淺談村莊建筑物下開采方法

王 凱

(山西煤炭運銷集團 中岳煤業(yè)有限公司，山西 晉城048003)

0 引言

中岳煤業(yè)有限公司位于晉城市澤州縣大陽鎮(zhèn)，井田6.685 3 km2，為資源整合礦井，井田批準開采3、9、15 號煤層，其中9、15 號煤層含硫量較高煤質差價格低，就目前的市場情況無開采價值，3 號煤層煤質優(yōu)價高但大部分資源在整合前被小煤窯破壞，僅有少部分整片煤資源位于井田范圍王家莊等村莊下，為提高礦井資源回收率，提高礦井效益，所以我礦決定對村莊建筑物下煤炭進行開采。地下開采引起巖層與地表移動，在其影響范圍內建筑物會受到損害或破壞。為充分采出煤炭資源又維持建筑物的安全使用，必須研究建筑物下允許開采的條件和采煤方法。

建筑物下開采的地表移動變形一般可分為五類:下沉、傾斜、水平移動、曲線變形等，地表下沉與變形的性質不同對建筑物的影響差異很大，選擇適合的開采方式，能夠減少開采引起的地表下沉與變形對建筑物的影響

1 地下開采巖層移動的一般特征

地下開采破壞了巖體原有的應力平衡狀態(tài)，使采空區(qū)周圍的巖層乃至地表產生移動和變形，由于地質和開采的條件不同，巖層和地表的移動和表現(xiàn)形式、分布狀況和程度大小也各不相同，就煤層的開采來說，采空區(qū)的巖層移動和變形一般為采空區(qū)上部頂板的彎曲下沉、斷裂、垮落。開采后上覆巖層垮落、移動與變形一般形成三帶即冒落帶、裂隙帶和整體彎曲下沉帶，彎曲移動下沉帶可直達地表。開采深度、地質構造、采煤方法、采煤工作面的開采高度和推進速度對巖層移動與地表變形有重要的影響，采用全部充填法管理頂板時，上覆巖層只出現(xiàn)裂縫和整體移動帶，沒有冒落帶，可有效地減少地面變形與破壞，開采薄煤層時，垮落帶可直達地表，對地面建筑物產生較大的影響，開采薄煤層時，有的頂板是塑性較大的巖層，巖層能夠緩慢下沉，或只出現(xiàn)整體移動下沉帶，使地面下沉與變形比較平緩。

2 地表移動和破壞的主要形式

地下開采對地面的影響最終形成地表變化，主要有以下三種形式:

1)形成地表盆地。采用長壁夸落法開采時，隨著開采面積增大，巖層移動范圍相應增大，當開采面積達到一定范圍時，巖層移動將波及地表，使地表產生移動和變形，采煤工作面開采結束，地表移動穩(wěn)定后，在開采區(qū)域上方形成一個比開采范圍大的沉降區(qū)，這就是地表盆地。

2)裂縫。開采深度不大時或受地質構造影響，地下開采后巖層移動，在地面形成裂縫，這些裂縫會對地表建筑物造成嚴重影響。

3)臺階狀塌陷盆地。對厚煤層放頂煤開采，由于采出煤層的厚度很大，頂板圍巖短時間的蹋陷的高度很大，傳遞到地面可造成地表出現(xiàn)臺階狀塌陷盆地，對地表破壞嚴重。

3 地表移動和變形對建筑物的影響

1)地表下沉對建筑物的影響。一般來說，當建筑物所處的地表出現(xiàn)均勻下沉時，建筑物中不會產生附加應力，因而對建筑物本身不會產生破壞，但對主要管道線路其破度造成變化，四周的防水可能造成損壞，特別是由于地表下沉使地下水相對上升，可造成建筑物長期積水或過度潮濕，就會對建筑物的強度造成影響，以至于影響建筑物的使用。

2)地表傾斜的影響。地表傾斜建筑物隨之歪斜，重心偏移，影響其穩(wěn)定性，而且承重結構內部將產生附加應力，基礎的承壓也會發(fā)生變化，特別是基礎底面積小而高度大的建筑物，如水塔、煙囪、高壓鐵塔等，對于由地表傾斜帶來的比較敏感，必須進行強度和穩(wěn)定性的核算，另外，熔鐵爐、鍋爐房、成排房對地表傾斜比較敏感，必須檢驗地表傾斜變形對它們的工藝流程和技術安全的影響。

3)地表移動的影響。地表水平移動是地表在水平方向的移動，但兩點之間沒有相對的位移，一般來說，當建筑物所處的地表出現(xiàn)均勻移動時，對建筑物沒有產生附加力，因而對建筑物不產生破壞，在實際開采過程中，純粹發(fā)生的水平移動較少。

4)地表水平變形的影響。地表水平變形是地表兩點之間產生的相對位移，對建筑物的影響較大，地表的水平變形通過建筑物的底面和側面，使建筑物受到附加的拉伸和壓縮應力，由于一般建筑物抵抗拉伸變形的能力小，在較小的拉伸力的作用下，建筑物的薄弱部位就會出現(xiàn)裂縫，如果地表的壓縮變形量較大，則可能使建筑物的墻體受到擠壓而破壞。

5)地表曲率對地表的影響。由于曲率的變形，可使地表產生突起或凹陷的曲面，建筑物的底面出現(xiàn)懸空狀態(tài)，如果建筑物強度和剛度較小，或因地基堅實，建筑物基礎不能壓入地基，則房屋將出現(xiàn)裂縫，以至于破壞。

4 減少地下開采對地面建筑物影響的措施

總原則是:減小地表變形值;避免在建筑物下方形成永久性的開采邊界，以免使建筑物處地表出現(xiàn)較大的永久性變形。常用以下措施:

1)充填采煤法，當?shù)孛娼ㄖ锉容^重要，對地表的下沉有嚴格的限制，可考慮采用此方法，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。條帶充填能提高煤炭的采出率，并保證建筑物的安全。

2)采用房柱法開采，在開采安全煤柱時，用房式采煤法，僅采出煤房的煤，不進行煤柱的開采，能夠有效的減少地面下沉量。

3)采用條帶開采法。條帶開采是將被開采煤層劃分成比較正規(guī)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。條帶開采技術一般有兩種方法: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。

4)減少一次開采煤厚，減少開采高度，可有效地減緩地表下沉強度對建筑物的影響程度。

5)擇優(yōu)開采 開采多煤層時，為取得經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，可不遵循由淺而深的開采順序，選擇對保護建筑物有利的煤層先采。

6)選擇有利的開采方向 當建筑物在平面上位于采區(qū)中央時，應使長壁工作面平行于建筑物長軸方向，當建筑物位于采區(qū)之外時，使長壁工作面垂直于建筑物長軸方向。盡量避免使長壁工作面與建筑物軸向斜交。

7)現(xiàn)有建筑物采取加固措施，如設置補償溝，在建筑物的周圍1～2 m 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15～20 cm。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。對長度較大的房層增設變形縫，將房屋分割成長度不超過20 m 的能獨立地適應地表變形的獨立單體;對設置加固圈梁和鋼錨固拉桿，以加強房屋單體的剛度和強度;對新建房屋必須修建在采煤地區(qū)時，應在設計中對建筑物整體或局部構件采取結構加強措施。

5 結語

煤礦的地下開采會引起地表的移動與破壞，其主要影響因素有采煤方法、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(qū)的建筑物損害則主要是地表的下沉、傾斜、水平移動、曲線變形等以及建筑結構抗變形的能力來決定。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(xié)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(tài)環(huán)境，實現(xiàn)煤礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。