过对原样土室内力学实验获得了基本力学参数，结合矿山的自然地理概况、治理区矿山性质以及治理工程现状和地质灾害，采用理论分析和数值模拟计算相结合的手段，对废弃斜井诱发地面塌陷地质灾害治理技术进行研究分析，得出了以下主要结论:
　　(1)对于废弃斜井来说，在无支护的情况下，实测数据与模拟数据沉降规律大致相同，单纯的混凝土支护不能满足设计及规范要求，把废弃斜井施加混凝土衬砌后诱发地表沉降数据通过FLAC3D进行二次开发，地表沉降量与距废弃斜井距离呈非线性关系。距废弃斜井洞口距离较近时，地表沉降量较大（快）。距废弃斜井距离较远时，地表沉降量较缓。通过对废弃斜井填充进行数值模拟，选用四组方案进行充填，依次选取15m、30m、40m和50m进行充填，对比分析四组填充效果，得出既经济又合理的填充距离为30m。
　　(2)充填材料的选择要依据矿山的具体情况而定，采用毛石作为充填材料，虽然粒径大小不理想，但是在混合尾砂和水泥后，具有较好的流动性能，且毛石和尾砂等工业废料具有一定的胶结能力，能够很好地取代一部分水泥的用量，也达到降低成本的目的，是矿山充填比较理想的材料;同时在测定不同配合比条件下膏体材料的坍落度和抗压强度，所选取出最佳配合比为质量浓度为82％，即尾砂∶毛石∶水泥=1∶1∶0.25，此配合比抗压强度最好且坍落也处于流动状态，符合施工中管道运输要求。
　　(3)依据治理方案的设计依据和设计原则得出治理工程设计，采取治理措施以监测为主。1～5号废弃矿井采用不同的治理措施进行填充，对塌陷体上方的地裂缝做回填处理，对塌陷面进行危岩清理。为了科学合理制定设计治理方案，将第四章支护前和充填支护后模拟效果与现场实际监测数据进行对比分析，发现模拟地表沉降值与实测值曲线的走向是一致的，且地表累计沉降量随着距废弃斜井井口距离的增大呈现出先增加后递减规律，在填充30m处附近，地表累计沉降量达到最大值，两者之间的差值为0.222mm，符合设计及规范要求，说明了所设计治理方案符合现实状况，完全可以用于处理废弃斜井问题。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外相关问题研究现状

1．2．1 矿井诱发地面塌陷的形成机制

1．2．2 矿井诱发地面塌陷灾害及损失研究

1．2．3 矿井诱发地面塌陷的预测及模型研究

1．2．4 矿井诱发地面塌陷的恢复治理

1．3 本文主要研究内容

1．4 本文的研究方法

1．5 技术路线

2 工程概况

2．1 治理区自然地理概况

2．1．1 治理区交通位置

2．1．2 治理区地形地貌

2．1．3 治理区气象条件

2．1．4 治理区水文条件

2．2 治理区经济特点

2．3 治理区矿山性质

2．4 治理矿区开采历史及现状

2．5 治理区地质概况

2．5．1 天然地质特征

2．5．2 水文地质特征

2．5．3 工程地质特征

2．6 治理工程现状及地质灾害

2．6．1 沉陷区现状及危害

2．6．2 废弃矿井现状及危害

2．6．3 塌陷治理工程现状及危害

2．7 本章小结

3 兰家沟矿土体的室内试验研究

3．1 土体基本指标的测定

3．1．1 原状土天然含水率测定

3．1．2 土的天然密度、干密度测定

3．2 抗剪强度指标测定

3．3 现场监测

3．4 本章小结

4．膏体充填原材料选择及其配比试验

4．1 膏体充填及其特点

4．1．1 膏体充填概念

4．1．2 膏体充填的基本特点

4．2 充填体支护的理论分析

4．3 膏体充填材料的选择

4．3．1 充填材料的选择原则

4．3．2 充填材料种类及特性

4．4 膏体充填材料配比选择试验

4．5 本章小结

5 数值模拟

5．1 数值模拟建立理论基础

5．1．1 FLAC／FLAC30软件简介

5．1．2 FLAC／FLAC30的特点

5．2 模型建立

5．2．1 单元类型与边界条件

5．2．2 有限元模型建立

5．3 初始无支护数值模拟

5．4 混凝土支护数值模拟

5．5 充填数值模拟

5．6 本章小结

6 治理方案的设计及实施

6．1 设计依据

6．1．1 法律、法规

6．1．2 规范、标准类

6．1．3 技术文件

6．2 设计原则

6．3 治理工程设计

6．3．1 沉陷区治理工程

6．3．2 废弃矿井治理工程

6．3．3 塌陷治理工程

6．3．4 监测预警工程

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

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