矿区沉陷与地基稳定性评价团队是在郭广礼教授带领下,联合中国矿业大学、徐矿集团、中煤大屯煤电集团、华润天能煤电集团等多家单位,组建的具有测量、采矿、地质和规划等多学科协同融合的研究队伍。团队成员包括4名全职人员、6名兼职人员和30余名研究生。

团队主要围绕协同创新中心的第三个研究方向采动废弃工业用地的地基稳定与污染控制,重点开展深部开采与固体充填采煤地表移动规律及预测预警、残留煤炭资源绿色开采的地表沉陷控制、采空区地基稳定评价与矿区城镇空间利用规划研究工作。2014年度取得的主要研究进展简要介绍如下:

1)徐州矿区厚冲积层地表沉陷规律。在大量实测数据的基础上,结合物理模拟、数值模拟和理论分析的方法,研究揭示出:厚冲积层在竖向上能拟制导水裂缝带发育高度、侧向上增大导水裂缝带发育宽度;徐州矿区深部开采引起的地表沉陷由土体跟随下沉、岩土体协同作用下沉、松散层失水固结沉降和浅部土体压密四部分组成;在多煤层重复采动条件下,地表下沉系数随采动次数的增加逐渐减小;在此基础上,构建了厚冲积层矿区开采沉陷组合预测模型。该成果已成功应用于徐州积水塌陷区治理、建筑物下采煤沉陷控制等多个工程实践当中。

2)固体充填采煤地表沉陷规律和预测技术。采用理论分析、现场实测、物理与数值模拟研究方法,揭示了煤矿固体充填岩层移动及沉陷控制机理,建立了固体充填采煤地表沉陷预计模型,并通过现场实测结果对预计模型进行反馈修正;建立了三下煤炭资源绿色开采的地表沉陷控制设计方法;并在沛北矿区三河尖煤矿龙固镇下固体充填采煤沉陷控制设计中得到了应用。发明了一种用于相似材料模型监测的光学图像法,构建了一种耦合FLACPFC的固体充填采煤岩层移动数值模拟实验方法,改进了固体充填采煤岩层移动模拟研究方法。建立了一套适合于充填采煤区域地表建筑物变形监测的液体静力水准系统,可实现连续变形监测和远程数据采集,垂直位移精度优于1mm;解决了村镇下煤炭资源开采的建筑物变形远程遥测技术难题。

3)采动塌陷区地基稳定性评价与建设利用。围绕国家电网骨干工程建设,开展了山西-江苏±80万伏特高压直流输电工程(徐州段)煤矿采空区建塔地基稳定性、适宜性评价研究,查清了沿线地下煤层赋存和开采情况、地下采空区分布与覆岩破坏情况;对各塔位采动变形、老采空区活化与残余变形进行了定量预测和铁塔建设的适宜性评价;提出了采空区地基处理方法与铁塔抗变形设计措施研究;确保了该重点工程的顺利实施。

4)沛北矿地一体化示范基地建设。查清了徐州市沛北八座煤矿的地质采矿条件、采空区分布情况和剩余煤炭资源赋存情况;在分析研究沛北矿区地表移动规律,科学确定了沛北各煤矿采煤地表沉陷的预测模型和参数,为进一步计算分析沛北矿区地表沉陷状况、采空区地基稳定性评估和采煤塌陷区土地复垦与生态修复奠定了基础。围绕沛北矿区杨屯镇空间利用规划,研究了采煤塌陷对城镇空间的影响,完成了杨屯镇的总体规划;结合沛北姚桥、徐庄煤矿开采沉陷现状和未来沉陷预测,分析了杨屯镇域范围内的用地现状条件和城镇空间结构演变规律;给出了镇区空间的拓展方向和周边用地的适宜性;分析了受采动影响的矿业城镇的空间演变过程、结构特征,为矿城协同发展提供了理论支撑。

5)残留煤炭资源绿色开采示范工程。针对沛北矿区三河尖煤矿龙固镇下压覆的煤炭资源赋存情况,选定了该矿北一采区作为建筑物下残留煤炭资源固体充填绿色开采试验区域。通过现场调研,掌握了区域内建筑物的分布、类型、建筑结构、建筑年限和权属关系,科学评估了地表主要建筑物的抗变形能力,制定了地表建筑物保护的采动变形设防标准。在此基础上,进行了充填物料的力学性能测试和充填采煤充实率设计,提出了试验区域建筑物下残留煤炭资源固体充填采煤地表沉陷控制设计方案。预测研究表明,按设计方案实施绿色充填开采,试验区能采出煤炭资源174.7t,地表建筑物仅受到轻微的I级采动损害,对建筑物影响极其轻微,不需要维修治理,可实现残留煤炭资源绿色开采的技术目标。


团队长简介:

郭广礼,男, 1965年生,河北栾城人,博士,教授。

1984年毕业于中国矿业大学地质系,获矿山测量专业工学学士学位;1991年获中国矿业大学工程测量专业硕士学位,1999年获中国矿业大学大地测量与测量工程专业博士学位。2001-2004年在中国矿业大学力学博士后流动站进行合作研究。中国煤炭学会矿山测量专业委员会委员、煤矿开采损害技术鉴定委员会委员,国际矿山测量协会第六专业委员会委员。

主要研究方向为:矿山开采沉陷与控制、老采空区地基稳定性评估和处理、变形监测和数据处理。 出版学术著作《老采空区上方建筑地基变形机理及其控制》,《综合机械化固体废物充填采煤方法与技术》;发表学术论文60余篇。授权发明专利3项、实用新型7项。主要获奖成果如下: 矸石充填置换煤关键技术研究与应用, 国家科技进步二等奖; 厚煤层综放开采沉陷控制与治理技术, 中国煤炭工业科学技术一等奖;采动岩体动态力学模型及理论研究, 中国高校科学技术奖自然科学一等奖;兖州矿区开采沉陷控制与治理技术, 国家安全生产管理总局安全生产科技成果一等奖;矸石充填置换煤技术研究与应用, 中国煤炭工业科学技术一等奖;采煤沉陷地复垦与综合利用技术的推广研究, 教育部科技进步二等奖。