■劉紅葉 ■江蘇省第一工業(yè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 徐州 221006

引 言

在市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展過程中，煤礦行業(yè)作為我國重要能源之一，也得到了長足性發(fā)展.而在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展中，城市化建設(shè)范圍越來越大，導(dǎo)致土地資源緊迫，為使其得到有效利用，我國籌建在礦藏采空區(qū)內(nèi)建設(shè)各種建筑物。而這些地區(qū)由于煤礦開采，導(dǎo)致內(nèi)部巖體被活化，穩(wěn)定應(yīng)力平衡性較弱，其周圍巖體出現(xiàn)移動、變形情況;也導(dǎo)致其巖體上層地表發(fā)生同樣變化;這種變化使地面建筑物受到影響，久而久之使建筑物損壞，威脅人們生命安全。有關(guān)研究提出;通過對建筑物重量的影響深度和煤礦采空區(qū)中冒落帶具體發(fā)育高度研究分析，來決定采空區(qū)總體穩(wěn)定性及建筑物安全性。如果想在煤礦開采塌陷區(qū)地表上建設(shè)物體，必須堅(jiān)持科學(xué)的方法工藝，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時，加強(qiáng)建筑物對開采塌陷區(qū)地表移動的抵抗能力。

1 煤礦開采塌陷區(qū)內(nèi)部巖體的破壞

在進(jìn)行采礦工作時，不僅會地其內(nèi)部的巖體造成破壞，還會造成外部的地表發(fā)生變形。因地面巖體的移動引起地表的移動，從而導(dǎo)致了地面的塌陷。在實(shí)際的工程中，由于工程進(jìn)度的不斷深入，使被地面覆蓋的巖體遭到不斷的破壞;首先是巖體的頂部漏露出，使其在地心引力和地面負(fù)荷重力的雙重作用下，與地面層分離現(xiàn)象，導(dǎo)致其橫面出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。對于地面覆蓋巖體的總體破壞斷裂趨勢為自下而上。

圖1 覆巖內(nèi)部三個不同帶層結(jié)構(gòu)

在巖層的開采過程中，首先會在其上覆巖層出現(xiàn)彎曲帶，冒落帶，及裂隙帶;對于這三個巖層地質(zhì)帶，從理論上來說;裂隙帶和冒落帶的破壞比較嚴(yán)重，離層和裂隙程度較深，對煤礦開采過程中的拉，壓，及剪的抵抗力度沒有原始巖體強(qiáng)度強(qiáng)。若將地表建筑物的重量附加于其上，會導(dǎo)致沉降、塌陷現(xiàn)象發(fā)生。相比之下，彎曲帶的整體巖層保護(hù)較好，受力架構(gòu)性完整，將其作為基礎(chǔ)的持力層是很好的選擇。對于煤礦采空區(qū)域的整體結(jié)構(gòu)是層狀的巖體結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)為;在彈塑性地基上用煤柱支撐，且上部完整性較好。在此之中如果煤柱和煤層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上出現(xiàn)不和諧現(xiàn)象，就會導(dǎo)致巖體失穩(wěn)，覆巖遭到破壞，從而引起地表塌陷。所以，加強(qiáng)煤柱和煤層的研究設(shè)計(jì)，對其穩(wěn)定性進(jìn)行有效的估算，可相應(yīng)的防止地面塌陷情況出現(xiàn)。

