建筑物下開(kāi)采技術(shù)理論基礎(chǔ)

摘要：為了進(jìn)一步促進(jìn)建筑物下采礦學(xué)科的發(fā)展，采用查閱大量文獻(xiàn)資料和綜合分析的方法，從地下開(kāi)采對(duì)地表建筑物的影響和如何減少地表移動(dòng)和變形等方面進(jìn)行了全面的總結(jié)。建筑物下開(kāi)采已成為許多礦區(qū)面臨的主要問(wèn)題，嚴(yán)重制約著礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，因此，進(jìn)行建筑物下開(kāi)采的研究具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：建筑物下開(kāi)采 建筑物變形 地表變形

0 引言

在礦產(chǎn)資源日益短缺的情況下，“三下”礦山的開(kāi)采對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的意義。如位于邯鄲市武安境內(nèi)的云駕嶺鐵礦，其上部為云駕嶺村莊和玉石洼鐵礦生活區(qū)。該礦地質(zhì)儲(chǔ)量2641萬(wàn)t，礦石平均品位為46.51％，是我國(guó)賦存量不多的高品位鐵礦石，在國(guó)際鐵礦石價(jià)格大幅增長(zhǎng)和我國(guó)大量進(jìn)口的情況下，該礦的開(kāi)采有利于解決國(guó)內(nèi)鐵礦石的緊張局面。建筑物下開(kāi)采已成為許多礦區(qū)面臨的主要問(wèn)題，嚴(yán)重制約著礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，因此，進(jìn)行建筑物下采煤研究具有十分重要的意義。

1 地下開(kāi)采對(duì)地表建筑物的影響

地下采礦對(duì)地表的影響主要有垂直方向和水平方向的移動(dòng)和變形，包括下沉、傾斜、曲率。不同性質(zhì)的地表移動(dòng)和變形，對(duì)建筑物的影響是不同的。地表產(chǎn)生的移動(dòng)和變形，破壞了建筑物與地基之間的初始平衡狀態(tài)，同時(shí)力學(xué)平衡重新建立，使建筑物產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而導(dǎo)致建筑物發(fā)生破壞。地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物的影響主要分以下六種：

1.1 地表下沉對(duì)建筑物的影響 一般地講，當(dāng)建筑物所處的地表出現(xiàn)均勻下沉?xí)r，建筑物中不會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，因而對(duì)其自身就不會(huì)帶來(lái)?yè)p害。但當(dāng)?shù)乇硐鲁亮枯^大，地下水位又很淺時(shí)，如果因此而使?jié)撍簧仙斐山ㄖ镏車(chē)L(zhǎng)期積水或使建筑物過(guò)度潮濕，改變了建筑物所處的環(huán)境，降低了地基的強(qiáng)度，這就會(huì)影響建筑物的使用，在特別不利時(shí)，甚至可能造成建筑物的破壞或廢棄。

1.2 地表傾斜對(duì)建筑物的影響 地表傾斜后，將引起建筑物的歪斜。由于建筑物的傾斜，在建筑物自重形成的偏心荷載作用下，產(chǎn)生附加應(yīng)力距，承重結(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生附加應(yīng)力，地基的承壓力也將重新分布。特別是底面積小而高度很大的建筑物（如水塔、煙囪、高壓輸電塔等），地表傾斜的更為明顯。

1.3 地表曲率對(duì)建筑物的影響 地表曲率變形表示地表傾斜的變化程度。由于出現(xiàn)了曲率變形，地表將由原來(lái)的形狀變成曲面形狀。這樣，建筑物的荷載與土壤反力間的初始平衡狀態(tài)遭到了破壞。在正負(fù)曲率作用下，各有兩種情況，一種是房屋全部切入地基，另一種是房屋部分切入地基。房屋受正負(fù)曲率影響下，將使地基反力重新分布，因而使建筑物在豎直面內(nèi)附加的彎距和剪力的作用，其值如果超過(guò)建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度極限時(shí)，建筑物就會(huì)出現(xiàn)裂縫。在正曲率作用下，房屋在中央所產(chǎn)生的應(yīng)力大于原有應(yīng)力，易在建筑物的頂部中間出現(xiàn)裂縫；在負(fù)曲率作用下，房屋兩端地表應(yīng)力增大，易形成底部中央裂縫。

