煤矿采空区地基变形及对铁路工程影响评价研究

摘要

随着铁路交通事业的发展，煤矿采空区问题作为铁路工程建设中的不良地质问题已越来越突出，特别是在华东、华北等一些新建矿区的待采区范围内，近几年至十几年内将有相当数量的铁路建设项目。在铁路勘察设计中，对于采空区边界及影响范围的确定、采空区顶板变形及地基稳定性的评估、采空区处理技术方案的制定等都会影响到整个方案的选择、优化和工程投资的估算。铁路工程对于采空区的处理主要以绕避为主，通过未开采区域也要保留一定宽度的安全矿柱，这样确能保证铁路的运营安全，也是铁路勘察设计中的首要选择。但在矿产资源开发十分广泛的省份在铁路的勘察选线中经常无法回避采空区的影响。因此，正确评价采空区对铁路稳定性的影响，根据采空区特点选择处理方式，对我国铁路交通事业的发展具有深远的意义。 本文详细介绍了采空区的类型及特征，讨论了采空区引起的地表变形、破坏及其影响地基稳定性的主要因素，并对某大型煤矿采空区地基稳定性进行了预测评价。其研究内容主要包括以下五个部分： 1.根据多年国内铁路项目勘察设计中收集、调查的大量资料和文献，系统总结了采空区的类型及特征，如小煤窑的“树枝式”采煤法、“挂牌式”采煤法、壁式采煤法、巷柱式采煤法、房柱式采煤法、残柱式采煤法等采空区；现代煤矿采空区主要包括壁式采煤法和柱式采煤法两大类，壁式采煤法按煤层厚薄不同，可分为整体(单一)开采和分层开采，按工作面推进方向不同，可分为走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法；柱式采煤法主要有房式采煤法、房柱式采煤法、巷柱式采煤法、条带开采法等。 2.系统剖析煤矿采空区的沉降变形，确定了影响采空区地表变形、地基稳定性的主要因素：包括覆岩力学性质、岩层组成及层位、煤系地层倾角、采煤方法及顶板管理方法、煤层条件、采空区尺寸大小、重复采动、水文地质条件、地质构造及地势影响；论述了新老采空区的破坏特征、采空区地表变形特征及形式、以及铁路对采空区地基稳定性的影响分析，介绍了采空区地面变形数值计算的概率积分计算法，并进行了数值模拟分析。 3.讨论采空区地基稳定性评价内容及方法，介绍了小型采空区稳定性评价的松散体应力传递法、普氏塌落拱法和洞顶坍塌堵塞法，以及大型采空区地基稳定性评价；从荷载、振动等方面分析了铁路对采空区地基稳定性的影响。 4.依据前一部分的理论对某大型煤矿采空区地基变形及其稳定性进行了预测评价。系统论述了井田地质条件、煤系地层及主要开采煤层、顶底板岩性特征、采煤方法、项底板管理、开采现状和采空区分布；根据井田特点通过对比分析的方法确定了岩移参数，通过计算对采空区的变形进行了预测，并得出评价结论。作为工程实践，已应用到实际的工程，取得了良好的效果。 5.介绍铁路安全煤柱的计算方法、步骤，进行了安全煤柱可靠性计算分析，并以实例设计计算了铁路安全煤柱；对铁路通过煤矿采空区的对策进行了探讨，论述了采空区处理的一般原则、措施和注浆加固技术，并对采空区处理效果检验进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1选题的目的及意义

1.2研究背景及现状

1.3主要研究内容及方法

第2章采空区的类型及特征

2.1小煤窑采空区

2.2现代大型煤矿采空区

第3章采空区沉降变形研究

3.1新采空区上方地表移动和破坏的形式与特征

3.2采空区沉降变形的基础条件及相关因素

3.3采空区地表变形特征及形式

3.4采空区的破坏特征

3.5报废矿老采空区地表变形和破坏的形式与特征

3.6采空区对铁路及其附属建筑物的影响

3.7采空区地面变形数值计算的概率积分法

3.8采空区变形数值模拟

第4章采空区地基稳定性评价

4.1采空区地基稳定性评价内容及方法

4.1.1小型采空区地基稳定性评价

4.1.2大型采空区地基稳定性评价

4.2铁路对采空区地基稳定性的影响分析

4.2.1铁路及列车荷载的影响

4.2.2列车振动影响

第5章采空区地基稳定性评价研究工程实践---某大型煤矿采空区地基稳定性评价

5.1井田地质条件

5.2煤系地层及主要开采煤层评述

5.3开采煤层的顶底板岩性特征

5.4采煤方法和顶底板管理

5.5煤矿的开采现状

5.6采空区的变形预测

5.6.1地表移动的预测

5.6.2岩层移动角及采空区移动变形计算

第6章铁路安全煤柱

6.1铁路安全煤柱的计算

6.1.1铁路安全煤柱设计步骤

6.1.2计算实例

6.2安全煤柱可靠性计算

第7章采空区工程处理措施建议

7.1采空区处理的一般原则和措施

7.2采空区治理及地基加固方案的确定

7.3注浆加固技术

7.4采空区处理效果检验

结论

致谢

参考文献

攻读工程硕士学位期间发表的论文及科研成果

个人简历