建筑物下压煤开采优化方案

(1)地表移动和变形对建筑物的影响

地下采煤对地表的影响主要有垂直方向的移动和变形与水平方向的移动和变形等。不同性质的地表移动和变形,对建筑物的影响也不相同,大致可分四种情况:

1)地表下沉的影响

当建筑物所处地表出现均匀下沉时,建筑物中不会产生附加应力,因而对建筑物本身不会产生破坏,但是主要管路的坡度会发生变化,四周的防水坡可能造成损坏。特别是由于地表下沉使潜水位相对上升,造成建筑物长期积水或过度潮湿时,就会影响建筑物的强度,缩短建筑物的使用寿命。

2)地表倾斜的影响

地表倾斜后,建筑物随之歪斜,重心偏移,影响其稳定性,而且承重结构内部将产生附加应力,基础的承压会发生变化。特别是水塔、烟囱、高压线铁塔等基础底面积小而高度大的建筑物,对由地表倾斜带来的影响比较敏感,必须进行强度和稳定性的核算。另外,熔铁炉、炼焦炉、水泥窑、锅炉房、成排房屋等对地表倾斜也是比较敏感的,必须检验地表倾斜变形对它们工艺流程和技术安全的影响,以保证其正常使用。

3)地表曲率的影响

由于曲率的出现,使地表产生凸起或凹陷的曲面,建筑物的基础底面出现悬空状态,如果建筑物强度和刚度较小,或因地基坚实,建筑物基础不能压入地基,则房屋将出现裂缝,以至遭到破坏,如图12.10所示。建筑物越大越高时,受地表曲率的影响越严重。

图12.10　地表移动和变形对建(构)筑物的影响

4)地表水平变形的影响

地表水平变形对建筑物的影响较大。地表的水平变形通过建筑物的底面和侧面,使建筑物受到附加的拉伸和压缩应力。由于一般建筑物抵抗拉伸变形的能力小,在较小的拉伸变形作用下,建筑物的薄弱部位就会出现裂缝。如果地表压缩变形较大,则可能使建筑物的墙体受到挤压而破坏,如图12.10所示。

(2)减少地表移动和变形的开采措施

在建筑物下采煤时,当预计的地表变形超过建筑物能承受的变形时,应从开采方面采取合适的技术措施,以利于减少地表变形。

1)防止地表突然下沉

①造成可能发生地表突然下沉的四种情况

a.开采急倾斜煤层,特别是浅部或顶板不易冒落的急倾斜煤层;

b.浅部开采,特别是在浅部开采厚煤层,或开采缓斜煤层,其采深与采高的比值小于20时,地表常出现塌陷坑;

c.采用不正规的采煤方法;

d.建筑物下有岩溶地层及老空区。(www.xing528.com)

②防止地表突然下沉的开采措施

a.应在一定的开采深度以下,进行建筑物下采煤。如果建筑物位于煤层露头附近,或在建筑物下面有浅部煤层,或者煤层上方有石灰岩地层时,需查明建筑物下方是否有老窑、废巷、岩溶等空硐以及它们的填实程度。如果这些空硐未填实而充满积水,应采用灌浆等方法将空硐填满,排除积水,防止地表突然塌陷。

b.开采急倾斜煤层时,在煤层露头处应留设足够的煤柱,以防止突然塌陷。在采煤方法上,应尽量采用长走向小阶段间歇式采煤法,避免使用沿倾斜方向一次暴露较大空间的落垛式采煤法,并严禁落垛式无限制放煤。当顶底板坚硬不易冒落时,应采取人工强制放顶或采用充填法处理采空区。

c.在缓倾斜或倾斜厚煤层浅部开采时,应尽量采用倾斜分层长壁式采煤法,并适当减少第一、第二分层的开采厚度。

2)减少地表下沉的技术措施

①采用充填采煤法时,覆岩的破坏比较小,因而减少了地表的下沉。其减少程度取决于充填方法和充填材料。常用的充填方法有水砂充填和风力充填。

②使用条带开采法。条带开采法是将煤层划分为分带,相间地采出一个分带,保留一个分带,用保留煤柱支撑顶板及上覆岩层,以减少地表下沉和变形值。

合理确定采出分带宽度和保留煤柱宽度,是条带开采法的关键问题。留宽过大,采出率低,留宽过小,煤柱易遭破坏;采宽过大,地表可能出现不均匀下沉,对保护建筑物不利,采宽过小,则采出率低。正确地确定分带尺寸的原则是:保证煤柱有足够的强度和稳定性。采出分带的宽度限制在不使地表出现波浪式下沉盆地的范围内,尽量提高采出率。

③使用房柱式采煤。在开采安全煤柱时,用房柱式采煤,仅采出煤房的煤,不进行煤房间煤柱的开采,可以防止或减少地表下沉和变形。

④减少一次开采厚度。

3)消除或减少开采影响不利叠加的措施

①分层间隔开采　一个煤层的开采影响完全或大部分消失后,再采另一个煤层或分层。

②合理布置各煤层或分层的开采边界　地下开采对地表的有害影响主要出现在开采边界两侧,尽量避免在建筑物保护煤柱范围内出现永久性的开采边界,或者合理布置各煤层开采边界的位置,就可以消除或减少开采边界上方地表的不利变形。两层煤的开采边界错开一定距离后,一个开采边界的地表压缩变形被另一个开采边界的拉伸变形所抵消,使得最终的地表水平变形得以减少。

③尽量使用较长的采煤工作面,实行无煤柱开采　　利用地表移动盆地中央区地表变形很小的特点,尽量利用一个长工作面,包括建筑物保护煤柱全部范围一次采出,使建筑物位于移动盆地的中央区,承受最小的静态变形值。

④尽量不残留尺寸不适当的煤柱　若煤柱尺寸不适当,则会引起不利的地表变形叠加。

⑤协调开采　协调开采是指几个邻近煤层、厚煤层几个分层或同一煤层几个相邻工作面同时开采时,合理布置同采工作面之间的位置、错距和开采顺序,使一个工作面的地表变形与另一个工作面的地表变形互相抵消,以减少开采引起的地表动态变形或静态变形。

实践表明,协调开采不仅能减小地表水平变形值,也可以减小垂直方向的变形值。

4)消除或减少开采边界的影响

保护煤柱很大时,一般应不停顿地采煤,避免在煤柱范围内形成永久性的开采边界,使本来只承受动态变形的地表发展到承受静态变形,对建筑物造成损害。实践表明,在有断层、采区边界、阶段或水平边界时,容易形成采煤工作面的长期停顿和永久性边界。因此,应在断层两侧事先做好开拓准备工作,尽可能地保证采煤工作连续进行。