紫坪铺水利枢纽工程重大地质问题研究成果

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：煤洞开挖时间久远,煤洞顶部及顶板岩体因失去支撑发生变形,煤洞侧壁因临空而向煤洞中心方向变形。当洞径较小时,煤洞围岩通过一段时间的变形调整而趋于稳定；当洞径较大时,洞顶及煤层顶板将要发生变形破坏。工程区地层倾角较陡,煤质页岩又经过构造错动,强度低,完整性差,煤洞开挖使顶部岩体失去支撑,在自重作用下产生变形垮塌。如FMD77号煤洞在疏空清理处理过程中侧壁岩体产生鼓胀变形。如FMD95号煤洞洞口处可见倾倒变形现象。

煤洞开挖时间久远,煤洞顶部及顶板岩体因失去支撑发生变形,煤洞侧壁因临空而向煤洞中心方向变形。当洞径较小时,煤洞围岩通过一段时间的变形调整而趋于稳定；当洞径较大时,洞顶及煤层顶板将要发生变形破坏。

(1)煤洞变形破坏。调查表明,煤洞变形破坏有以下几种(见图7-4):

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图7-4 煤洞变形破坏模式

(a)塌落；(b)鼓胀变形；(c)倾倒变形；(d)塌陷(陷落)

1)洞顶煤质页岩层塌落。工程区地层倾角较陡,煤质页岩又经过构造错动,强度低,完整性差,煤洞开挖使顶部岩体失去支撑,在自重作用下产生变形垮塌。据调查大多数煤洞都因此而垮塌。如FMD12号、23号煤洞等。

2)鼓胀变形。当开采空间较高,倾斜的岩层在上覆荷载力作用下向临空方向发生鼓胀变形,这种变形在以煤质页岩和泥质粉砂岩中尤其明显。如FMD77号煤洞在疏空清理处理过程中侧壁岩体产生鼓胀变形。

3)倾倒变形。在岩层倾角中等的地层中,随着地下的采空,不但洞顶塌落,煤洞顶板也因承受上覆地层的压力而向洞中心方向拱曲,当在临空面附近顺倾向开采时,由于预留的煤层难以支撑上覆地层的巨大压力而发生塑性变形。如FMD95号煤洞洞口处可见倾倒变形现象。

4)塌陷(陷落)变形破坏。在右岸向斜核部或两翼砂岩顶板较缓,层厚较薄且结构面发育部位,当采空较大时,被结构面切割的顶板砂页岩在自重力作用下变形,形成碎裂结构,洞顶—顶拱临空面间的岩体向洞内塌陷(陷落),如右岸FMD92—1号煤洞地表就见有塌陷现象。

(2)煤槽变形破坏。在煤槽清理疏空过程中,顶板都出现了不同程度的开裂,裂缝通常平行于煤槽发育,主要的变形有倾倒、弯折变形(见彩插图No.33)。

(3)垮塌松弛区分析。由于枢纽建筑物区跨越沙金坝向斜,两翼地层都是倾斜地层,左岸是陡倾地层。煤洞开采之后,上部岩体变形也有其相对特别之处。煤洞开采由于年代较久,支撑木多已腐朽,加上地层倾斜,上覆地层特别是煤层很容易垮塌。除少量保存空洞外,绝大多数已经垮塌,使采空区上部形成垮塌松弛区。垮塌松弛区和采空区内堆积充填垮塌的煤屑、岩块,较为松散,局部架空,原岩结构全部破坏,形成所谓的“扰动结构”。总体来说,煤洞开采规模不大,垮塌松弛区的高度可按下式计算:

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式中:e为垮塌岩体架空率；H为采空区高度,m；h为垮塌松弛区高度,m。

假设垮塌松弛区和采空区内充填物的架空率为0.5,则计算的煤洞可能垮塌松弛区高度是采空区高度的2倍。

紫坪铺水利枢纽工程重大地质问题研究成果

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