浅谈村庄建筑物下开采方法

王 凯

(山西煤炭运销集团 中岳煤业有限公司，山西 晋城048003)

0 引言

中岳煤业有限公司位于晋城市泽州县大阳镇，井田6.685 3 km2，为资源整合矿井，井田批准开采3、9、15 号煤层，其中9、15 号煤层含硫量较高煤质差价格低，就目前的市场情况无开采价值，3 号煤层煤质优价高但大部分资源在整合前被小煤窑破坏，仅有少部分整片煤资源位于井田范围王家庄等村庄下，为提高矿井资源回收率，提高矿井效益，所以我矿决定对村庄建筑物下煤炭进行开采。地下开采引起岩层与地表移动，在其影响范围内建筑物会受到损害或破坏。为充分采出煤炭资源又维持建筑物的安全使用，必须研究建筑物下允许开采的条件和采煤方法。

建筑物下开采的地表移动变形一般可分为五类:下沉、倾斜、水平移动、曲线变形等，地表下沉与变形的性质不同对建筑物的影响差异很大，选择适合的开采方式，能够减少开采引起的地表下沉与变形对建筑物的影响

1 地下开采岩层移动的一般特征

地下开采破坏了岩体原有的应力平衡状态，使采空区周围的岩层乃至地表产生移动和变形，由于地质和开采的条件不同，岩层和地表的移动和表现形式、分布状况和程度大小也各不相同，就煤层的开采来说，采空区的岩层移动和变形一般为采空区上部顶板的弯曲下沉、断裂、垮落。开采后上覆岩层垮落、移动与变形一般形成三带即冒落带、裂隙带和整体弯曲下沉带，弯曲移动下沉带可直达地表。开采深度、地质构造、采煤方法、采煤工作面的开采高度和推进速度对岩层移动与地表变形有重要的影响，采用全部充填法管理顶板时，上覆岩层只出现裂缝和整体移动带，没有冒落带，可有效地减少地面变形与破坏，开采薄煤层时，垮落带可直达地表，对地面建筑物产生较大的影响，开采薄煤层时，有的顶板是塑性较大的岩层，岩层能够缓慢下沉，或只出现整体移动下沉带，使地面下沉与变形比较平缓。

2 地表移动和破坏的主要形式

地下开采对地面的影响最终形成地表变化，主要有以下三种形式:

1)形成地表盆地。采用长壁夸落法开采时，随着开采面积增大，岩层移动范围相应增大，当开采面积达到一定范围时，岩层移动将波及地表，使地表产生移动和变形，采煤工作面开采结束，地表移动稳定后，在开采区域上方形成一个比开采范围大的沉降区，这就是地表盆地。

2)裂缝。开采深度不大时或受地质构造影响，地下开采后岩层移动，在地面形成裂缝，这些裂缝会对地表建筑物造成严重影响。

3)台阶状塌陷盆地。对厚煤层放顶煤开采，由于采出煤层的厚度很大，顶板围岩短时间的蹋陷的高度很大，传递到地面可造成地表出现台阶状塌陷盆地，对地表破坏严重。

3 地表移动和变形对建筑物的影响

1)地表下沉对建筑物的影响。一般来说，当建筑物所处的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，但对主要管道线路其破度造成变化，四周的防水可能造成损坏，特别是由于地表下沉使地下水相对上升，可造成建筑物长期积水或过度潮湿，就会对建筑物的强度造成影响，以至于影响建筑物的使用。

2)地表倾斜的影响。地表倾斜建筑物随之歪斜，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，基础的承压也会发生变化，特别是基础底面积小而高度大的建筑物，如水塔、烟囱、高压铁塔等，对于由地表倾斜带来的比较敏感，必须进行强度和稳定性的核算，另外，熔铁炉、锅炉房、成排房对地表倾斜比较敏感，必须检验地表倾斜变形对它们的工艺流程和技术安全的影响。

3)地表移动的影响。地表水平移动是地表在水平方向的移动，但两点之间没有相对的位移，一般来说，当建筑物所处的地表出现均匀移动时，对建筑物没有产生附加力，因而对建筑物不产生破坏，在实际开采过程中，纯粹发生的水平移动较少。

4)地表水平变形的影响。地表水平变形是地表两点之间产生的相对位移，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，在较小的拉伸力的作用下，建筑物的薄弱部位就会出现裂缝，如果地表的压缩变形量较大，则可能使建筑物的墙体受到挤压而破坏。

5)地表曲率对地表的影响。由于曲率的变形，可使地表产生突起或凹陷的曲面，建筑物的底面出现悬空状态，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，以至于破坏。

4 减少地下开采对地面建筑物影响的措施

总原则是:减小地表变形值;避免在建筑物下方形成永久性的开采边界，以免使建筑物处地表出现较大的永久性变形。常用以下措施:

1)充填采煤法，当地面建筑物比较重要，对地表的下沉有严格的限制，可考虑采用此方法，充填法是填充开采空间，控制上覆岩层的下沉，减小地表变形的一种方法。填充物可以是碎石、水砂等。在充填法中，条带充填是常用的一种充填方式。条带充填能提高煤炭的采出率，并保证建筑物的安全。

2)采用房柱法开采，在开采安全煤柱时，用房式采煤法，仅采出煤房的煤，不进行煤柱的开采，能够有效的减少地面下沉量。

3)采用条带开采法。条带开采是将被开采煤层划分成比较正规的条带的形状，隔一条采一条，使得留下来的条带煤能够很好地支撑起上覆岩层的分量，避免地表产生大的移动和变形。条带开采技术一般有两种方法:长壁的条带开采和短壁间隔条带开采方法。长壁的条带开采是指工作面布置为长壁工作面，顺着推进方向，实行间隔开采。短壁间隔条带开采是将工作面布置为短壁条带进行开采，隔一个工作面开采一个工作面。

4)减少一次开采煤厚，减少开采高度，可有效地减缓地表下沉强度对建筑物的影响程度。

5)择优开采 开采多煤层时，为取得经验和数据，可不遵循由浅而深的开采顺序，选择对保护建筑物有利的煤层先采。

6)选择有利的开采方向 当建筑物在平面上位于采区中央时，应使长壁工作面平行于建筑物长轴方向，当建筑物位于采区之外时，使长壁工作面垂直于建筑物长轴方向。尽量避免使长壁工作面与建筑物轴向斜交。

7)现有建筑物采取加固措施，如设置补偿沟，在建筑物的周围1～2 m 的位置开掘变形补偿沟，它能够吸收地表的压缩变形。最好将其设在墙边和墙突出的部分，而且沟的长轴方向要与水平变形方向垂直，沟深要低于基础底面15～20 cm。在补偿沟内填充炉渣、锯末等可以压缩的松散物，在上部要采取沟帮支承措施，防止进水、塌帮。对长度较大的房层增设变形缝，将房屋分割成长度不超过20 m 的能独立地适应地表变形的独立单体;对设置加固圈梁和钢锚固拉杆，以加强房屋单体的刚度和强度;对新建房屋必须修建在采煤地区时，应在设计中对建筑物整体或局部构件采取结构加强措施。

5 结语

煤矿的地下开采会引起地表的移动与破坏，其主要影响因素有采煤方法、采出厚度、开采深度、岩层与煤层产况、顶板管理方法等。在煤矿采空区的建筑物损害则主要是地表的下沉、倾斜、水平移动、曲线变形等以及建筑结构抗变形的能力来决定。防护和治理建筑物损坏的方法应该视具体情况而定。要充分协调煤炭回采率与建筑物安全之间的关系，保证地表的建筑物与生态环境，实现煤矿区可持续发展。