抚顺老虎台矿地下采煤对地表建筑物的影响及成因

孙婉莹

一、选择课题缘由

抚顺，素有“煤都”之称，是一座因煤而立、因煤而興的美丽城市，但在百年开采后，这座曾经创造过新中国工业辉煌历史的城市，却陷入了资源日渐枯竭、地质灾害严重的泥潭，继而走到了经济发展缓慢的危机边缘……

煤炭过度开采带来的地质灾害，造成了抚顺地区生态环境恶化和城市资源的加剧枯竭，引发的安全问题及社会问题令人堪忧。希望本课题引起社会各界的广泛关注，引领抚顺找寻治理地质灾害的突破口，早日解决抚顺面临的地质灾害问题，推进抚顺实现转型新常态。

抚顺煤炭开采主要有地下开采和露天开采两种方式。地下开采极易造成地质构造局部改变，继而带来一系列灾害，如矿震，地面塌陷等等。抚顺矿业集团公司的龙凤矿及老虎台矿是两所典型的井工煤矿，均开采于1907年，屹今约有百余年历史，顶盛时期，日产量可以突破万吨。目前，由于过度开采，导致抚顺地质条件复杂、隐患威胁严重，矿震频繁发生，地表沉降、塌陷、地裂缝等等时常出现，这些问题一直严重困扰着当地居民生活，现已成为影响抚顺地区社会稳定的主要因素之一，所以对地下开采带来影响的防治工作刻不容缓。

据统计，抚顺矿山地质灾害及灾害影响面积达57.8平方公里，占城市建设区的42.5%，涉及人口达30万人。所以，深刻分析地下采煤对地表建筑物的影响极其规律，并针对影响规律进行综合治理，是抚顺人必须深入研究的课题。

二、课题简介

针对抚顺老虎台矿地下采煤对地表建筑带来隐患这一问题，本文主要以抚顺老虎台矿地表稳定性评价为工程实例，从地表移动原理、沉陷测算等方面，系统的阐述了抚顺老虎台矿地表移动的原因，并通过大量的数理统计和测算，对地表稳定性进行探讨分析，得出适合老虎台矿沉陷计算的经验参数，并对老虎台矿地表稳定性做出评价。

三、课题的意义

在一定外界条件下地下采煤会引起大面积的地表沉降、地表变形、塌落、矿震等一系列地质灾害，并导致地表建筑物的变形破坏，给国家和人民的生命财产带来不可估量的损失。

目前，抚顺矿区仍在开采大量的煤炭，开采的同时所产生的地表沉陷，影响和破坏着地面上的一些生产和生活设施，要解决好这个矛盾，必须深入研究地下开采对地面建筑的影响。

四、研究内容、研究计划及预期目标

地下开采是一个十分复杂的力学时空过程，存在许多的不确定性因素。地下的煤炭被开采出来后，开采区域周围岩体的原始应力平衡状态将会受到破坏，应力重新分布，达到新的平衡，在此过程中，岩层和地表产生连续移动、变形和非连续的破坏。要想最大限度地防治地下开采对地面建筑带来的不利影响，需要进行大量地表沉陷的实测与统计工作，才能掌握煤层开采后地表沉陷的分布形态特征。本文提出了概率积分法、典型曲线法两种地表沉陷预测方法。

五、研究计划

（1）学习采矿引起地表沉陷的基本理论。目标：岩层的移动和变形、地表移动和变形对建筑物的影响、地表塌陷对地面建筑物的影响。

（2）了解抚顺老虎台矿区地质及开采概况。目标：地层及构造、开采历史、采区分布、地质采矿技术条件。

（3）抚顺老虎台矿区开采沉陷计算。目标：采煤地表沉陷计算、评价区域地表移动与变形分析、地表突发性塌陷可能性分析。

（4）抚顺老虎台矿区地表稳定性评价。目标：老虎台矿区沉陷区分布、老虎台矿区沉陷成因与特征分析、老虎台矿区沉陷程度分析。

六、采用的调研、实验方法

1）概率积分法：通过大量的开采沉陷实验表明，沉陷盆地的剖面在理想情况下，曲线呈正态分布。且与概率密度分布一致，因此，整个开采引起的下沉盆地的剖面方程式可表示为概率密度函数的积分公式，故称为概率积分法。

2）典型曲线法：典型曲线法是用典型曲线表示移动盆地主断面上的移动和变形曲线的一种方法，它试用于矩形或近似矩形的采区的地表移动变形预测。

七、研究结论及成果

本文以开采沉陷学、数理统计为理论基础，采用概率积分法对采空区地表沉陷值进行计算，并对各个采空区地表稳定性做出评价，得出以下结论：

1）以抚顺老虎台矿区地表稳定性评价为工程实例，对规划场地的地下煤层开采条件进行深入分析，并采用概率积分法对评价区沉陷进行计算，得出“抚顺老虎台矿区地表集中移动期为3.5年，老虎台矿区地表沉陷不稳定”结论。

2）对抚顺老虎台矿的开采技术条件、应力的分布作了详细调查，对开采引起的地表沉陷的原因、沉陷程度作了系统分析。最终划分出若干个开采沉陷区，对每个开采沉陷区的沉陷情况作详细介绍，以指导合理开采，保护地质环境安全。

3）希望本课题能引起国家相关方面的重视，切实把抚顺市矿产资源的开采、地质灾害治理、城市规划与建设和生态与环境恢复纳入区域经济发展计划，给予政策和资金的重点扶持。