小煤礦開采沉陷損害技術鑒定方法分析

陳銀翠

（安徽礦業職業技術學院，安徽淮北 235000）

小煤礦開采沉陷損害技術鑒定方法分析

陳銀翠

（安徽礦業職業技術學院，安徽淮北 235000）

小煤礦采區面積小，且多位于采空區較多的老礦區。經過長期不斷重復采動，地質條件發生了很大變化，容易引起地表沉陷，老采空區的存在也會加大沉陷量和沉陷范圍，將會對礦區內及周邊地面建筑物造成嚴重損害，需要進行技術鑒定。結合小煤礦特殊的地質采礦條件，提出可根據開采情況進行井上下實測和地表損害顯現特征分析方法鑒定，同時應采用概率積分法進行地面沉陷預計，確定采動影響范圍。為類似小煤礦開采損害鑒定工作提供了可參考的鑒定技術模式。

小煤礦；開采損害；技術鑒定；建筑物

按照我國礦井設計生產能力，將礦井劃分為大型、中型、小型三種類型，其中0.3Mt／a及以下的礦井稱為小型礦井，俗稱“小煤礦”［1］。由于歷史開采原因，礦井可能已經過不同企業主的多次開采，不同程度地存在著老采空區，當進行井下開采時，老采空區會增大地表沉陷范圍與沉陷量，嚴重時出現突陷，造成礦區內及周邊的建（構）筑物設施遭到破壞；與大型煤礦相比，小煤礦多地處煤層稀薄或大型煤礦邊角煤賦存地帶，地質條件相對復雜，受自然因素影響，許多非采礦因素也會造成建（構）筑物產生損害，而礦方大多只愿意承擔由其地下開采造成的損害責任，這樣企業與當地政府、房屋業主之間將會產生矛盾，對當地的社會穩定和經濟發展造成了不利影響。這就要求對小煤礦開采影響區域進行準確的損害技術鑒定。本文鑒于小煤礦復雜的現實狀況，歸納和總結了小煤礦開采損害的鑒定方法和技術手段，并以淮南市大通區九二煤礦開采損害鑒定分析為實例，對類似工程提供理論指導。

1 開采情況調查和井上下實測判別

1.1 開采情況調查

在進行開采損害技術鑒定之前，通過收集、分析鑒定區的地質報告、礦井井上下對照圖、采掘工程平面圖、剖面線圖、鉆孔柱狀圖、建筑物結構及居民分布等資料對小煤礦歷史開采情況和目前開采情況進行詳細調查，為開采損害技術鑒定提供依據。

1.2 井上下實測

大多數情況下，小煤礦企業技術資料管理工作不完善，往往不能提供完全真實的開采資料，此時鑒定工作便相對復雜。針對小煤礦這種情況，根據小煤礦采區范圍，依據區內國家測量基準點或國土資源相關部門設置的測量基準點，在鑒定區范圍內建立獨立的區域平面控制網和高程控制網，利用測量技術手段，對受損建筑物位置、鑒定區地形斷面、井下開采工作面和現有巷道進行測量，并把測量成果繪制到礦區井上下對照圖上，以確定井下開采工作面與地面受損建筑物的相對位置關系，進而判別建筑物損害是否受井下采動影響。

2 地面沉陷預計判別

在收集真實有效的礦井地質采礦資料后，可以通過地表沉陷預計的方法確定井下開采工作面對地表的影響范圍。目前，我國進行地表沉陷預計的主要方法是采用2000年原國家煤炭工業局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要巷道煤柱留設與壓煤開采規程》（以下簡稱“《規程》”）中提供的概率積分法。采用概率積分法，選用適當的預計參數進行計算，可以獲得井下開采引起的地表下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形值，確定出開采影響范圍，在影響范圍內的建筑物根據《規程》中給定的建筑物損壞程度、地表變形限值，結合建筑物實際破壞情況，定量確定出各建筑物破壞等級，并根據破壞等級確定賠償金額。［2］

3 地面顯現特征判別

對鑒定區地面和建筑物損害情況進行調查和統計，通過其顯現的地面沉陷和建筑物損害特征進行分析鑒定?；诘孛嫫茐那闆r的鑒定方法主要有以下三種方法［3］29－31：①建筑物裂縫特征判別；②地裂縫特征判別；③裂縫出現時間判別。

3.1 建筑物裂縫特征判別

通常情況下，井下開采引起的建筑物裂縫與自然因素引起的裂縫是不同的，具有明顯的規律性和特殊性。井下開采會引起地面的下沉、傾斜、曲率、水平移動和水平變形。因采動引起的建筑物損害主要是由于地表曲率變形和水平變形。當建筑物位于地表下沉盆地內邊緣區時，建筑物的損害主要受負曲率和壓縮變形的作用，負曲率使建筑物產生正八字裂縫（如圖1a），壓縮變形使墻體、地基壓碎，地板鼓起，產生剪切和擠壓裂縫，門窗洞口擠成菱形，磚砌體墻產生水平裂縫，縱墻或圍墻產生褶曲或屋頂鼓起等；當建筑物位于地表下沉盆地外邊緣區時，建筑物損害主要是正曲率和拉伸水平變形作用，正曲率使建筑物產生倒八字裂縫（如圖1b），拉伸變形使建筑物產生開裂性裂縫，一般的在門窗洞口的薄弱部位易產生裂縫，磚砌體的結合縫，建筑物結點（如梁結構）亦易被拉開。根據建筑物裂縫出現的位置和大小分布特點，可以判定出有影響的開采的方向。

