南水北調(diào)中線一期工程郭村煤礦采空區(qū)段穩(wěn)定性研究.pdf

1、采空區(qū)的穩(wěn)定性問題是南水北調(diào)中線一期工程總干渠禹州段的重大工程技術(shù)問題之一。影響采空區(qū)穩(wěn)定的因素十分復(fù)雜，渠道施工、運行及運行期內(nèi)渠道的滲漏會導(dǎo)致采空區(qū)的進一步變形，進而威脅渠道的安全運行。本文首先介紹了國內(nèi)外采空區(qū)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀及殘余沉降預(yù)測已有成果，總結(jié)了采空區(qū)覆巖移動的基本形式，在詳細介紹郭村煤礦采空區(qū)形成歷史和處理措施的基礎(chǔ)上，運用定性法、解析法、監(jiān)測法和數(shù)值法對南水北調(diào)郭村礦采空區(qū)段的穩(wěn)定性、殘余變形和滲漏工況下的穩(wěn)定性展開以

2、下研究工作：
　?。?）結(jié)合各行業(yè)對采空區(qū)的研究成果，歸納影響南水北調(diào)下伏采空區(qū)穩(wěn)定性的主要因素有采礦和頂板管理方法、上覆巖體的力學(xué)特性、煤層賦存條件和開采時間；郭村煤礦采空區(qū)處于殘余變形期，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于采煤方法和頂板管理方法的落后及渠道施工運行的影響，潛在殘余變形較大。
　?。?）基于概率積分法沉陷理論，推導(dǎo)出采空區(qū)在自重下殘余變形極限值計算公式，計算郭村煤礦采空區(qū)豎直殘余變形極限值為331mm，水平殘余變形極

3、限值為82.8mm。以郭村煤礦采空區(qū)剖面4為基礎(chǔ)，應(yīng)用FLAC3D軟件建立數(shù)值模型，模擬采空區(qū)無注漿處理工況下渠道施工與運行過程來研究其變形規(guī)律。結(jié)果顯示，水平位移最大值位于采空區(qū)兩端上方地表，其值較小；豎直位移最大值為9.32cm，地表豎直位移隨采空區(qū)埋深增大而減小，隨離渠道水平距離增大而減??；渠道運行對地表變形影響有限。
　?。?）分析渠道施工期間地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示：施工前，采空區(qū)殘余變形小，基本穩(wěn)定；注漿和開挖施工導(dǎo)

4、致采空區(qū)殘余變形較施工前增大，但注漿明顯有減緩變形的作用，工程場區(qū)地表變形值總量較小，整體較穩(wěn)定。
　　（4）應(yīng)用FLAC3D建立郭村煤礦采空區(qū)段三維模型，通過對地層Q3和Q2在不同含水率下力學(xué)參數(shù)的弱化來模擬渠道運行期無滲漏、一般滲漏和嚴重滲漏三種工況，結(jié)果顯示，采空區(qū)注漿區(qū)地表沉降值比無處理區(qū)小1-2cm，注漿可明顯減小殘余變形；豎向位移主要分布于地層Q3和Q2中，其最大值、影響范圍和深度均隨著滲漏程度增大而增大，初期引起的地