2 煤礦開采塌陷區(qū)地表移動變形原因

2．1 煤礦開采塌陷區(qū)的下沉變形

開采塌陷區(qū)地表塌陷形式又主要分為坑和盆兩種。其下沉的過程有三個階段:第一個階段就是開始階段，此階段為下沉的起步階段，速度較慢;第二個階段為活躍階段，此階段為下沉的成熟階段，速度較快;第三個階段為衰退階段，此階段為地面的沉降已經(jīng)進(jìn)入后期，基本的下沉運(yùn)動都已消失，地層內(nèi)部和外部的結(jié)構(gòu)也都已趨于穩(wěn)定。這三個階段中的下沉都不沒有教好的穩(wěn)定性，變化因素較多。對其下沉的速度是不斷增加的，到達(dá)頂峰后，在逐漸的減小直到消失。在采礦工作的不斷開展中，促使覆巖出現(xiàn)了垮落帶，導(dǎo)水?dāng)嗔褞В跋鲁翈?。對于覆巖中的采空冒落帶，其在受到覆巖自身重量因素的影響下會變得愈加穩(wěn)固。但是這種穩(wěn)定性是需要時間的。而對于采空冒落帶而言;其能夠?qū)е碌乇沓霈F(xiàn)殘余的變形現(xiàn)象。針對沉降區(qū)域內(nèi)部的殘余變形情況主要分為兩種;第一是在沉降地表的開采中，其地表移動到衰退期之后的總體變形情況。第二是地基土受到影響后的自身變形情況。

2．2 水文地質(zhì)構(gòu)造的影響

對采礦區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)情況，對其地表的沉降影響僅次于覆巖的移動作用。當(dāng)采礦地域中的地下水位下降，會導(dǎo)致地表下沉值和面積不斷增加。從礦區(qū)水文地質(zhì)的參數(shù)變化和廣闊的礦區(qū)水文特點(diǎn)角度來講;地下水位的調(diào)整可能會包含溶水巖層，對其釋水量不能準(zhǔn)確的預(yù)計(jì)。在煤層開采過程中，容易出行離層現(xiàn)象，在采礦移動的斷層中，導(dǎo)致地表出現(xiàn)與地下水走向相同的臺階，有些還會導(dǎo)致拉伸變形問題，出現(xiàn)槽型的溝壑。煤礦開采工作完成后，由于地下水及回采等因素的影響，引起內(nèi)部的巖體斷層發(fā)生活化，影響采煤穩(wěn)定區(qū)的地表移動。

3 煤礦開采塌陷區(qū)地表及建筑物的變形防治措施

3．1 加強(qiáng)建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的抗變形

一方面，地基變形是造成建筑物裂縫損壞、傾斜和事故的重要原因，由于增加了上部荷載，地基承載力和可能產(chǎn)生的沉降變形值是關(guān)鍵問題。地基變形特征有沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜。要改良軟弱地基土的工程特性，一般的常用處理方法較多，大體可分三類:(1)采用挖除軟弱地基，如置換法。(2)人工增大土的密度如強(qiáng)夯法、碾壓、振動法等。(3)減少孔隙水壓力加速固結(jié)如排水法、擠密法等。另一方面，采用合適的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的整體剛度及強(qiáng)度不能適應(yīng)地基變形時，上部結(jié)構(gòu)就遭致裂損。在其他條件相同的情況下，上部結(jié)構(gòu)連同基礎(chǔ)的整體剛度愈大，建筑物的差異沉降就愈小，但在上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)中產(chǎn)生的附加彎矩就愈大，所以當(dāng)上部結(jié)構(gòu)柔性大時，基礎(chǔ)不宜有相當(dāng)大的剛度。水池、油罐常采用柔性底板，目的就是使之能適應(yīng)大量的不均勻沉降。選擇結(jié)構(gòu)形式時，對于由地基變形引起的結(jié)構(gòu)物的整體或局部穩(wěn)定問題必須引起重視。

3．2 場區(qū)內(nèi)的建構(gòu)筑物按規(guī)范中建筑的抗震不利地段設(shè)計(jì)