圖1 地面曲率變形引起的建筑物破壞示意圖

3.2 地裂縫特征判別

井下采動達到一定程度時，地面會產生裂縫。一般情況下，大型煤礦機械化程度高，開采工作面比較規則，形成的地裂縫方向性較強；而小煤礦由于開采不規則，地面往往形成不規則的、規模較小的地裂縫［4］14－18。因此，在進行小煤礦開采損害技術鑒定時，可以根據調查和測量地裂縫的大小及走向的綜合情況來判別井下采動是否對地面建筑物造成影響。如果采動影響區周邊出現地裂縫，且裂縫向采動區逐漸增大、增多，并且裂縫走向平行或近似平行于采區邊界，則可以初步認定為地裂縫為井下開采引起。

3.3 裂縫出現時間判別

建筑物與地裂縫出現的時間也是進行技術鑒定的一個重要因素。由于小煤礦開采時間較長、重復開采早已造成了地面和建筑物出現了裂縫。在進行裂縫調查時，裂縫出現的時間很難準確判別，新老裂縫肉眼很難區分開來，但建筑物墻體上和地面上剛剛出現的新裂縫是可以判別出來的。如：地面和墻體有明顯的新近出現裂縫現象、老裂縫出現增大或相對移動等。根據調查統計的結果，結合小煤礦井下開采的時間和烈度，也可以作為一種技術鑒定的輔助判定方法。

4 其它地質災害影響因素判別

除井下煤層采動影響外，其他地質災害因素也會引起建筑物和地面產生裂縫。如：區域構造、斷層、巖溶構造、老采空區、邊坡穩定性、房屋建筑結構和地基穩定性等。這些影響因素可以利用物探鉆孔、鑒定區地形斷面測繪、井下開采工作面地質調查和建筑物結構調查等方法進行判別鑒定。

區域構造：通過對小煤礦地質開采條件和歷史采動資料進行綜合分析，判別原有的區域構造形態是否對采空區沉陷有直接影響，是否對區內地面及建筑物造成損害。

斷層：根據實測繪制的井上下對照圖和地面沉陷預計的下沉等值線圖分析，確定斷層與開采工作面、下沉盆地的相對位置關系，判別井下開采時是否會出現斷層活化現象，同時結合地表是否有加大的、延伸性地裂縫的存在，加以判別是否對地面和建筑物造成損害。

巖溶構造：在鑒定區內布設鉆孔，利用鉆探資料分析區內地面下部巖層的物理性質和賦存狀態，判別是否存在巖溶構造及損害影響的程度。

老采空區：小煤礦多為復采大礦邊角煤或淺部煤層，經歷過多次開采后已對礦井的地質構造造成破壞，形成了老采空區。重復開采使得原來已經穩定的老采空區活化，形成二次沉陷，加大了沉陷量和沉陷范圍?？衫梦锾郊夹g，對采空區進行綜合勘查，結合煤礦的開采歷史資料綜合判別其影響范圍和破壞程度。

建筑物結構和地基穩定性：小煤礦多位于老礦區，其周邊建筑物大多建造時間較長，多為土筑平房或磚木結構，地基基礎和建筑穩定性較差，當井下開采的擾動延伸至地表，不穩定的“磚木”結構對此反應靈敏，很容易造成建筑物地基開裂，裂縫穿過墻體延伸至屋頂，或者墻體呈“拉扯”狀裂縫。建筑物結構和地基穩定性也是影響建筑物損害程度的重要因素。

邊坡穩定性：對小煤礦已有的老沉陷區進行斷面測繪，然后依據《工程地質手冊》中土質邊坡穩定性分析計算方法量算沉陷盆地邊坡坡度，對照土質邊坡允許坡度值（見表1），通過分析沉陷區邊坡坡度及地基巖土組成及其物理、力學性質特點，判別沉陷坑邊坡的穩定程度，是否會造成其上建筑物產生拉裂變形。

表1 土質邊坡允許坡度表［5］

5 實例分析

5.1 鑒定區概況

鑒定區位于淮南市大通區九龍崗鎮境內，區內有小煤礦九龍崗二公司，屬淮南礦區煤層賦存邊緣地帶。歷經幾十年的開采沉陷，礦區及周邊形成了老的沉陷盆地。該礦井田東部有斷層F7、F8（如圖2），開采的N3煤層平均厚度3.5m，煤層傾角平均為70°，為急傾斜煤層。

