高速公路下伏急倾斜煤层采空区致灾机理与防治技术研究

摘要

随着我国高速公路的迅速发展，全国公路网的不断完善，许多公路将不可避免的穿越采空区上方。虽然国内对高速公路下伏采空区的治理已有了许多年的经验，在采空区的勘察设计、稳定性评价和处治技术等方面积累了许多宝贵的经验，但总体来说，我国采空区高速公路建设技术还不算是成熟阶段。由于各地公路下伏采空区的工程条件差别较大，新的工程实践中仍然存在许多难题，尤其在考虑地表施工与运营荷载影响的采空区稳定性评价方法、评价依据、治理标准及工程处置技术等方面，尚未形成系统的治理理论和技术，无规范可循，也没有成熟的工程设计体系可供借鉴和指导，特别是对于急倾斜煤层采空区的处理问题，还缺乏成功的经验。
　　本文针对急倾斜煤层的致灾机理和防治问题，以新疆乌鲁木齐绕城高速采空区治理工程为依托，采用现场踏勘、理论分析与数值模拟计算相结合的方法，对急倾斜煤层采空区修建高速公路后的沉降趋势、致灾机理与防治措施等进行了研究，主要成果如下：
　　⑴分析了影响急倾斜煤层采空区地表稳定性的主要因素分为采矿因素和不良地质因素。总结了高速公路下伏急倾斜煤层采空区所引起的路基、桥梁、隧道和涵洞等产生不良病害情况。
　　⑵分析了该工程中的小窑采空区和其他地勘资料中的空洞对高速公路路基稳定性的影响。该项目中基底附加应力的影响深度都能到达导水裂隙带的范围内，所以必须进行采空区空洞的处理才能满足路基的设计规范要求。
　　⑶利用FLAC软件，建立了采空区上覆盖层厚度对比模型和采空区安全煤柱顶宽对比模型。通过对比分析得到在采空区安全煤柱上方修建公路时，采空区上覆盖层不同高度和不同安全煤柱顶宽对地面稳定性的影响。模拟结果表明：上覆盖层在一定厚度内存在着自稳性，地表沉降的最大值随着地层厚度的增加先增大后减小。煤层开挖后，安全煤柱对地层的稳定性起到了很大的作用，安全煤柱边缘也产生了变形移动区和变形破坏区。并且安全煤柱预留顶宽越宽，安全煤柱上方地层煤层开挖后地表沉降值越小。
　　⑷通过数值模拟，分析了该工程中，公路对采空区内地表的稳定性影响很大，必须进行加固处理后，才能满足路基的设计规范要求。并根据现场实际工况，总结归纳了采空区防治技术。

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第一章 概论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第二章 乌绕城高速沿线煤矿采空区工程概况

2.1 依托工程概况

2.2 区域地质概况

2.3 各煤矿采空区开采情况

2.4 预留安全煤柱情况

2.5 本章小结

第三章 急倾斜煤层采空区制灾机理分析

3.1 采空区常见病害及影响因素分析

3.2 本工程急倾斜采空区致灾机理分析

3.4 小结

第四章 急倾斜煤层采空区稳定性数值模拟与分析

4.1 采空区稳定性分析方法的优选

4.2 急倾斜煤层地层稳定性分析

4.3 安全煤柱稳定性分析

4.4 本章小结

第五章 急倾斜采空区治理措施

5.1 采空区处理方法的优选

5.2 采空区治理规划与流程

5.3 急倾斜采空区注浆施工

5.4 质量验收标准

5.5 采空区治理变形监测

5.6 施工质量不合格工程的处理

5.7 结论

结论与建议

主要结论

建议

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