復雜條件下地下采煤穩定性研究

張景玉

摘要：由于地下地形條件復雜，對煤礦開采技術要求較高。特別是一些地形、地質復雜的地區，煤炭資源豐富，但受煤炭開采技術的限制，部分煤炭?資源尚未開發。同時，在煤炭資源開采過程中，也存在著由于煤炭開采技術不科學、不合理而造成的煤炭資源浪費，加劇了一些地區煤礦事故頻發的現象。

關鍵詞：通信工程;項目建設;時間管理;分析研究

1 地下開采條件下地表邊坡穩定性研究現狀

我國地下開采條件下的地表邊坡穩定性研究起步較晚。最早采用穩定 性分析方法和普通邊坡理論對地下開采條件下的地表邊坡穩定性進行了近 似分析。隨著經濟的快速發展，國家對煤炭資源的需求也越來越大，地下 開采引起的地表邊坡失穩和滑坡現象越來越多，許多學者開始研究地下開 采條件下地表邊坡的穩定性。唐福泉將開采沉陷與滑坡相結合，研究了煤 礦井下開采過程中地表邊坡穩定性的變化，分析了開采引起的邊坡應力場 變化和地表邊坡的運動變形。他指出，地下開采降低了地表邊坡材料的力 學性能，并改變了采空區上方巖體的原始應力場。地下開采過程中，首先 破壞上覆巖層中的軟弱結構面，導致采動裂隙的形成和發展，降低地表邊 坡的穩定性，最終誘發邊坡失穩滑坡。

對于地下開采情況下地表邊坡穩定性分析方法主要有兩種：第一種是?理論分析，它在普通邊坡分析方法的基礎上考慮了開采的影響，主要從以?下幾個方面來考慮：（1）將滑動體分為采動塊體和采動塊體，將相應的礦?塊強度還原;（2）引入采礦強度的概念，通過采礦強度將附加水平力、剪?切力和垂直力加入到邊坡的力系中;（3）根據采空區地表移動和變形的隨?機介質理論，計算地下采空條件下單元體的水平和垂直應變，然后根據彈?性介質理論計算水平和垂直應力，然后得到附加的水平和垂直應力。第二種?數值分析方法可以分析地下開采過程中地表邊坡的應力應變變化，從而得出?邊坡失穩滑坡的漸進破壞過程，并可以定量評價地下開采條件下地表邊坡的?穩定性。數值分析方法在地下采礦工程中應用的關鍵在于計算模型的選擇。在地下開采條件下的地表邊坡穩定性分析中，采礦工程中的巖土體范圍較大。由于計算內存和計算速度的限制，該問題通常被視為一個平面問題。唐福泉?等利用 FLAC 軟件研究了地下采煤條件下地表邊坡的穩定性，分析了采煤后?覆蓋層沉降引起的地表黃土邊坡的應力應變變化及運動變形規律，揭示了地?下采煤條件下地表黃土邊坡的變形破壞機理。陳世闊等利用巖土邊坡分析了?采礦邊坡的穩定性，分析了降雨影響下地表邊坡的破壞模式。分析結果表明，在地下采煤過程中，降雨和開采擾動對地表邊坡的穩定性有重要影響。劉新?喜利用 FLAC3D 軟件模擬了地表邊坡在地下開采過程中的移動變形和后緣拉?張裂縫的分布，然后利用 GeoStudio 軟件模擬了降雨入滲對邊坡穩定性的影?響。研究表明，采動裂隙降雨入滲是誘發邊坡失穩滑坡的主要原因。

徐陽青等對礦區大量地表邊坡的穩定性進行了數值分析，分析結果表 明：采空區是由地下開采形成的。隨著采空區面積的逐漸增大，地表邊坡 的力學強度逐漸降低，邊坡體出現裂縫。當水通過這些裂縫滲入邊坡的軟 弱層時，邊坡的抗滑力將減小，從而導致坡面的滑動破壞。根據對前人研 究成果的總結和分析，地下開采對地表邊坡的影響作用主要有：（1）地下 開挖破壞了邊坡巖體應力的初始平衡狀態，導致巖體應力重新分布，二次 應力重分布過程中容易出現應力集中現象，導致滑坡。（2）在地下開采過 程中，應力場的變化導致上覆巖層的位移和變形。隨著采空區面積的不斷 增大，地表邊坡的抗剪強度降低，導致邊坡破壞。（3）在開采過程中，采 空區上覆巖層的移動導致地表拉伸，導致地表下沉，從而產生裂縫。隨著 采礦段的不斷推進，地表裂縫不斷擴大，當裂縫延伸至貫通軟弱層時，地 表邊坡將被不穩定滑坡破壞。

