煤矿采空塌陷区的土建结构设计及施工

李啸虎

摘要：本文分析了煤矿采空塌陷区的形成机制，探讨了煤矿采空塌陷区的结构设计的三个对策，对于保证煤矿井下建筑质量、促进煤矿安全开采，具有一定的理论参考价值。

关键词：煤矿;采空塌陷区;土建;结构设计;施工

我国大多数煤矿采取的地下开采形式，是造成采空区出现的主要原因。由于采空区上部的覆岩受到自然力的影响后，会导致地面裂缝、崩塌等地质灾害的出现。所以，加强采空区上方土建工程施工方法研究的力度，对于煤矿踩空塌陷的治理而言具有极为重要的意义。

1煤矿采空塌陷区形成机制分析

我国社会经济迅速发展的同时，针对金属矿、煤矿等地下矿产资源的开发也日益增加。由于地下矿产资源开采结束后，对矿区周边的自然环境都会产生一定程度的影响。如果站在采矿观点看待这一问题的话，一般都会采取使用顶板的主动防护措施，引导其有序的垮落下来。此种开采方式有着很多优势，比如，经济成本低，开采过程中矿体损失较小且开采程序简单等，但是，由于开展开采方法在实际应用的过程中，对矿体上方覆岩造成的巨大破坏，不可避免的会影响到地面工程的稳定性和安全性。加之煤层开采完毕之后，上方岩石缺乏了之前煤层的支撑，由此就改变了原有岩石的应力状态。如果这种应力超过了岩石自身的强度后，岩体就会相应的垮落，跨落下来就会形成一些不同大小的石块，这样在进行煤矿开采后，碎石的体积就会出现膨胀的问题。随着时间的推移，垮落范围不断上涨，最终可扩展至采空区，由于上层岩层受到垮落物的支持而停止垮落。经调查发现，煤层较薄的区域踩空后，垮落带的厚度为煤层的厚度的1.7倍以上，垮落带在将上部岩层进行支撑的同时，由于上不覆盖岩层的重力，也出现了一定的压缩问题，而这也是造成上部覆岩层下沉的主要原因之一。开采边界上部覆岩层因为在支撑厚板重力的作用下，而出现的扰曲现象，这一现象对于开采取的裂缝造成严重的影响，裂缝范围就是我们经常说的裂隙带。一般而言，地质条件、冒落带以及煤层厚度等相关因素，对于上部覆岩层开展的高度也存在着一定的差异，如果垮落带与裂隙带交错过渡，并且二者之间的界限不明显，那么只能对其进行大致的划分。经过调查研究发现，由于采煤层对裂隙带上部岩层造成的应力变化相对较小，所以在采煤过程中裂隙带不会出现破裂的现象，而是在保持原有连续性固体特征的基础上，出现了以沉降为主的弯曲变形现象。而裂隙带上方出现的连续性弯曲变形带，是造成地面出现沉降盆地的主要原因之一。虽然沉降盆地对于地面原有建筑物的稳定性也会产生不良的影响，但是，这一问题与地面陷坑、地面大裂缝等相比较而言对建筑物造成的破坏程度也相对较轻。矿区地质条件、开采范围等是决定沉降盆地范围大小以及沉降量深浅的主要因素。如果地面沉降量差异不大的话，那么地面建筑则可以承受沉降量对建筑稳定性造成的影响。反之，如果地面沉降量差异过大的话，则应该及时的采取措施加固地面的建筑物。

2煤矿采空塌陷区的结构设计的措施

2.1地质钻探

通过对采空地带地质钻探数据的分析，确定采空地带地下岩层是否出现的断裂带、岩层是否完整以及岩层的稳定性是否受到采空的影响等。然后，严格的按照建筑结构设计的特点和要求采用合理的措施进行建筑工程的施工。

2.2主建筑结构型式

矿区内的主厂房、洗煤车间、烟囱、污水处理车间等建筑物的结构设计应该采用以下几种结构设计形式。（1）主厂房的结构设计。矿区主厂房的结构设计应该以现浇钢筋混凝土制作的土框排架结构为主。柱底的荷载应该设计为弯矩、剪力、轴力的数值。此外，气机间的排架应该设计现浇钢筋混凝土框架，整个框架的檐高应该设计，同时配置一台载重吊车。（2）洗煤车间的结构设计。由于洗煤车间是粉尘污染最严重的流程，所以在对其进行建筑结构设计的过程中，必须采取积极有效的防尘措施，才能最大限度的降低其在运行过程中对生态环境造成的污染。必须在明确洗煤工艺与污染源的基础上，采取使用局部通风除尘、全面通风换气等技术相结合的方式，合理的控制和降低設备运行过程中造成的污染。（3）烟囱的结构设计。矿区烟囱的设计一般都采用的是钢筋混凝土浇灌的简装结构设计形式。（4）污水处理车间结构设计。经过长期的实践应用发现，由于一级反渗透装置具有清除水中一级阴阳离子等有害物质效果显著的特点，所以这一装置已经被广泛的应用于煤矿污水处理车间的污水处理中。

2.3结构的处理措施

由于受到矿区场地的限制，造成矿区的主要建筑无法进行位置的调整。所以，为了有效的应对地基变形产生的影响，相关部门应该采取积极有效的措施，加强建筑基础结构设计研究的力度，才能最大限度的降低地下采空对地面建筑稳定性产生的不利影响。比如，冷却塔主要是以现浇钢筋混凝土筒状结构为主，其整体的刚度相对较大。因此，可以通过在采空影响线内部增设高度为1.5米、宽度为0.8米的钢筋混凝土浇筑而成的土地梁的方式施工。通过修改建筑设计方案的方式，优化现有建筑结构设计方案。通过修改建筑结构设计方案的方式，不仅最大限度的避免了地下采空区对地面建筑物稳定性产生的不利影响，同时也确保了地面建筑物的实用性。另外，为了避免采空区建筑物楼板出现不连续的现象，设计人员必须严格的按照采空区建筑物刚度、层数以及高度的要求，进行建筑物的结构设计，同时采取竖向或者平面布置的方式进行建筑物的整体布局和规划设计，才能最大限度的降低不均匀沉降地基对建筑物稳定性造成的影响。

3结束语

为有效的降低矿区采空区安全事故发生率，设计人员在进行采空塌陷区土建工程结构设计时，必须严格的按照要求做好采购塌陷区的现场地质情况勘查和分析工作，然后根据最终的分析结构，制定切实可行的处理方案，才能在促进煤矿采空塌陷区处理质量的基础上，为煤矿企业的安全生产奠定坚实的基础。