关于西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的探究.docx

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关于西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的探究1、概述西部某水库为大（Ⅱ）型工程，具有水量调蓄、沉沙、防洪、灌溉和供水等综合重要功能，采用均质土坝。因其下部埋藏大量的煤炭资源，为确保库坝的安全稳定，对库坝周边开采范围进行一定限制，也就是说要对库坝坝基留设一定的安全保护煤柱。2、地层岩性及煤层分布某水库库区表层为第四系（Q3eol）壤土，土黄色，以及（Q3pl）碎石，灰色；沟底表层为（Q42al）粗砂，灰色松散-稍密；下部为古近系（E3q）砂质泥岩，桔红色间桔黄色，在左（东）坝肩和库尾东北局部出露有N1h砾岩，为透镜状。含煤地层主要为下伏石炭系上统太原群（C3ty）和二叠系下统山西组（P11s）。太原组为海陆交互相沉积，有5～7层含煤，可采煤层为8,9层煤；山西组地层为纯陆相含煤沉积，有3～7层含煤，可采煤层为1,3,5层煤。3、大坝保护煤柱边界线计算3.1计算方法《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定：应由边界角确定地表沉陷盆地的范围，采用移动角计算保护煤柱的范围。边界角确定的沉陷盆地边界线仍有10mm的沉降值，而由移动角圈定的范围内地表变形更大。由于水工建筑物的特殊性，大坝不允许有不均匀沉降或变形发生，采用移动角计算的保护煤柱范围不能满足大坝对变形的要求。因此，在计算大坝保护煤柱的范围时，采用地表零倾斜和零沉降标准控制，即假定一个地下采空区范围，根据地表沉陷规律和实测的沉陷参数计算采空区地表变形，通过反演计算，使煤层开采地表沉陷和倾斜变形零线接近大坝保护范围边界线，这种情况下所对应的留设煤柱范围即为大坝保护煤柱范围。3.2大坝保护范围根据SL106—96《水库工程管理设计规范》规定，大型水库工程的管理范围为：上游从坝轴线向上不少于150m，下游从坝脚线向下不少于200m，大坝两端以第一道分水岭为界或距坝端不少于200m。工程保护范围在工程管理范围边界线外延，主要建筑物应不少于200m。根据水库实际情况确定大坝保护带宽度：大坝下游保护带宽度自下游坝脚向下200m，上游大坝保护带宽度自坝轴线起150m，两侧坝肩保护带宽度分别从坝头外延200m。3.3岩体参数计算模型中工作面顶底板主要地层为粉砂岩组、细砂岩组、泥岩组、灰岩和煤层群组成，基本物理力学参数如表1。表1主采煤层顶底板主要地层基本物理力学参数3.4保护煤柱计算结果大坝保护煤柱的计算，按照各种工况进行了分析计算：垂直剖面法计算：分别按照20m围护带宽度和200m工程保护范围、中硬顶板和软弱顶板、全采各煤层、移动角和边界角计算大坝下游的保护煤柱范围；反演预算：分别按照20m围护带宽度和200m工程保护范围、全采各煤层、软弱顶板和零沉降反演预算大坝下游的保护煤柱范围。五煤层重复采动通过按200m工程保护范围、软弱顶板和零沉降概率积分法反演计算大坝下游的保护煤柱范围，大坝南侧保护煤柱宽度平均值为0.9km。4、水库周边煤矿禁采区范围的确定4.1划定水库周边煤矿禁采区范围考虑的因素水库周边煤矿禁采区范围的划定除考虑大坝保护煤柱计算成果外，还需要考虑以下因素：(1)计算结果是把大坝坝基作为一个理想的完整地质体考虑，但到目前为止，大坝下伏深埋地层的地质结构尚未搞清。而且但由于勘察深度有限，是否可能还存在其他的地质构造等异常情况尚不得知。因此划分煤矿禁采区时需要考虑一定的安全余度。(2)采空区存在长期蠕变变形(3)工程类比，《“三下”开采规程》中按照移动角、垂直剖面法计算的保护煤柱范围值并不完全适宜该水库。参考岳城水库等其他工程类同问题的处理方式。(4)必须考虑保护煤柱自身的长期风化剥蚀情况。(5)考虑水利水电工程的特殊性。4.2煤矿禁采区范围类比其他工程，大坝下游保护范围以坝脚线向下200m进行计算、按照概率积分法反演预算计算（采用零沉降范围线趋近保护带宽度外边界线），考虑煤层全采后工况及2.5倍的扩大系数，自坝轴线至下游1.8km范围为保护大坝的临时禁采区范围，如表2。表2全采各煤层反演预算禁采区范围成果5、结语西部某水库是一座具有供水等功能的大型水库，其下部埋藏大量的煤炭资源。为保证大坝安全，综合研究成果，最终采用2.5倍的安全系数划定煤矿禁采区的范围。通过反演计算，确定自西部某水库坝轴线至下游1.8km范围为禁采区范围。参考文献：[1]段世委,许仙娥.岳城水库大坝坝基保护煤柱范围的确定[A].大坝安全与新技术应用[C].2013.[2]孙超,薄景山,刘红帅,等.采空区地表沉降影响因素研究[J].吉林大学学报,2009,39(3):409-502.[3]张丽艳,刘扬,刘芙荣,玉博.西部某水库大坝下游地区采煤禁采区范围研究[J].水利水电设计工程设计,2019,38(1):33-35.[4]国家煤炭工业局.建筑物､水体､铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社,2000.[5]SL106—1996,水库工程管理设计规范[S].张丽艳,刘芙荣.西部某水库大坝坝基保护煤柱范围的确定[J].水科学与工程技术,2020(05):51-53.