5.2 地面顯現特征分析

根據對采動影響區135戶受損建筑物的墻體裂縫和地表裂縫的調查結果分析顯示：位于采動區下沉盆地邊緣區的建筑物出現了不同程度的損害，主要表現為沿煤層開采方向的建筑物和地裂縫發育明顯。以利民村為例：受拉伸變形影響顯著的有65戶，受壓縮變形影響顯著的有42戶，受拉伸和擠壓變形顯著的有28戶，受損房屋分布大致范圍是向西為受壓變形顯著，向東受拉變形顯著，于兩者之間的是受拉和受壓都比較顯著，破壞比較嚴重。墻體裂縫主要為“東西走向”，地裂縫主要為“南北走向”，且大致為“南偏西45°”，這與九二煤礦N3槽煤層開采方向相吻合。其中，有部分建筑物出現“正（倒）八字”現象，梁與墻體分離現象，這些現象多出現在門頭，窗臺；有少數建筑物墻體呈“菱形”等現象，大部分裂縫及裂隙從地基發育，經墻體、窗口門洞延伸至房頂。由于壓縮引起地面鼓起，拉伸引起地基出現裂縫。

圖2 鑒定區位置圖

從受損建筑物和地裂縫產生的時間上來看，由于該礦區歷史開采時間比較久遠，存在有老采空區，建筑物和地面有老裂縫存在。但大多數裂縫是近半年時間產生的，這與該礦的井下開采時間和強度是一致的，所以可以判定為新裂縫是由井下煤層開采引起的。

5.3 地表沉陷預計分析

依據井下測繪及調查結果，對靠近礦井東邊界的采掘工作面迎頭位置的N3槽煤層－195m水平（240m水平）上三道采場，采用概率積分法進行沉陷預計。預計結果顯示：井下開采所引起的地面沉陷涉及面積為118448m2，其最大下沉值為1.6m。沉陷過程中的最大拉伸變形值為＋5.12 mm／m，地面最大水平移動為＋240mm，最小水平移動為－203mm，走向主斷面上。

表2 建筑物受損情況統計表

5.4 其它地質災害因素影響分析

通過利用鉆探、沉陷區地形斷面測繪和建筑物結構調查等方法，對鑒定區內非采動影響因素進行了分析，鉆孔資料分析，地下為煤系地層，不具備巖溶塌陷條件，區內F7、F8斷層未穿過煤層，不存在加劇沉陷現象。

就建筑物結構和地基穩定性方面而言，區內多為“磚木”結構房屋，并且多建造于上個世紀五十年代，地下開采的擾動延伸至地表，引起地基的穩定性降低，地基出現開裂現象，建筑物墻體出現“拉扯”狀裂縫，地基和房屋結構較差一定程度上加劇了建筑物損害。［6］28－31

根據測繪的沉陷區剖面圖坡度量算結果，對照表1土質邊坡允許坡度值得知：沉陷盆地邊坡是穩定的，正常情況下不會造成其上建筑物產生拉裂變形。但隨著采空塌陷進一步發展，坡度將會逐漸變大，同時由于地表水下滲會對巖土體產生軟化作用，一定程度上會造成巖土體發生側向蠕變。［7］18－22

6 結論

（1）利用小煤礦開采損害技術鑒定方法可以客觀、有效地界定小煤礦因開采導致的地表和建筑物損害的責任范圍，為解決煤礦企業、政府與當地居民三者之間的矛盾，提供科學決策依據。

（2）針對小煤礦開采環境的復雜性，只進行損害后的技術鑒定是遠遠不夠的，應同時在小煤礦開采區域加強老采空區及周邊地面和建筑物的地質災害監測預報工作，并在可能會造成塌陷破壞的區域設立警示線或警示標志。如果損害達到嚴重程度時，應及時考慮拆除搬遷。

［1］煤炭工業技術政策［S］.國家能源部，1989.

［2］何國清，楊倫，凌庚娣，等.礦山開采沉陷學［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1994.

［3］譚志祥，鄧喀中.煤礦開采損害技術鑒定方法［J］.煤礦安全，2006（5）.

［4］魏放.山西交城縣采空塌陷區地質災害發育特征及防治對策［J］.華北科技學院學報，2007，4（4）.

［5］工程地質手冊［S］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［6］晉華，鄭秀清.山西霍州西部地裂縫地質災害成因分析［J］.自然災害學報，2006（5）.

［7］王新剛，張龍菊，馮曉臘，等.煤礦采空區塌陷地質災害評估研究［J］.安全與環境工程，2011（2）.

TD82

A

1671-8275（2012）03-0099-03

2012-05-16

本文系2011年安徽省高等學校省級自然科學研究項目“臨渙礦區地表沉降變形規律研究與安全監測分析”（項目編號：KJ2011Z085）階段性研究成果。

陳銀翠（1968-），女，安徽懷寧人，安徽礦業職業技術學院高級講師。研究方向：礦山地表沉陷規律及開采損害治理。

文 月