建筑荷载下浅埋长壁老采空区地表移动变形规律与机理
陈绍杰1
祝伟豪2
汪锋1
尹大伟1
任梦梓3
ВАРНАВСКИЙ КИРИЛЛ4
1.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛2665902.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 2665903.山东科技大学能源与矿业工程学院,山东青岛 266590;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 1108194.库兹巴斯国立技术大学矿业工程学院,俄罗斯克麦罗沃 650000
摘要：针对采煤塌陷地新建建筑物时老采空区覆岩活化运动导致地表移动变形并威胁建筑物安全的问题,现场勘测和物理模拟分析了浅埋长壁老采空区覆岩长期状态,数值模拟研究了建筑荷载作用下浅埋长壁老采空区地表移动变形规律,探讨了建筑荷载作用下浅埋长壁老采空区地表移动变形机理.研究结果表明:采空区边界覆岩不稳定区域在采空区封闭后长期存在;相似物理模拟实验中,煤柱长期承载失稳破坏后,煤柱支承区高度增加、宽度增加了 32.5％,矸石压缩区高度增加、宽度增加了 80.4％,煤壁支承区高度增加、宽度增加了 67.2％,侧向裂隙区高度增加、宽度减小了23.3％.当新建建筑物位置不变时,随着荷载的增加,地表移动变形量和范围也增加.各加载位置中,侧向裂隙区地表新建建筑物导致地表移动变形量突增的荷载阈值最小,建筑物高度阈值为18层,与建筑物高度12层时相比,地表最大下沉量增幅为91.4％,地表最大水平移动量增幅为62.1％.当新建建筑物位于侧向裂隙区上方时,由于侧向裂隙区内部不稳定结构多,且建筑荷载下侧向裂隙区中关键块出现回转和滑落失稳,覆岩下沉量大,此时地表移动变形量最大;当新建建筑物位于煤柱支承区上方时,煤柱在建筑荷载作用下继续产生塑性变形,覆岩下沉量较小,此时地表移动变形值次之;当建筑荷载作用于煤壁支承区时,煤壁在建筑荷载作用下继续产生压缩变形,覆岩下沉量小,此时地表移动变形值较小;当建筑荷载作用于矸石压缩区时,覆岩下沉量小,老采空区垮落矸石在建筑荷载作用下发生二次承载压缩变形,此时地表移动变形值最小.建筑荷载宽度增加初期地表最大移动变形量呈加速增长趋势,当建筑荷载宽度大于50 m时,地表最大移动变形量呈减速增长趋势.当建筑荷载附加应力对老采空区覆岩承载结构造成影响时,老采空地表产生移动变形;当建筑荷载传递至关键块的载荷超过关键块回转失稳或滑落失稳的临界载荷时,老采空区地表移动变形产生突变.
关键词：采煤塌陷地建筑物老采空区承载结构地表移动变形
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51904162)国家自然科学基金(52074169)中国博士后科学基金资助项目(2020M682208)
论文发表日期：2022-12-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 4403-4416 )
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