首先，考慮結(jié)構(gòu)體系對于地震作用力的抵制效果，并且還要重視對不同的結(jié)構(gòu)體系所采取的抗震措施，不同體系對經(jīng)濟(jì)和安全帶來的影響。要結(jié)合工程的實(shí)際情況，做好整個結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化工作。其次，保留一定的余度，以此來保證某部分結(jié)構(gòu)在遭到破壞之后，其余的架構(gòu)可以對作用力進(jìn)行均衡，這樣就可以保證部分構(gòu)件的破壞不會影響到整體的抗震性能。最后，需要把震害的傳遞路徑清晰的標(biāo)注于結(jié)構(gòu)圖當(dāng)中，以此來保證他們在設(shè)計(jì)的過程中能夠全面的顧及抗震設(shè)計(jì)的要求，使各個部件都能保證應(yīng)力傳遞過程的連續(xù)性。

3．3 對場地內(nèi)的建筑物自建設(shè)施工開始至運(yùn)營期間，應(yīng)按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行變形監(jiān)測

煤礦場地內(nèi)的建筑物自施工及使用過程中，應(yīng)做好相應(yīng)的變形監(jiān)測工作。而變形監(jiān)測中最為常用的就是GPS和全站儀，作為最為先進(jìn)的測量設(shè)備，具有設(shè)站靈活、速度快及精度高的特點(diǎn)，并可提供三維位置信息，可滿足建筑物對形變監(jiān)測的要求。同時還應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范來進(jìn)行變形監(jiān)測，并根據(jù)文件中的規(guī)范來操作。

3．4 治理煤礦塌陷

運(yùn)用土地復(fù)墾技術(shù)和建筑物抗采動變形技術(shù)，對開采沉陷破壞的土地進(jìn)行整治和利用。主要方法有煤矸石粉煤灰充填法、取土復(fù)墾、剝離復(fù)墾、綜合利用塌陷地、生態(tài)養(yǎng)殖型治理塌陷地等。對于煤礦開采塌陷區(qū)地表與建筑物的變形最為主要的是防治煤礦開采的塌陷，而對于地面塌陷的治理方法因塌陷區(qū)所處地區(qū)的地勢地貌、水文氣象、塌陷對土地的破壞程度不同其復(fù)墾治理方法有所不同。對于山地和丘陵地帶，只要將局部的塌陷漏斗或塌陷坑、裂縫進(jìn)行充填并加以平整，即可恢復(fù)原來的地形地貌。對于平原地區(qū)，若潛水位較低，地區(qū)降雨較少，塌陷區(qū)不會常年積水，復(fù)墾時只需回填和鋪墊表土，即可進(jìn)行種植或作它用。若潛水位較高，或降雨較多，塌陷區(qū)會常年積水，復(fù)墾時需排除積水，或整治水面及周圍環(huán)境，用于養(yǎng)殖及游覽。塌陷治理不僅要尋求最佳的投資收益比，還要達(dá)到治理后礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的整體性和協(xié)調(diào)性。因此，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理的原則和自然條件以及土地破壞狀態(tài)，合理規(guī)劃，將塌陷治理納入企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)規(guī)劃，因地制宜，綜合治理。

4 結(jié)束語

煤礦開采塌陷區(qū)的內(nèi)在或外在變化，對其上的建筑物影響是多方面的。由于煤礦的開采，導(dǎo)致建筑物地下的巖體中的覆巖層遭到破壞，導(dǎo)致其地表容易發(fā)生沉降變形移動。對此問題我們進(jìn)行了具體的分析，研究加強(qiáng)建筑物的設(shè)計(jì)方案，使其建筑物、建筑物基礎(chǔ)、及地基三者相互配合，達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目的，以此來加強(qiáng)建筑物的整體應(yīng)力作用，從而提升建筑物的整體方采動能力。加強(qiáng)建筑物的整體穩(wěn)定性，降低其受力變形發(fā)生毀壞。

［1］孫建.傾斜煤層底板破壞特征及突水機(jī)理研究［D］.北京:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，2011，15-20.

［2］孟祥瑞，徐鋮輝，高召寧.等.采場底板應(yīng)力分布及破壞機(jī)理［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35(11)1188.