村莊下巷道布置及炮掘對地面建筑物的安全影響分析

王 亮

（山西長治經坊莊子河煤業有限公司，山西 長治 047100）

目前，我國煤炭產量居世界首位，煤炭支撐著我國國民經濟的發展，具有不可代替的重要地位，煤礦的安全高效開采是保證我國經濟快速發展的重要基礎[1-2]。目前，國家大力扶持生產礦井大型化、集約化，便于煤礦安全高效開采[3-4]。為響應國家政策號召，莊子河礦井進行資源整合，整合后，莊子河礦井批準開采3#、15#煤層，其中3#煤層局部賦存，15#煤層全井田賦存可采。該礦井的初步設計已通過山西省煤炭工業廳（晉煤辦基發〔2011〕294號）文件批復，礦井目前處于基建階段，正在掘進輔運大巷、膠帶大巷和回風大巷，均沿15#煤層頂板掘進。根據初步設計，為了滿足采掘活動，井下開拓巷道（輔運大巷、膠帶大巷和回風大巷）局部要布置在村莊下，這在礦井設計開采中屬于正規設計，且批復中（晉煤辦基發〔2011〕294號）已同意該礦初步設計中的開采水平劃分、采區劃分及開采順序、開拓巷道布置。

1 工程概況

莊 子 河 礦 井15#煤 層 埋 深100～150 m，15#煤層直接頂為7 m厚的石灰巖，抗壓強度為106.05～236.3 MPa，平均為157.51 MPa；彈性模量為16.85～112.2 GPa，平均為46.55 GPa；抗拉強度為2.43～4.13 MPa，平均為3.12 MPa；內摩擦角為53.00°，內聚力為0.94 MPa。

2 村莊下巷道布置的安全影響分析

為了滿足采掘活動，莊子河礦井開拓巷道局部布置在村莊下，在礦井設計開采中屬于正規設計。綜合巷道頂板巖性、支護方式、留設煤柱寬度等因素分析認為，莊子河礦井開拓大巷村莊下布置對地面建筑物沒有影響，村莊下巷道布置的安全影響分析如下：

（1）巷道掘進時，對巷道進行支護，防止巷道頂板垮落，控制巖層變形。巷道支護后，煤層頂板有基巖層，而且埋深一般大于80 m后，巷道變形累計到地表后，地表基本無變形。莊子河礦井最淺埋深100 m左右，煤層上覆巖層為沉積基巖層，而且巷道掘進后又采取支護措施，因此巷道掘進不會引起地表巖層變形。

（2）巷道頂板越堅硬，頂板變形量越小，對地面建筑物影響越小[5]。莊子河15#煤層直接頂為7 m厚石灰巖，平均抗壓強度為157.51 MPa，屬于堅硬巖層。根據礦井掘進揭露采空區可知，15#煤層過去采用房柱式采煤，煤柱間距為25 m左右，開采十幾年后，煤層頂板依然完整，至今沒有垮落，底板鼓起，部分已接頂。可見，目前掘進大巷寬度在4～6 m左右，巷道頂板屬于堅硬巖石，而且掘進后又采用錨桿+錨索+金屬網+噴漿支護，大巷與大巷之間留設25 m煤柱。因此，莊子河礦井目前大巷過村莊，對建筑物沒有影響。

3 炮掘對地面建筑物的安全影響分析

莊子河礦井開拓巷道需采用炮掘工藝，采用保護對象所在地安全允許質點振速作為依據，進行炮掘對地面建筑物的安全影響分析。

根據《爆破安全規程》（GB 6722-2014），爆破振動安全允許距離按以下式計算：

R=（K/v）1/a·Q1/3（1）

式中：R表示爆破振動安全允許距離，m；Q表示炸藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；v表示保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s；K、a表示與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，根據表1選取。

表1 爆破相關系數和衰減指數選取表

《爆破安全規程》（GB 6722-2014）對民用建筑物允許的震速為2.0～2.5 cm/s。莊子河礦井井巷爆破最大裝藥量30 kg，爆破振動安全允許距離選取100 m，爆破范圍內巖體性質整體屬中硬巖層，系數K取250，衰減指數a取1.5，計算得出質點震動速度為V=1.37 cm/s，遠小于2.0～2.5 cm/s。

為確保對村民房屋不造成影響，莊子河礦井井下爆破作業嚴格控制裝藥量在30 kg以下，詳見表2。

表2 莊子河礦井井下爆破作業裝藥量

續表：

4 結論

莊子河礦井開拓巷道局部布置在村莊下，綜合巷道頂板巖性、支護方式、留設煤柱寬度等因素分析認為，莊子河礦井開拓大巷村莊下布置對地面建筑物沒有影響。同時，理論計算結果顯示開拓大巷炮掘在保護對象所在地產生的質點震速為1.37 cm/s，遠小于民用建筑物允許的震速2.0～2.5 cm/s。綜上表明，莊子河礦井村莊下巷道布置及炮掘對地面建筑物不造成威脅。