煤礦建筑物下開采方案分析

摘要：煤炭是我國國民經濟發展重要的物質基礎，提高煤炭資源回采率，對維持我國社會經濟持續、穩定發展具有重要意義。建筑物下的煤礦開采是煤礦生產的難題，必須采用正確的開采方法，才可能既提高煤礦的生產效率，又保證地面建筑物的安全。文章分析了煤礦開采對地面建筑物的影響，并在明確建筑物下煤炭開采方案設計原則的基礎上提出了煤礦建筑物下的開采措施。

關鍵詞：煤礦開采；建筑物下；開采方案

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）21-0149-03

如何對建筑物下的煤炭資源進行合理開采，是我國的煤炭科技人員一直努力探索的工作。如果建筑物下的煤炭資源不能有效開采，不僅會造成煤炭資源的浪費，還會縮短煤礦服務年限、造成生產的接替緊張等問題。為了最大限度地減少建筑物下開采對于地表建筑物的損壞，并保證煤炭資源回采率，首先必須了解煤礦的采動對于地面建筑物所產生的影響類

型，然后才能制定出具有針對性的措施。

1 煤礦的采動對地面建筑物可能產生的

影響

地下煤礦開采對地表的影響主要包括三種類型：水平方向的變形和移動，如地表的水平拉伸、移動和壓縮變形；垂直方向的變形和移動，如地表傾斜、下沉、曲率、扭曲；地表平面的剪切應變。不同類型的變形和移動對建筑物產生不同的影響。隨著地表發生移動與變形，建筑物和地基之間初始的平衡狀態遭到破壞，并建立了新的力系平衡，建筑物產生了附加的應力，導致其發生變形，甚至遭到破壞。

1.1 地表水平變形的影響

水平變形對建筑物有很大的破壞作用，它是對地表的壓縮和拉伸變形，建筑物受到拉伸的破壞性影響尤其大。建筑物對于拉伸的抵抗能力遠不如對壓縮的抵抗能力，小的地表拉伸就會導致建筑物的開裂性裂縫，導致建筑物的結點被拉開等。而當地表產生比較大的壓縮變形時，建筑物會產生比較嚴重的破壞，可能發生如地板鼓起并產生擠壓和剪切裂縫，地基、墻壁壓碎等危害。

1.2 地表曲率的影響

當地表發生曲率變形，平面的地表將會變成曲面形狀，破壞了建筑物荷載和土壤反力之間初始的平衡狀態。正、負曲率作用下，通常會發生兩類情況：房屋部分切入地基和房屋全部切入地基。在正、負曲率的影響下，建筑物的地基反力得到重新分布，建筑物的墻壁受到豎直面內剪切應力和附加彎矩的作用，當作用超出了建筑物的基礎及上部建筑強度的極限時，就會導致建筑物裂縫。

1.3 地表傾斜的影響

地表發生傾斜將會引起建筑物發生歪斜，在建筑物的自重形成的偏心荷載的作用下，附加傾覆力矩會使基底承壓力被重新分布，承重結構的內部產生的附加應力對于高度大、占地面積較小的建筑物會產生很大影響。

1.4 地表下沉的影響

通常情況下，建筑物所在的地表發生均勻沉降時，在建筑物和構筑物當中不會有附加應力產生，建筑物自身就不會發生損害。可是當地下水位很淺而地表的下沉量又較大時，如果潛水位因此而上升，使建筑物潮濕過度或者長期積水，并使得建筑物的環境發生改變，就會使建筑物的強度受到影響，甚至危害到建筑物的使用。

綜上所述，建筑物遭到破壞主要是受水平和曲率變形的影響。采動地區的地面建筑物在它們的影響下會使磚墻上發生傾斜、出現裂縫，甚至發生倒塌。所以，在建筑物下進行煤礦開采，必須采取相對應的合理措施，保證建筑物安全。

2 煤礦建筑物下的開采方案

2.1 建筑物下開采方案的設計原則

建筑物下的煤礦開采方案的設計應當遵循的基本原則包括：

（1）在保證礦區地面建筑物的安全的基礎上，最大限度地對煤炭資源進行回收，提高煤炭資源的回收率。

（2）適應現實條件，提高煤炭的開采機械化程度，提高工效并降低工人的勞動強度。

（3）具有現實可操作性。

2.2 建筑物下采煤的具體防護措施

主要的建筑物下開采防護措施有兩個方面：一方面，要盡量減少建筑物變形值，所以應該在井下采取有效的采礦措施；另一方面要在建筑物上采取相應的結構措施，增加其承受地表變形的

