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煤炭的地下开采,使其上方覆盖岩层失去支撑,岩体内部的原有应力平衡状态受到破坏,引起岩体内应力重新分布,使采空区围岩的移动、变形直至破坏。采空区达到一定的范围后,引起采空区上方地表产生移动和变形,严重影响采空区上部建筑物地基的稳定性和地表建筑的正常使用。因此,开展采空区建筑地基稳定性的研究,对采空区地表工程建筑开发利用和矿区经济环境的建设与发展有十分重要的现实意义。
本课题是以河南郑州米村煤矿工程为实例,根据米村煤矿矿区实际地质采矿条件,选择某工作面作为原型,设计三组模型,采用软件FLAC3d进行了两个阶段的数值模拟。第一阶段模拟开采沉陷过程,研究采空区上覆岩层的移动变形规律与地表沉陷的基本规律;第二阶段在开采结束,地表沉陷稳定之后,在沉陷盆地的不同位置施加大小不同的建筑物荷载,通过数值模拟探讨采空区在附加荷载的作用下,附加荷载作用位置、荷载大小、松散层的厚度等因素对采空区上覆岩层的移动及建筑地基稳定性的影响,评价了采空区建筑地基的稳定性。并根据矿区地表建筑物损害的实际调查资料,给出建筑物保护措施。
本文采用数值模拟方法来研究采空区建筑地基的稳定性,有一定的理论研究深度,并对煤炭开采和采空区上部建筑物的保护有实际指导工程实践的应用意义。