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        淺談村莊建筑物下開(kāi)采方法

        2014-04-17 05:06:15
        技術(shù)與市場(chǎng) 2014年11期
        關(guān)鍵詞:長(zhǎng)壁條帶巖層

        王 凱

        (山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán) 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(yáng)鎮(zhèn),井田6.685 3 km2,為資源整合礦井,井田批準(zhǔn)開(kāi)采3、9、15 號(hào)煤層,其中9、15 號(hào)煤層含硫量較高煤質(zhì)差價(jià)格低,就目前的市場(chǎng)情況無(wú)開(kāi)采價(jià)值,3 號(hào)煤層煤質(zhì)優(yōu)價(jià)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(duì)村莊建筑物下煤炭進(jìn)行開(kāi)采。地下開(kāi)采引起巖層與地表移動(dòng),在其影響范圍內(nèi)建筑物會(huì)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(kāi)采的條件和采煤方法。

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

        1 地下開(kāi)采巖層移動(dòng)的一般特征

        地下開(kāi)采破壞了巖體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài),使采空區(qū)周?chē)膸r層乃至地表產(chǎn)生移動(dòng)和變形,由于地質(zhì)和開(kāi)采的條件不同,巖層和地表的移動(dòng)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(kāi)采來(lái)說(shuō),采空區(qū)的巖層移動(dòng)和變形一般為采空區(qū)上部頂板的彎曲下沉、斷裂、垮落。開(kāi)采后上覆巖層垮落、移動(dòng)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(dòng)下沉帶可直達(dá)地表。開(kāi)采深度、地質(zhì)構(gòu)造、采煤方法、采煤工作面的開(kāi)采高度和推進(jìn)速度對(duì)巖層移動(dòng)與地表變形有重要的影響,采用全部充填法管理頂板時(shí),上覆巖層只出現(xiàn)裂縫和整體移動(dòng)帶,沒(méi)有冒落帶,可有效地減少地面變形與破壞,開(kāi)采薄煤層時(shí),垮落帶可直達(dá)地表,對(duì)地面建筑物產(chǎn)生較大的影響,開(kāi)采薄煤層時(shí),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(dòng)下沉帶,使地面下沉與變形比較平緩。

        2 地表移動(dòng)和破壞的主要形式

        地下開(kāi)采對(duì)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(zhǎng)壁夸落法開(kāi)采時(shí),隨著開(kāi)采面積增大,巖層移動(dòng)范圍相應(yīng)增大,當(dāng)開(kāi)采面積達(dá)到一定范圍時(shí),巖層移動(dòng)將波及地表,使地表產(chǎn)生移動(dòng)和變形,采煤工作面開(kāi)采結(jié)束,地表移動(dòng)穩(wěn)定后,在開(kāi)采區(qū)域上方形成一個(gè)比開(kāi)采范圍大的沉降區(qū),這就是地表盆地。

        2)裂縫。開(kāi)采深度不大時(shí)或受地質(zhì)構(gòu)造影響,地下開(kāi)采后巖層移動(dòng),在地面形成裂縫,這些裂縫會(huì)對(duì)地表建筑物造成嚴(yán)重影響。

        3)臺(tái)階狀塌陷盆地。對(duì)厚煤層放頂煤開(kāi)采,由于采出煤層的厚度很大,頂板圍巖短時(shí)間的蹋陷的高度很大,傳遞到地面可造成地表出現(xiàn)臺(tái)階狀塌陷盆地,對(duì)地表破壞嚴(yán)重。

        3 地表移動(dòng)和變形對(duì)建筑物的影響

        1)地表下沉對(duì)建筑物的影響。一般來(lái)說(shuō),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)建筑物本身不會(huì)產(chǎn)生破壞,但對(duì)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(duì)上升,可造成建筑物長(zhǎng)期積水或過(guò)度潮濕,就會(huì)對(duì)建筑物的強(qiáng)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(jié)構(gòu)內(nèi)部將產(chǎn)生附加應(yīng)力,基礎(chǔ)的承壓也會(huì)發(fā)生變化,特別是基礎(chǔ)底面積小而高度大的建筑物,如水塔、煙囪、高壓鐵塔等,對(duì)于由地表傾斜帶來(lái)的比較敏感,必須進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的核算,另外,熔鐵爐、鍋爐房、成排房對(duì)地表傾斜比較敏感,必須檢驗(yàn)地表傾斜變形對(duì)它們的工藝流程和技術(shù)安全的影響。