綜上所述，對于地下開采條件下的地表邊坡穩定性已經做了大量的研 究工作，但對于地下開采過程中地表邊坡的失穩還缺乏成熟的理論分析和 評價方法。在地下開采條件下的地表邊坡研究中，不僅要進行常規的邊坡 穩定性分析，還要考慮開采擾動的影響。因此本文以陜西黃陵某煤礦黃土 邊坡為研究對象，在明確大變形分析的基礎上，對地下采煤情況下地表黃 土邊坡穩定性進行研究，提出了地下采煤情況下地表邊坡穩定性評價方法，為實際邊坡工程提供一定的理論和技術指導。

2 復雜條件下地下采煤的穩定性

2.1 水體采煤技術

我國是一個高壓石灰巖含水層分布廣泛的國家。隨著開采深度的不斷 增加，高壓含水層開采的礦山數量也在不斷增加。大多數煤礦都不同程度 地受到底部巖溶承壓水的威脅，極易發生水淹井事故。水體采煤技術主要 針對高壓石灰巖含水層上的近距離煤層開采。承壓水體上采煤作業一般采 用排水降壓和帷幕灌漿，并采用堵水與采煤綜合治理技術相結合。疏水降 壓主要是指對煤層頂板含水層進行一系列地表和地下疏浚，通過合理利用 抽水鉆孔和排水隧洞等設備降低含水層水壓值。

帷幕注漿堵水技術主要是合理封堵煤層實際開采范圍外的大部分外部 水源，然后在開采內部區域通過排水降壓的方式完成開采工作。有壓開采 技術是充分利用防水層，使一定厚度的防水層具有相應的抗壓能力，從而 保證煤礦井下作業的安全。

2.2 水體下采煤技術

在煤炭資源開采過程中，地表和巖層會發生移動，礦區內的洞穴水、 含水層和地表水會流入地下，對地下作業構成嚴重威脅。水體下采煤技術 的主要目的是合理疏導地下水，盡量減小覆巖的破壞程度，通過選擇一系 列地下技術，實現水裂縫的防治。

水體下采煤分為局部開采、充填開采、分層間歇開采和正常定常開采。在開采過程中，要注意從簡單地質構造到復雜地質構造，再從深部開采到?淺部開采，從厚防水層到薄防水層的開采。綜上所述，就是在開采過程中?盡量靠近水體，以保證防水煤柱的開采破壞程度較小，確保水的情況得到?有效控制，將事故的威脅降至最低。

2.3 綠色煤炭開采技術

綠色開采技術是利用節水開采技術，實現煤礦水資源的保護和利用。通過形成條帶開采技術、充填開采技術、分離注漿技術來實現對土地資源 和煤礦建筑物的保護。其他技術也可以用來保護大氣環境，從而實現煤礦 的綠色開采。

在煤礦開采過程中，巖層會產生一定的位移，造成巖層中的水和瓦斯 流動，造成瓦斯事故和地下水突水事故。隨著煤礦的大規模開采，長壁工 作面長度和走向長度不斷增加。因此，采礦時應采用體積小、功率大、可 靠性高的采礦設備，以防止對圍巖的破壞。在綠色開采技術中，通過優化 巷道支護技術，簡化開采生產系統，可以實現綜合開采的同步高效發展。

2.4 三峽開采技術研究

建筑物、水體和鐵路下采煤統稱為“三下”采煤。“三下”采煤的目的 是在盡量保護建筑物、鐵路和水體不受破壞的情況下，實現安全采煤。“三 下”采煤主要通過控制地表沉陷達到保護建筑物和水安全的目的，采用條 帶開采技術、充填技術和組合充填技術進行開采。

3 結論

總之，煤炭資源開采的難度越來越大，地質條件也越來越復雜。只有 采用科學的采煤技術，企業才能獲得最大的經濟效益。通過規范采煤工藝，科學有序地開展采煤工作，可以避免煤礦事故的發生，進一步促進煤礦企 業的不斷優化升級，提高煤炭企業的競爭力。

參考文獻：

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