能力。

通常情況下，這兩方面的措施是聯合使用的，只有綜合經濟和技術等各方面因素，經過對比分析后，才能確定所采取措施的著重點。比如，當采后的建筑物維修、加固的費用較高，或者采動后會發生地面下沉積水并且排水有困難的時候，就應當采取采礦的措施來保護建筑物。

3 煤礦建筑物下的開采措施

3.1 建筑物下的采礦措施

3.1.1 條帶開采法

條帶開采是將被開采煤層劃分成比較正規的條帶的形狀，隔一條采一條，使得留下來的條帶煤能夠很好地支撐起上覆巖層的分量，避免地表產生大的移動和變形。條帶開采技術有兩種方式：長壁的條帶開采和短壁間隔條帶開采方法。長壁的條帶開采是指工作面布置為長壁工作面，順著推進方向，實行間隔開采。短壁間隔條帶開采是將工作面布置為短壁條帶進行開采，隔一個工作面開采一個工作面。短壁的間隔條帶開采在實施工藝方面比長壁條帶開采容易。

3.1.2 全部垮落開采法

地表移動的規律能夠表明，地表變形與地表不均勻下沉都集中在地表的下沉盆地邊緣區，而且井下每出現永久性的開采界面，相對應的，地表就會出現數值比較大的地表變形區。而全部垮落法是在一定的范圍之內，進行大面積的全面開采，不在煤柱內形成開采邊界，最大程度上減少建筑物受到開采帶來的不利影響。

3.1.3 充填法

充填法是填充開采空間，控制上覆巖層的下沉，減小地表變形的一種方法。填充物可以是碎石、水砂等。在充填法中，條帶充填是常用的一種充填方式。條帶充填體同條帶開采所留設的煤柱進行置換，只要未充填的采空區寬度比覆巖的主關鍵層初次破斷跨距小，而且充填的條帶能夠保持長期的穩定，就能對地表的塌陷產生明顯的效果，從而減少了充填量，并使填充成本降低，提高了煤炭的采出率，并保證了建筑物的安全。

3.2 地面建筑結構措施

在建筑物下進行采煤作業時，除了采用適宜的開采措施以減小地表的移動和變形外，還應當預估地表可能發生的變形程度以及建筑物可能的破壞等級，并酌情采用一系列合理措施保護建筑物，減少甚至避免建筑物受到地下采動的危害。

3.2.1 設置補償溝

在建筑物的周圍1～2m的位置開掘變形補償溝，它能夠吸收地表的壓縮變形。最好將其設在墻邊和墻突出的部分，而且溝的長軸方向要與水平變形方向垂直，溝深要低于基礎底面15～20cm。在補償溝內填充爐渣、鋸末等可以壓縮的松散物，在上部要采取溝幫支承措施，防止進水、塌幫。

3.2.2 留變形縫

對于高度不同、長度較大，具有比較復雜的平面形狀的建筑物，在靠近內部的橫穿墻或平面形狀的變化處和高度變化處，從基礎到房頂都砌成相互獨立的單體，提高房屋的抗水平變形和曲率變形的能力。各獨立單體之間要留一個寬度在5cm上下的變形縫，每個單體的長度都在20cm左右。

4 結語

煤礦的開采作業引起地表的移動與破壞形式受到很多因素的影響，如采煤方法、采出厚度、開采深度、巖層與煤層產況、頂板管理方法等。在煤礦采空區的建筑物損害則主要是地表的不均勻沉降與地表的水平變形以及建筑結構抗變形的能力來決定的。采動引起的建筑物損壞同地下開采在時空上存在一致性，位于不同礦區甚至同一個塌陷區內不同位置的同類建筑物，其損害程度及形式也存有非常大的差別。防護和治理建筑物損壞的方法應該視具體情況而定。要充分協調煤炭回采率與建筑物安全之間的關系，保證地表的建筑物與生態環境，并實現煤礦區可持續發展。

參考文獻

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作者簡介：吉敦云（1976-），男，山西晉城人，山西科興能源發展（集團）有限公司工程師，研究方向：煤礦安全管理。

（責任編輯：周 瓊）