為研究礦井采空區(qū)水庫在震動環(huán)境下穩(wěn)定性和安全度的變化情況,以李家壕煤礦為研究背景,通過采用公式推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)的方法,分析研究地震或其他震動持續(xù)存在的情況下,采空區(qū)水庫各主要部分的穩(wěn)定性以及安全度的變化情況。由于壩體是支撐采空區(qū)水庫正常作業(yè)的關(guān)鍵部分,因此,著重對壩體在地震作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行分析,得到壩體在地震情況下的動力響應(yīng)公式。同時,通過實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)的研究得出在采空區(qū)在震動持續(xù)存在的情況下,整個采空區(qū)受擾動后安全度的變化情況:隨著震動強(qiáng)度的增加,水庫整體的安全度降低;且在震源位置已知的條件下,距離震源越近處的安全度越低。 

【文章來源】：煤礦安全. 2020,51(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ推拭鎴D

水庫模型在實(shí)驗(yàn)過程中受到震動是輸入的地震波對其進(jìn)行的加載過程，為了保證實(shí)驗(yàn)過程能夠還原作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)過程的真實(shí)可靠性，必須要嚴(yán)格選擇入射波形峰值頻率、振動時間、振動幅度、波峰波谷以及峰值加速度等參數(shù)。EI-Centro地震波的發(fā)現(xiàn)于1940年美國的一次山谷地震中，根據(jù)該地區(qū)地震局現(xiàn)場實(shí)測，該地震波的持續(xù)時間為53.73 s，最大加速度為341.7 cm/s2，從地質(zhì)學(xué)角度分類，該地震波屬于第2類地質(zhì)場的地震波。李家壕煤礦所處地質(zhì)環(huán)境完全符合第2類地質(zhì)場要求，因此，按照相應(yīng)的比例尺選擇EI-Centro地震波的參數(shù)，且將地震波的按照6度、7度、8度、9度、10度，即烈度的遞增進(jìn)行相似實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约暗卣鸩▍?shù)確定后，將6個傳感器分為3組分別布置在上覆巖層、水庫壩體、底板處用于收集實(shí)驗(yàn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，其中1號、2號傳感器布置在上覆巖層，3號、4號傳感器布置在水庫壩體上，5號、6號傳感器布置在底板處。傳感器被覆蓋于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭�，傳感器所在的大致位置如圖2。2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)應(yīng)變片的布置方式合理選擇傳感器應(yīng)力應(yīng)變信號處理的公式原理，得到被測試點(diǎn)的安全度K計算公式：（τ為剪切應(yīng)力；σ為正應(yīng)力；τmax為最大剪切應(yīng)力；C為黏聚力，N/m2；φ為內(nèi)摩擦力，（°））。將實(shí)驗(yàn)過程中傳感器收集的數(shù)據(jù)通過上述公式轉(zhuǎn)換為安全度，1號～6號測試點(diǎn)不同傳感器位置處的安全度見表2，根據(jù)表2中各個傳感器收集數(shù)據(jù)繪制的安全度變化折線圖如圖3。圖3表明：隨著地震烈度級別的不斷增大，采空區(qū)整體安全度呈下降趨勢，說明劇烈的震動嚴(yán)重威脅著壩體穩(wěn)定性，從宏觀意義上講，礦震、爆破以及其他采動活動產(chǎn)生的震動對采空區(qū)的穩(wěn)定作用產(chǎn)生干擾甚至破壞，嚴(yán)重威脅井下作業(yè)的安全進(jìn)行；此外，根據(jù)不同測試點(diǎn)位置的不同曲線圖之間的差異可知，距離震源位置較近的部分，受到的震動沖擊波無論頻率還是強(qiáng)度都要強(qiáng)于距離震源較遠(yuǎn)的部分，故受影響強(qiáng)度也是由近及遠(yuǎn)逐漸降低，從本次實(shí)驗(yàn)角度看，位于底板處的傳感器距離震源最近，位于上覆巖層處的傳感器距離震源最遠(yuǎn)，位于壩體上的傳感器處于上述二者中間，因此在按照地震等級依次發(fā)生震動時，底板處震感最為強(qiáng)烈，穩(wěn)定性破壞程度也是最為嚴(yán)重的，因此安全度最低；壩體部分傳感器距離震源稍遠(yuǎn)，各種威脅破壞較輕，安全度次之；上覆巖層處的傳感器距離震源最遠(yuǎn)，各種威脅破壞最輕，安全度最高；從地下水庫整體來看，為保證水庫正常安全作業(yè)，應(yīng)合理選擇壩體材料尺寸等保證其安全運(yùn)行的參數(shù)，盡量減少震動擾動給井下作業(yè)造成的危害。

【參考文獻(xiàn)】：
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