煤矿开采损害的评价与防护

［作者简介］张华兴( 1962－)，男，浙江嵊州人，研究员，博士导师，现任天地科技股份有限公司开采设计事业部学术委员会主任，中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会(常务)副主任委员兼秘书长。

［文献标识码］A

［文章编号］1006-6225 ( 2015) 03-0001-02

［收稿日期］2015－03－23 ［DOI］10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2015. 03. 001

［引用格式］张华兴.煤矿开采损害的评价与防护［J］.煤矿开采，2015，20 ( 3) : 1－2，20.

Evaluation and Prevention of Mining Subsidence in Coal Mines

ZHANG Hua-xing 1，2

( 1. Coal Mining＆Designing Departmevt，Tiandi Science＆Technlolgy Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2. China Coal Society，Beijing 100013，China)

Abstract: Mining damage is common existing problems in coal mines. The evaluation of mining damage not only involves safe mining，but also is related to protective of surface buildings. This paper introduced evaluation methods and indices of mining damage，and analyzed main influence factors and their characteristics of mining damage on line tower and long-distance transport pipes. Corresponding prevention method for reducing mining damage was put forward.

Keywords: coal mining; damage; evaluation; prevention

1　概述

我国是以煤炭为主要能源的国家，特别是近十年以来，煤炭产量有较大幅度地提高，2014年的煤炭产量已达到4. 3Gt，从而造成了大量的开采沉陷问题。据不完全统计，全国受煤矿开采影响的沉陷面积已高达200km 2，且每年以200hm 2的面积继续增加。

在矿区开采中损害问题普遍存在，工农关系受到影响，造成社会矛盾，处理不好直接影响社会的稳定，多地出现了由于沉陷处理问题不及时而造成的集体上访、围堵矿山的事件。同时，开采沉陷也给煤矿造成了巨大的经济与生产压力，一方面，煤矿须对开采沉陷带来的地面损害进行巨额赔偿;另一方面，为减少损害留设大量煤柱，造成资源的浪费及生产布置的不合理。即便是国家重大工程(如南水北调、西电东送、西气东输、京沪高铁等)均难以避免在开采沉陷区的建设问题。

如何对开采损害进行评价，评价应采用什么样的指标是从事开采沉陷学者们近几十年来一直关心和研究的问题，对开采损害的正确评价既涉及多方的利益，又关系煤矿企业的健康发展，特别是矛盾较为激烈的事件，开采损害的正确评价对地方的稳定起到至关重要的作用。中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会是最高法院指定的专门从事煤矿开采损害评价的鉴定机构，承担了相关的评判责任，近十年来完成的开采损害鉴定项目达百项以上。本文主要介绍开采损害评价的方法及应注意的问题。

2　评价方法

开采损害的评价既涉及现有开采的影响评价，又涉及原有开采的影响评价。开采损害评价主要包括两方面的内容，即开采影响的理论计算和开采损害影响的分析与调查。对于开采损害鉴定和开采沉陷区的建设问题往往为原有开采影响的评价。

开采沉陷是开采损害评价的理论基础，开采损害评价的理论计算就是利用开采沉陷理论对开采影响进行预计计算，计算包含选取合理的计算方法和参数两个部分。尽管我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《“三下”采煤规程》)中规定可采用的方法有多种，但实际中最为常用的计算方法为概率积分法，经几十年的实践，通过对大量地面沉降观测资料的分析，各矿区已总结出不同地质采矿条件下的概率积分法计算参数，也为这一方法的应用提供了条件，从而为开采损害的评价提供了相对较为准确的差别依据。

尽管如此，由于缺少地表移动长期影响的观测数据和计算参数，特别是地表移动稳定期后的计算参数，在对原有开采影响的评价中，参数的选取存在较大差异，也容易引起争议。因此，了解原有采空区的开采方法及采空区的实际情况尤为重要。计算参数的选取必须考虑原有的采煤方法，同时还应考虑采空区的垮落压实现状，再依据残余沉降的计算参数进行分析，应该说，这一结果只是参考，实际影响评价须根据其他因素再进行分析。

对于开采损害技术鉴定中的开采影响评价，由于开采损害的评价结论涉及各方利益，有时会存在理论计算与实际影响相距甚远的情况。从鉴定的实际情况来说，有两种可能，一是开采方隐瞒了实际开采条件;二是由于地质条件的变化造成计算与实际的差异。无论是何种情况，从技术鉴定的角度，采用的方法一般是以计算为基础，以损害现象为佐证，其关键是相互的符合程度。也就是说，通过对开采区域影响的地表移动预计计算，确定开采影响范围与程度，根据地面破坏的实际调查，确定破坏范围与程度是否与计算结果相一致，如相符，则表明开采影响就可确定，其评价就相对较为简单，只需根据开采计算结果确定范围确定;如不符，就需分析原因，考虑是开采范围不准确造成的，还是地质条件变化造成的。因此，对图纸资料准确性的分析与调查是开采损害技术鉴定中的重要内容，必要时，需采用物理探测手段确定开采边界。

