摘要：研究目的:太焦铁路是第一条穿越大面积采空区的高速铁路,也是迄今为止国内外穿越采空区分布最广、分布最复杂的高速铁路。本文针对太焦铁路采空区特征,开展高速铁路大范围穿越采空区关键技术研究,对于查清采空分布、合理选择线位、确定安全的路桥隧工程措施具有重要意义。研究结论:(1)研究形成多学科、多层次、多方法耦合采空区勘察技术,在宽达37 km的采空区密布带上找出了200 m的安全通路,提出“两咽喉、一通道、六绕避、二治理”地质通廊;(2)研究形成多维空间选线技术,线位绕避采空区密集、时间久远难以查明的古窑等区域,平面无法绕避时,部分区段线路以隧道形式从采空区下方安全深度通过;(3)研究形成隧道下穿采空区技术,通过围岩稳定性和隧道下穿采空区距离研究,提出隧道支护措施以及探测和预报、质量检测方法;(4)研究形成路基整治技术,针对采空区埋深大、沉降要求高的特点,通过缩小注浆孔间距、调整浆液成分、加大注浆压力等措施,保证了整治效果,可为其他同类工程提供借鉴。

摘要：采空区大规模坍塌是地下矿山典型灾害之一,采空区内关键矿柱失稳是其发生的重要诱因。为精准辨识采空区内的关键矿柱,基于采空区矿柱群连锁失稳机制与风险理论,完善采空区关键矿柱基本概念,并创新提出一种基于矿柱失稳风险分析的关键矿柱识别方法,主要包含以下步骤:(1)通过现场调研或经验估计,获得采空区矿柱强度分布特征,进而构建采空区矿柱强度概率密度函数;(2)引入应力扩散最大距离公式,计算各矿柱承载应力,从而获得各矿柱的失稳概率;(3)假定任意矿柱率先失稳,通过矿柱应力动态更新迭代方法,计算单矿柱失稳诱发柱间应力传递与矿柱群系统失稳特征;(4)利用采空区矿柱群承载面积损失率指标定量表征单矿柱失稳致灾性(单矿柱失稳诱发采空区坍塌灾害的严重程度);(5)联合矿柱失稳概率及其致灾性,确定各矿柱失稳风险值,取失稳风险值最高矿柱为采空区关键矿柱。将提出方法应用于Fetr6矿区进行验证,结果表明,该方法所需参数较易获取,计算过程简单,物理意义明确,较传统安全系数法结果更科学、合理,有望在实际工程中取得广泛应用。

摘要：为了探明煤矿采空区覆岩破坏类型与裂隙发育情况,快速准确划分采空区覆岩弯曲带、断裂带、垮落带(简称“三带”),提出智能识别方法,为制定采空区治理方案提供依据。以山东某矿区采空区为例,采用贝叶斯在线变化点检测(Bayesian Online Changepoint Detection,BOCD)算法对钻进过程中的冲洗液漏失量和钻速数据在煤矿采空区“三带”界限处的变化及响应特征进行分析。以勘察规范中有关“三带”高度计算经验公式作为约束条件,对冲洗液漏失量和钻速数据中的候选变化点进行检测、优选,进而确定煤矿采空区“三带”界限深度。智能识别的结果与实际值吻合,其中,弯曲带下限、断裂带下限、垮落带下限的深度误差分别为+0.67、+0.31和+0.52m,弯曲带、断裂带和垮落带的高度误差分别为+0.14%、-0.63%和+2.49%。基于钻进数据的采空区覆岩“三带”智能识别方法精度满足设计需要,切实可行。该方法将钻进数据与经验公式相结合,在钻进过程中即可完成“三带”界限的划分,充分发挥数据的时效性,避免了技术人员主观判断对识别结果产生影响。相较于依靠多种方式综合确定“三带”界限的传统方法,该智能识别方法显著提高了“三带”划分的时效性和准确性。

摘要：采空区遗煤自燃是造成煤矿井下火灾事故的重要原因,受井下采空区实际情况限制,现有探测手段无法直接获得遗煤蓄热自燃的真实情况。本文利用红外热成像仪的非接触测温特点,通过测温原理分析、实验系统设计和搭建的手段,开展了贴近井下采空区真实环境的FOTRIC348红外热成像仪有效探测距离的测定实验,并进行了井下工程验证。结果表明,区域测温模式、线测温模式和点测温模式中FOTRIC348的有效探测距离分别为8~12 m、10~13 m和9~13 m;井下试验时FOTRIC348的有效探测距离为10~12 m;对上述探测距离取交集,综合判断FOTRIC348红外热成像仪在判断工作面两顺槽采空区遗煤蓄热自燃阶段的有效探测距离为10~12 m。该值的确定可为采空区遗煤自燃防治措施的实施提供针对性的决策依据。