        3)地表移動(dòng)的影響。地表水平移動(dòng)是地表在水平方向的移動(dòng),但兩點(diǎn)之間沒(méi)有相對(duì)的位移,一般來(lái)說(shuō),當(dāng)建筑物所處的地表出現(xiàn)均勻移動(dòng)時(shí),對(duì)建筑物沒(méi)有產(chǎn)生附加力,因而對(duì)建筑物不產(chǎn)生破壞,在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中,純粹發(fā)生的水平移動(dòng)較少。

        4)地表水平變形的影響。地表水平變形是地表兩點(diǎn)之間產(chǎn)生的相對(duì)位移,對(duì)建筑物的影響較大,地表的水平變形通過(guò)建筑物的底面和側(cè)面,使建筑物受到附加的拉伸和壓縮應(yīng)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(huì)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(duì)地表的影響。由于曲率的變形,可使地表產(chǎn)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(qiáng)度和剛度較小,或因地基堅(jiān)實(shí),建筑物基礎(chǔ)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(kāi)采對(duì)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(kāi)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(dāng)?shù)孛娼ㄖ锉容^重要,對(duì)地表的下沉有嚴(yán)格的限制,可考慮采用此方法,充填法是填充開(kāi)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(kāi)采,在開(kāi)采安全煤柱時(shí),用房式采煤法,僅采出煤房的煤,不進(jìn)行煤柱的開(kāi)采,能夠有效的減少地面下沉量。

        3)采用條帶開(kāi)采法。條帶開(kāi)采是將被開(kāi)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(lái)的條帶煤能夠很好地支撐起上覆巖層的分量,避免地表產(chǎn)生大的移動(dòng)和變形。條帶開(kāi)采技術(shù)一般有兩種方法:長(zhǎng)壁的條帶開(kāi)采和短壁間隔條帶開(kāi)采方法。長(zhǎng)壁的條帶開(kāi)采是指工作面布置為長(zhǎng)壁工作面,順著推進(jìn)方向,實(shí)行間隔開(kāi)采。短壁間隔條帶開(kāi)采是將工作面布置為短壁條帶進(jìn)行開(kāi)采,隔一個(gè)工作面開(kāi)采一個(gè)工作面。

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

        5)擇優(yōu)開(kāi)采 開(kāi)采多煤層時(shí),為取得經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),可不遵循由淺而深的開(kāi)采順序,選擇對(duì)保護(hù)建筑物有利的煤層先采。

        6)選擇有利的開(kāi)采方向 當(dāng)建筑物在平面上位于采區(qū)中央時(shí),應(yīng)使長(zhǎng)壁工作面平行于建筑物長(zhǎng)軸方向,當(dāng)建筑物位于采區(qū)之外時(shí),使長(zhǎng)壁工作面垂直于建筑物長(zhǎng)軸方向。盡量避免使長(zhǎng)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(shè)置補(bǔ)償溝,在建筑物的周?chē)?~2 m 的位置開(kāi)掘變形補(bǔ)償溝,它能夠吸收地表的壓縮變形。最好將其設(shè)在墻邊和墻突出的部分,而且溝的長(zhǎng)軸方向要與水平變形方向垂直,溝深要低于基礎(chǔ)底面15~20 cm。在補(bǔ)償溝內(nèi)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(jìn)水、塌幫。對(duì)長(zhǎng)度較大的房層增設(shè)變形縫,將房屋分割成長(zhǎng)度不超過(guò)20 m 的能獨(dú)立地適應(yīng)地表變形的獨(dú)立單體;對(duì)設(shè)置加固圈梁和鋼錨固拉桿,以加強(qiáng)房屋單體的剛度和強(qiáng)度;對(duì)新建房屋必須修建在采煤地區(qū)時(shí),應(yīng)在設(shè)計(jì)中對(duì)建筑物整體或局部構(gòu)件采取結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

        5 結(jié)語(yǔ)

        煤礦的地下開(kāi)采會(huì)引起地表的移動(dòng)與破壞,其主要影響因素有采煤方法、采出厚度、開(kāi)采深度、巖層與煤層產(chǎn)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(dòng)、曲線變形等以及建筑結(jié)構(gòu)抗變形的能力來(lái)決定。防護(hù)和治理建筑物損壞的方法應(yīng)該視具體情況而定。要充分協(xié)調(diào)煤炭回采率與建筑物安全之間的關(guān)系,保證地表的建筑物與生態(tài)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)煤礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

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