河堤下采煤超前复堤设计与应用

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地下煤层被开采出来后，开采区域周围岩体的原始应力平衡状态受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡。在此过程中，开采煤层的上覆岩层将产生移动、变形与破坏，当开采面积达到一定范围后，移动与变形将波及到地表，使地表产生沉陷，位于沉陷区范围内的水工建筑物难以正常使用。皖北煤电集团恒源公司任楼煤矿井田部分段位于河上方，其工作面回采势必造成河河堤的下沉。为了保护河堤两岸村庄和人民财产安全，今特对河河堤进行超前复堤加固。

1 地质概况

1.1 地层结构情况

河大堤向下分别为新生界的第四系和第三系，从四含底界与含煤地层的二叠系相连，再向下是含水较丰富的石炭系和奥陶系。

河堤下方的含煤地层为向东倾斜的单斜构造，倾角16°～18°。

1.2 土层结构情况

本区河堤顶高程26.8 m～29.4 m，堤顶宽5 m～19 m，北堤有两条进河水沟，南堤有一条取土沟堑，南北堤各有1～2处废砖窑等。河堤两侧西段有复垦鱼塘，中东部地势平坦，地面标高

23.6 m～25.1 m。

本区地层均为第四系洪水冲积层，地下水主要赋存于表土层向下3 m～4 m深的砂质土层中（俗称流砂层）。在流砂层上部都是夹带砂浆的粘土层，这是复堤的主要土源层。

1.3 水文地质情况

根据近年（1994～2008年）任楼矿在河沿岸设立的三个水位站（任桥、塌陷区电杆、胡桥）观测的资料统计，在2003年7月测得的最高洪水位分别是25.86 m、25.34 m和25.32 m。

河水位旱季在21.2 m～22.0 m，雨季在23.0 m～24.5 m。只有1996、2000、2005、2007年的7月初接近或超过25.0 m，地表低洼处形成内滞被淹。

1.4 煤层概况

1）51煤层：该煤层为井田内主要可采煤层，煤层厚0 m～3.69 m，平均煤厚1.29 m，煤层结构简单，属于较稳定煤层。煤层顶板岩性以泥岩为主，极少数为粉砂岩。伪顶岩性为泥岩、粉砂岩。底板岩性以泥岩为主，其次为粉砂岩。伪底岩性为泥岩。

2）72煤层：该煤层为井田内主要可采煤层，煤层厚

0.36 m～8.32 m，平均煤厚2.72 m，煤层结构较为复杂，属于较稳定煤层。煤层顶板岩性以泥岩为主，其次为粉砂岩、中砂岩或砂岩。伪顶岩性为泥岩。底板岩性以泥岩为主，其次为粉砂岩，少数为细砂岩。伪底岩性为泥岩、炭质泥岩。

3）82煤层：该煤层为井田内主要可采煤层，煤层厚0 m～4.85 m，平均煤厚1.94 m，煤层结构复杂，属于较稳定煤层。煤层顶板岩性南北两段以细砂岩或中砂岩为主，中段以粉砂岩泥岩居多。伪顶岩性为泥岩、煤、粉砂岩。底板岩性以泥岩为主，少数为粉砂岩。伪底岩性为泥岩、炭质泥岩。

1.5 工作面概况

区域内的72煤工作面采厚基本为4.5 m～4.8 m，其中已回采的II7210工作面采长平均为685 m，采宽平均为116 m，II7214采长平均为593 m，采宽平均为182m；II7212设计采长平均为547 m，采宽平均为149 m。82煤平均采厚为2.5 m，已回采的II8210工作面采长平均为802 m，采宽为132 m；设计中的II8213工作面预计采长505 m，采宽135 m；II8214采长620 m，采宽180 m；设计中51煤工作面采厚基本为1.5 m～1.8 m，设计采长约1500 m，采宽约180 m。回采时间预计2012年5月至2015年，采煤方法均为走向长壁跨落法。

2 复堤加固设计说明

2.1 复堤加固设计范围

根据上述工作面回采对其上部河河堤的影响范围，结合该范围下游与矿区专用铁路并堤段的河河堤已实施过复堤，并考虑上游一定范围河河堤现状的治理，本复堤加固工程范围确定为M20断面—M40断面，南堤长1218 m，北堤长524 m，总长1842 m。

2.2 设计依据

根据安徽省水里水电勘测设计院1999年10月编制的《淮河支流防洪规划》河流域防洪规划，防洪标准为20年一遇。根据《提防工程设计规范》（GB50286—98），河堤防级别按4级设计。河任楼出5年一遇流量为52.5 m3/s，相应水位为25.0 m，20年一遇流量为88 m3/s，相应水位为26.1 m。

根据《中国地震参数区划图》，工程区的地震峰值加速度为0.05 g，相应地震基本烈度为6度，设计烈度为6度。

采用的标准和规程、规范主要有：

1）《防洪标准》（GB50201—94）。

2）《堤防工程设计规范》（GB50286—98）。

3）《水闸设计规范》（SL265—2001）。

4）《堤防工程施工规范》（SL260—98）。

5）《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）。

6）堤防工程施工质量评定与验收规程》（试行）（SL239—1999）。

7）《土工试验规程》（SL237—1999）。

2.3 设计思路

本次复堤设计涉及河下工作面有II7210、II7212、II7214、72510、II8210、II8213、II8214、51510、5111、5115共计10个工作面，其中II7210、II8210、II7214等三个工作面已开采，河堤已受到影响，在现河堤标高基础上，为了合理设计河堤形状及标高，对未开采工作面II7212、72510、II8213、II8214、51510、5111、5115等7个工作面，先用概率积分法进行下沉预计，得出科学合理河堤下沉值，然后以断面划分设计不同断面之间的标高，从而在上述工作面开采完成以后，使河河堤处于同一标高。

2.3.1 下沉依据

根据任楼矿以往工作面地表移动观测站成果，得出地表移动概率积分法预计参数见下表：