摘要：采空区是矿山开采后形成的地下空洞,评价采空区稳定性及其治理方法对于确保矿山安全和环境保护至关重要。综述了采空区稳定性评价方法和治理措施的研究现状,并对未来的研究方向进行了展望。在采空区稳定性评价方面,研究集中在灰色系统模型、模糊综合评价和数值模拟等方法的应用。治理措施的研究内容涵盖了填充、固结、加固和监测等方面。然而,目前仍存在一些挑战,如评价指标选择、模型精度和治理效果评估等。在更广的研究领域中,应重点关注改善和优化采空区稳定性评价方法,并探索新的治理技术和方法,以提高矿山的安全性和环境可持续性。

摘要：煤矿采空区或回采阶段工作面常面临水力渗透威胁,如何快速有效且低成本地预判水力渗透成为难题。提出并系统论述了一种面向水力渗透型采空区的音频大地电磁三维反演及快速解译方案。通过设计采空区理论地电模型,探讨采空区电阻率三维反演可行性。实测数据反演解释结果揭示:采空区巷道顶板区域存在明显低阻分布,部分工作面存在顶板裂隙导水造成的富水低阻区域,局部垮落带与上覆含水层明显连通。为可疑透水位置定位、水位和涌水量监测,以及后续开采规划制订提供了参考。从理论和实证角度,为音频大地电磁法的采空区富水状态分析和动态监控应用提供了新思路,相关方法能够有效提高水力渗透型采空区的解译效果。

摘要：针对桩端采空区对嵌岩桩的设计(如承载性能和长期服役性能)提出的挑战,以杜家山特大桥采空区嵌岩桩为原型,进行缩尺模型试验,研究采空区到桩端不同距离以及采空区是否注浆的单桩承载力。计算比例参数,并选择合适的试验材料进行模型构建;通过多级荷载试验,获得采空区到桩端不同距离以及注浆后桩顶沉降、桩基础轴力、桩端阻力和桩侧摩阻力的变化特征;并对比分析了无采空区嵌岩桩的承载特征。结果表明,随着采空区到桩端距离的减小,桩端持力层的承载能力减小,不利于模型桩的承载力;注浆后,桩端持力层的承载能力明显增加,导致模型桩的桩顶沉降显著减少,承载能力显著提高。

摘要：以神南矿区为工程背景,采用岩体微观室内实验、现场监测、物理模拟实验(DIC监测、应变监测)和FLAC3D数值模拟方法,分析了矿区主要岩层岩体结构特征,获得了“110工法”(一种新型的无煤柱开采技术)开采工艺下采空区上覆岩体位移场和应力场的演变规律。研究结果表明:神南矿区岩体节理裂隙发育程度较高,岩体质量等级较差;110工法利用岩体的碎胀效应和高恒阻能量吸收锚索补偿力学支护特性,在千米级埋深的煤层开采中仍具有良好的沿空留巷效果;110工法下的采空区位移沉降从大到小依次为中部区域、切线侧区域、非切线侧区域。110工法的切顶卸压和高恒阻能量吸收锚索的联合开采技术,可为其他地下空间中大变形软弱围岩的稳定性研究提供科学依据。

摘要：为研究近断层煤层采空区地震动力响应及其对地表的影响规律,以山西炉峪口煤矿为工程背景,基于工程波动理论,运用MIDAS GTS NX有限元软件并结合地质环境条件建立三维数值模型,对自由场地和近断层煤层开采场地采用非线性时程分析方法,计算分析其加速度响应规律、位移变化规律和塑性区分布情况。研究结果表明:在剪切地震波作用下,采空区的存在会减小其上方水平加速度峰值,改变了地表动力反应特性;采空区与断层之间会在极短时间内产生裂隙贯通,裂隙的扩张导致采空区跨落会持续加重,造成地表变形;相比自由场地,开采后下盘出露地表岩层沿软弱层面迅速产生裂隙贯通,其位移响应更大,会引起地表崩塌、滑坡等地质灾害。研究结果可以为煤矿地震动力灾害的科学防治提供一定参考依据。

摘要：我国高速公路建设快速发展,在建设过程中,地质勘察是工程设计、顺利施工的基础。采空区高速公路地质勘察工作尤为关键,也一直是工作中的重点与难点。本研究项目沿线地质条件复杂,是国内极少穿越大段复杂采空区的山区高速公路。采空区是一种特殊的不良地质现象,对设计选线及施工运营都有很大影响。文章以该工程为实例,对综合勘察方法在采空区高速公路中的应用进行详细分析研究,为采空区高速公路综合地质勘察提供了可以借鉴的模式和方法。