[01566680]煤矿采动损伤建筑地震动力失稳及抗开采沉陷隔震保护技术

本项目属于矿山开采损害治理的科学技术领域,属于土木工程与采矿工程的交叉学科。 本项目在采矿、地质、岩土、结构、矿山测量和防灾减灾的多学科交叉融合的基础上,充分弥补土木工程、测绘工程和采矿工程学科对煤矿采动区建筑物保护研究的不足,针对地下煤炭开采所引起的开采沉陷变形和地震的联合作用效应进行科学合理的分析研究： （1）采用现场考察、理论分析、数值模拟和现场应用相结合的研究方法,综合运用模型试验及数值模拟的手段,对采动区地震作用-开采表沉陷变形耦合作用下建筑结构的受力分析以及在耦合作用下建筑物的灾变演化分析可知：采动区煤炭开采后所形成的采动应力场的影响,导致煤矿采动建筑物的地震动力学响应明显不同;在煤矿采动附加应力作用下,建筑物会产生不同程度的次生损伤;在地震动作用下,建筑物的损伤会逐渐积累演化,由此严重威胁到对建筑物的整体安全性。 （2）采动区属于对抗震不利的场地,在地震时极有可能加剧原有的地表变形,甚至产生较大的震陷,使得地面运动具有比较复杂的空间特性,并且采动区地基的不均匀沉降会影响隔震装置的隔震效果,这就导致传统的隔减震技术在采动区的建筑物保护具有一定的局限性。针对因开采沉陷所引起的地基变形和矿区的抗震设防要求,基于竖向隔振的碟形弹簧、竖向的筒式粘滞阻尼器、铅芯橡胶隔震支座以及导向套筒等各自的力学性能,设计了传力路径明确、构造合理的抗变形隔震装置。通过该装置的竖向力学性能和水平剪切力学性能试验,试验结果表明在低周循环荷载作用下采动区抗变形隔震支座的滞回耗能曲线饱满,表明其良好的自复位、耗能能力和变形能力大、稳定的滞回性能等特点,其适宜的水平隔震刚度和阻尼耗能性能、竖向能够抵抗不均匀沉降,充分体现了其良好的整体稳定性。 （3）对于煤矿采动建筑物进行结构设计时,应深入分析采动区建筑受采动损害、震害破坏、煤矿采动与地震联合作用的致灾力学机制,充分考虑到采动区建筑物保护的基本前提是要求采动区的地基土在保证能够满足建筑物所需承载力的条件下,其刚度储备不宜过高（与抗震设计计算相矛盾冲突）,以便在地下煤炭开采的过程中发生地表不均匀沉降变形时,能够保证建筑物基础能易于切入地基土,以达到基础和地基的变形能够彼此相互协调,最大限度的保护建筑物;同时也应该针对因开采沉陷所引起的地基变形和矿区的抗震设防要求,研制新型的高效的可抵抗开采沉陷变形引起的地基不均匀沉降的采动区建筑物抗变形隔震装置,建立煤矿采动建筑减震控制体系与适应不同煤矿采动损伤地层复杂地质环境条件下的控制技术。 煤矿采动区建筑物抗开采沉陷变形隔震保护体系补充和发展了现有的采动区建筑物保护控制理论,不仅为采动区已有建筑的加固防护、减少采动区建筑物的损害破坏以及新建建筑的结构设计提供理论依据和技术支持,并且发展了采动区建筑物保护与加固理论,确保采动区建筑物能够安全使用,供矿区工程建设实践参考,对我国煤炭工业的发展、社会的稳定、生态环境的保护具有重大的现实意义和深远的社会意义,也是煤炭工业走可持续发展道路所不容忽视的课题;同时是经济合理地解决地下煤炭资源开采与保护地面建筑物矛盾的有效途径,也是解决我国建筑下采煤问题的重要突破口,它能够较为合理的解决地面建筑物保护与地下煤炭开采的矛盾;同时对于合理开发和充分利用地下煤炭资源,延长矿井寿命,挖掘现有矿井的生产能力,增加煤炭产量具有非常重要的意义。