1.4 地表水平變形對(duì)建筑物的影響 地表水平變形對(duì)建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸變形的影響，較小的地表拉伸變形就能使建筑物產(chǎn)生裂縫。由于建筑物抵抗拉伸能力遠(yuǎn)小于抵抗壓縮的能力，所以較小的地表拉伸變形就能使建筑物的產(chǎn)生開(kāi)裂性裂縫。一般在門(mén)窗洞口的薄弱部位最容易產(chǎn)生裂縫，磚砌體的結(jié)合縫，建筑結(jié)點(diǎn)易拉開(kāi)。

1.5 剪切變形對(duì)地表建筑物的影響 當(dāng)建筑物處于下沉盆地的主斷面上，但其方位與回采區(qū)段的走向斜交，或者建筑物處于下沉盆地非主斷面地區(qū)時(shí)，在地表剪切變形作用下，房屋的縱墻基礎(chǔ)將產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使房屋改變了原來(lái)的形狀。

1.6 扭曲變形對(duì)地表建筑物的影響

由于兩個(gè)橫墻處的地表傾斜值不同，導(dǎo)致了地表沿建筑物的縱軸中心線產(chǎn)生了扭曲變形，這使建筑物出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形。

由以上分析可知，使建筑物產(chǎn)生破壞和變形的原因是較多的，但主要原因是曲率和水平變形的影響。往往在它們的影響作用下，使采動(dòng)地區(qū)地面建筑物磚墻上出現(xiàn)裂縫，而裂縫是建筑物受地表變形影響出現(xiàn)的最普遍的破壞現(xiàn)象。

2 減少地表移動(dòng)和變形的開(kāi)采措施

在建（構(gòu)）筑物下采礦時(shí)，當(dāng)預(yù)計(jì)的地表變形超過(guò)建筑物能承受的變形時(shí)，應(yīng)從開(kāi)采方面采取合適的技術(shù)措施，以減少地表變形值。

2.1 防止地表突然下沉 在一定的開(kāi)采深度以下，進(jìn)行建（構(gòu)）筑物下采礦，需要查明建筑物下方是否有老窯、廢巷、巖溶、老井等空硐以及它們填實(shí)程度。如果這些空硐未填實(shí)而充滿積水，應(yīng)采用灌漿等方法將空硐填滿，排除積水，防止開(kāi)采疏干老空積水疏降巖溶含水層水位而造成地表突然塌陷。

2.2 減少地表下沉 在一般開(kāi)采深度條件下，減少地表變形的途徑是減少地表下沉值，減少地表下沉的開(kāi)采措施主要有：采用充填采礦法，減少地表下沉，其減少程度取決于充填方法和充填材料。合理確定采寬和保留礦柱寬度是關(guān)鍵問(wèn)題，留寬過(guò)大，采出率低，留寬過(guò)小，礦柱易遭破壞；采寬過(guò)大，地表可能出現(xiàn)不均勻下沉，對(duì)保護(hù)建筑物不利，采寬過(guò)小，則回采率低。

2.3 消除或減少開(kāi)采影響的不利影響 當(dāng)幾個(gè)礦層或同一個(gè)礦層的幾個(gè)部分同時(shí)開(kāi)采時(shí)，根據(jù)它們的工作面相互位置關(guān)系，每個(gè)工作面的開(kāi)采影響可能是互不聯(lián)系的，也可能是彼此重疊的。如一個(gè)工作面水平拉伸變形和第二個(gè)工作面的水平拉伸變形疊加，使地表出現(xiàn)的水平拉伸變形值大大增加。

2.4 消除或減少開(kāi)采邊界的影響 保護(hù)礦柱很大時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)不停頓地進(jìn)行回采，避免在礦柱范圍內(nèi)形成永久性的開(kāi)采邊界，使本來(lái)只承受動(dòng)態(tài)變形的地表發(fā)展到承受靜態(tài)變形，對(duì)建（構(gòu)）筑物造成損害。經(jīng)驗(yàn)表明，在有斷層、采區(qū)邊界、階段或水平邊界時(shí)，容易形成回采工作面的長(zhǎng)期停頓和永久性邊界。因此，應(yīng)在斷層兩側(cè)，事先做好開(kāi)拓準(zhǔn)備工作，盡可能地保證回采工作連續(xù)進(jìn)行。

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