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水利工程下矿产开采对其安全影响及加固措施探究

来源:Http://myeducs.cn 联系QQ:点击这里给我发消息 作者: 佚名 来源: 网络 发布时间: 13/08/29

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  摘要s针对我国矿产资源开发给相关重大水利工程的安全带来隐患这个严重的现实问题,结合实际工程,首先根据相邻矿区开采沉陷现场监测曲线,运用数值模拟方法对杨村矿区岩土体力学参数进行反演分析;然后利用数值模拟软件中的弹塑性模型和流变模型及概率积分法开展煤层开采对西淝河左大堤安全的影响评价。根据现行国家相关规程和我国40多年堤下开采实践经验,初步提出西淝河左大堤受采动影响的抗变形控制指标和折减指标。在上述研究成果的基础上,最后推荐方案3(距堤600 m)为正式开采方案及提出综合防护措施,为解决类似工程,如南四湖、南水北调工程中线总干渠压煤开采等提供一定的借鉴。
  关键词:水利工程:矿产开采;安全影响评价;加固措施;堤体变形
  引言我国目前已探明的易采煤炭资源日益枯竭,为提高资源回收率,解决生产生活问题,实现能源的可持续发展,就必须对一些开采难度大、影响面广的煤炭资源进行开采,其中,水体下、建筑物下和铁路下(以下简称三下)就积压大量的优质煤炭资源,据不完全统计,目前全国三下压煤约为137.64×108 t,其中建筑物下94.68×108 t,铁路下23.91×108 t,水体下19.05×108 t?。经过多年研究和探索,我国在三下采煤方面取得一些可喜成果,其标志性成果是原煤炭工业部颁发的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《三下规程》)口J,反映我国三下采煤的总体研究水平。
  我国一些重大水利设施压有大量的优质煤炭资源,如小浪底水利枢纽库区压煤量达3.41×10¨t 31,南四湖下压煤92.00×108 t等,淮河及其堤坝下压煤2.i0×i08 t等,多年的开采已导致这些重大水利工程出现安全隐患,如淮南矿区经过20多年的开采,采出堤下压煤约2.00×107 t,但也导致淮河大堤产生严重的变形破坏。截止到1995年,影响堤段总长7.4 km,其中确保堤2.7 km,行洪堤4.7 km。
  确保堤最大下沉4.50 m,最大下沉速度9.91 mm/d,堤体最大水平变形13.60 mm/m,最大堤高已达13.50 m;行洪堤最大下沉8 m,最大下沉速度10.5mm/d,堤体最大的水平变形42~44 mm/m,最大堤高已达14 m[6,仅靠培厚加高堤体等工程措施维持堤防的防洪功能。再比如,南四湖区现已形成济宁、滕北、滕南、大屯四大矿区,与湖区有关的矿井有15对,设计能力1.86×10 7 t/a,煤炭资源的开采对湖堤造成严重破坏,直接影响该湖的调蓄能力,并引发水质恶化等矿山环境问题瞄。随着《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》、《中华人民共和国河道管理条例》及《水库大坝安全管理条例》等水利法规的陆续出台,要求在确保水利工程安全运行的前提下才能进行资源开发。为此,水利部专门成立科技创新项目(SCXC200511)小组进行攻关,项目名称重大水利工程下矿产开采对其安全影响的评价方法及防治措施研究。该项目主要针对水库和堤防两类水利工程进行研究,关于煤炭资源开采对水库安全运行的研究,课题组已发表论文进行阐述。本文主要是以国投新集能源有限公司(以下简称国投新集)杨村煤矿在西淝河左大堤南侧采煤为例,论述煤层开采对堤防安全的影响,该项目已于2005年11月通过专家的鉴定。
  2地质条件西淝河左堤是淮北大堤的重要组成部分,为I级大堤,其防洪作用不言而喻。国投新集杨村煤矿是拟建的国家特大型矿井,设计生产能力为5.00×108a。根据目前规划,国投新集杨村煤矿部分资源位于西淝河左防护堤下,见图1。这就导致煤层开采和堤防安全运行之间的矛盾:一方面,西淝河左防护堤属淮河防汛工程确保堤,在这样重要的堤防工程分布范围内,一般情况下不允许进行地下开采;另一方面,西淝河左防护堤下压有大量优质的煤炭资源,实施堤下采煤具有显着的经济和社会效益。杨村煤矿位于安徽省利辛县、凤台县和颍上县境内,井田范围东起F5断层,西至F504断层,与展沟矿为邻,南部到1煤层露头线,北部以F102断层和131煤层(一1 200 m等高线)为界。走向长11km,倾向宽3.6 km,面积约40 km2。地层总体为一倾向NW的单斜构造,同时伴有次一级褶曲,矿区新生界松散层厚度大(494.00~790.33 m),煤层埋藏深,地层倾角一般在20。~30。,开采煤层共4层,根据埋深依次为131,112,8,61煤,其中131煤埋藏最浅,而61煤埋藏最深,且随着埋深的加大,下层煤北部边界距离西淝河左大堤越远,其整体三维地质模型见图2,图中Y轴正方向代表N;X正方向代表W;Z轴代表高程。3确定矿区岩土体工程力学参数杨村煤矿没有实测和试验资料,岩土体工程力学参数的选取是一件十分困难的事情。考虑到杨村煤矿与新集三矿相距较近,同属一套含煤地层。因此,本次研究主要根据新集三矿的现场监测资料,利用FLAC3D程序进行反演分析,最终对参数进行确定。

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