《煤矿沉陷区地表变形监测与灾变防控关键技术及应用》

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该项目属于矿山测量技术领域。中国煤炭资源正逐步枯竭,剩余储量50%以上属于复杂开采条件下压煤,据统计全国“三下”压煤达137.9亿吨,其中建筑物下占69%。中国采煤沉陷土地已达80万公顷,矿区建设又需要占用大量的土地。为了解放“三下”压煤、科学治理与利用采煤沉陷区土地,该项目通过产学研紧密合作,针对开采沉陷监测与分析、开采沉陷预测与灾变预警、沉陷区地基稳定性评价与建筑等技术进行10多年的科研攻关,解决了关键技术问题。该项目主要创新如下:

1.建立了适用于不同地质采矿条件下开采沉陷预测理论与方法及参数体系,修订和完善了平顶山、义马、焦作、开滦等矿区现行的“三下”采煤规范,为矿区开采沉陷准确预测提供了科学依据。

2.提出了基于井上下一体化的开采沉陷协同监测与分析技术,减少了现场工作量,提高了信息获取与处理效率,为矿山开采沉陷监测提供了一种全新的解决办法。

3.自主研制了开采沉陷预测与灾变预警信息系统,具备了地表下沉动态模拟、损害等级划分、灾变自动预警等功能,实现了煤矿开采沉陷监测、预测、预警与灾变防控的信息化和科学化。

4.建立了煤矿沉陷区地基稳定性评价与建筑技术,解决了在采空(动)区建设高层或大型建(构)筑物的技术难题,为合理利用沉陷区做建设用地、保障沉陷区地面建筑物安全提供了科学依据和技术支持。

5.建立了采动覆岩稳定性分析与防控技术,优化了“三下”压煤开采设计参数和工程实施方案,提高了地下煤炭的采出率,保证了地表及建筑物的安全及长期稳定。

该项目成果从根本上改变了以往监测点严格沿主断面布置、现场监测手段单一的作业方式,减少现场工作量50%以上,内业数据处理效率提高了60%,解决了复杂地质采矿条件下开采沉陷预测不准问题;所研制的煤矿开采沉陷预测与灾变预警信息系统,性能指标优于国内外同类产品水平,实现了煤矿开采沉陷综合监测、预测、预警与灾变防控的信息化和科学化;所建立的煤矿沉陷区地基稳定性评价与建筑技术,打破了以往只能在沉陷区建设荷载低、抗变形能力弱的低矮建(构)筑物的局面,为沉陷区建设高层或大型建(构)筑物提供了科学依据和安全保障。

项目成果共取得发明专利4项,软件著作权2项,实用新型专利1项,发表学术论文40余篇,培养博士7名、硕士19名。

应用该成果在平顶山、义马、焦作、开滦等矿区完成了上百项开采沉陷监测、“三下”采煤、沉陷区地基稳定性评价、处理及抗变形设计工作,在沉陷区建成不同形式抗变形住宅楼、办公楼、工业厂房等达361.4公顷,节约耕地297.3公顷,解放“三下”压煤376.1万吨,取得经济效益近30亿元。该成果的应用解放了“三下”压煤、提高了矿区土地利用率、保护了生态环境,创造了十分显著的经济、社会和环境效益,市场推广应用前景广阔。

成果说明

该研究成果作为开采沉陷监测、“三下”开采、沉陷区地基稳定性评价、地基处理及抗变形设计技术,已成功应用推广到平顶山、郑州、义马等煤矿,解放“三下”压煤376.1万吨,在沉陷区建成不同形式的抗变形住宅楼、办公楼、工业厂房等面积361.4公顷,节约耕地297.3公顷,取得经济效益近30亿元。 该研究成果成功实施后,保护了矿区地表建筑物和生态环境,保障了煤矿安全生产,缓和了工农关系,促进了矿区经济与社会协调和可持续发展。今后,项目研究成果将继续为煤矿“三下”采煤、开采沉陷预测与灾变防控等提供理论支持和技术保障,

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