受特殊地质条件的影响的开采损害尽管与计算结果存在较大的差异，但其损害也体现明显的损害特征，如受断层影响的开采损害，往往具有变形集中，变形呈带状分布，且位于断层露头位置的特点和规律。对于开采损害技术鉴定中的房屋损害，由于损害往往具有过去的形式，从责任划分的角度难以区分开采损害影响和自然等其他因素影响，因此，鉴定中常常采用影响范围来确定责任范围。

3　评价标准

尽管我国存在较多的煤矿开采损害问题，也出现诸多损害实例，但对于损害的评价尚缺少应有的标准指标，对于不同行业的不同构筑物，其指标也应不同，如电力输电线塔，输气管线等。目前开采损害影响评价中普遍采用的是原煤炭部颁布的《“三下”采煤规程》，特别是对砖混结构的房屋损害评价标准制定得较为详细，房屋的破坏分四级，不仅描述了房屋受采动影响的破坏程度和破坏特征，同时也确定了房屋破坏所对应的变形量值。

破坏所对应的量值为变形值，包括水平变形、倾斜和曲率，而对于高度相对较低的房屋而言，其量值以地表水平变形为主。尽管如此，对于开采损害技术鉴定中的房屋损害一般按《“三下”采煤规程》房屋的破坏程度来评价，而房屋损害的程度以单一裂缝的宽度或多条裂缝宽度的总和来确定，各级破坏的裂缝宽度分别为:Ⅰ级，破坏房屋的单一裂缝宽度小于4mm，多条裂缝宽度总和小于10mm;Ⅱ级，破坏房屋的单一裂缝宽度小于15mm，多条裂缝宽度总和小于30mm;Ⅲ级，破坏房屋的单一裂缝宽度小于30mm，多条裂缝宽度总和小于50mm;Ⅳ级，破坏房屋的单一裂缝宽度大于30mm，多条裂缝宽度总和大于50mm。

除用变形值确定损害程度外，对于某些特殊的区域也需依据其他值来确定，如水位较高的地区，需依据下沉量与水位的关系来确定。

由于煤矿开采影响面积较大，因此，在采空区的建设也不可避免。对于建筑物而言，建设规范规定了可进行建设的场地要求，但对于变形量值，一般采用《“三下”采煤规程》中的等级划分。对于高压输电线塔和西气东输管线，为确保构筑物的安全，也制定了相应的指标，如高压线塔以倾斜变形为主，确定的极限倾斜量值为10mm/m;输气管线以水平变形为主，确定的极限水平变形值为2. 0mm/m。

4　减少开采损害的防护措施

尽管开采损害在开采沉陷区普遍存在，但对于建设而言，除避开开采沉陷活跃期外，可通过一些防护措施达到保护与建设的目的。对于建筑物采取的防护措施一般为采用抗变形结构，提高自身的抗变形能力，而对于结构相对复杂的建筑物，采取抗变形结构难度较大，往往采用采空区处理的方式，减少开采损害的后期影响，达到满足建设要求的目标。我国许多采空区上方的建设(包括大型电厂、大型水泥厂和高大的办公楼)，通过对采空区的注浆处理，降低了开采影响变形，提高了建设的安全可靠性，实际效果明显。

对于电力线塔而言，采动影响损害包括以下两个方面:一类影响是产生的倾斜，使得线塔的稳定性降低，有可能产生倾覆，同时线塔的倾斜使线塔间距缩短(或伸长)，从而影响安全高度的输电线路的拉伸应力;另一类影响是受地面变形的影响，线塔塔基各点的位移不同，故对线塔产生较大的应力，从而对线塔结构产生破坏性影响。对于倾斜影响可采用调整的方式，而对于水平变形可采用整体基础，提高其抗变形的能力。我国特高压西电东输工程的高压线塔采用这一方法取得了良好的效果。

根据对管线影响的理论分析，管线主要影响包括以下两个方面:一是由于管道受采动影响产生曲率而造成的管壁应力变化;另一方面是由于管道受水平变形影响，以及受沉降影响使管道伸长而产生的应力变化。研究表明，水平变形的影响远大于沉降伸长的影响，而这一影响主要是通过摩擦力而作用于管壁，当摩擦力较大时，水平变形将对管壁产生较大应力，而摩擦力较小时，水平变形影响将较大幅度地降低，因此，对于大型长输管线，可采用减少埋土摩擦力的措施来减少开采损害影响。

5　结束语

采动损害是普遍存在的问题，对采动损害的评价既要从理论上加以分析，又要从实际的显现加以验证。

采动损害的防护需针对不同的对象采取不同的措施，提高受采动影响的抗变形能力是主要方法，减少采动影响的传递作用是主要途径。