摘要:煤炭的大规模开发对煤矿周围及其周围环境造成了严重破坏,造成的开采沉陷灾害日益突出。在沉陷区内,地表建筑物的损害不断加剧。并对艾友矿106采区开采对地表沉陷影响进行了预测。将地表建筑物在沉陷区内所处的不同位置进行分类,确定了地表移动、变形范围及地表建筑物损坏程度及其分布。并总结归纳了建筑物受损过程的动态破坏规律。另外,本论文总结了建筑物受采动影响的分布规律。
关键词:开采沉陷;建筑物;动态损害;地表沉陷;分布规律
1前言
随着地下开采范围的不断扩大,采煤沉陷以对村庄的居民住宅安全构成了严重威胁。未来几年矿井部分工作面的回采仍对该村庄进一步造成威胁。因此,采煤沉陷对地面村庄的影响范围将会进一步扩大,损害程度将会不断加剧。随着地下开采工作面的推移,地表下沉幅度主要取决于开采矿物的厚度及上覆岩层的岩性,上覆岩层形成一个由动态到静态的沉陷发展过程,导致地表的建筑物、水体、耕地、铁路、桥梁破坏等诸多灾害性后果。
2艾友煤矿106采区地质采矿条件
2.1采区的实际情况
106采区位于本井田东北,采区南部为国铁煤柱线,东部及北部为井田境界,西部为F18断层。南北长1200米,东西宽1100米,面积约1.45平方公里,地表南部为艾友矿及伊马矿工业广场,西部为伊马图乡艾友村和艾友矿北山住宅、伊马矿选煤厂以及农村中、小学,北部为伊马图乡山嘴村,东部为已报废的艾友矿一井和东露天,以及村办小煤矿多处。
2.2开采方案设计
在设计的最终方案中,4煤层全部回收,下组煤回收率达50%。建筑物损坏程度大部分不大于Ⅱ级损坏。根据艾友煤矿开采106采区的实际情况, 106采区开采4煤层,可采用全陷式开采方法和条带式开采方法。经综合考虑后,提出以下开采方案:
3地表移动、变形计算方法及计算参数选取
3.1开采方案地表移动、变形预计
目前地表移动和变形预测比较常用的方法主要有以下两种:概率积分法和典型曲线法。在阜新矿区地表与岩层移动观测资料综合分析成果的基础上,采用类比方法,此次阜新矿区艾友煤矿106采区开采引起的地表移动与变形计算采用概率积分法进行预计。
开采方案:4煤层全采开采煤层范围:4煤层开采厚度3m;煤层倾角为10°。开采深度为790～1050m,概率积分法全陷式开采预计参数:
下沉系数q=0.7;水平移动系数b=0.23;主要影响角正切β=2.0;开采影响传播角θ=90-0.56α
拐点偏移距S=0.103H
3.2 6412~6418工作面开采对建筑物的影响分析
现将4煤层各工作面一起进行开采沉陷预计计算,得到地表最大移动变形值,如表3-2所示:
6414工作面开采后,沉陷区范围加大,但局部开采阶段已完成,地表移动变形与前两个面开采变化比较显得平缓。但在某一点的地表移动变形值变化较大,同时建筑物进一步受到采动影响,建筑物受采动影响规律与6412、6413工作面开采完毕后相同。
4地表建筑物损坏程度和分布
建筑物受开采影响的破坏程度取决于地表变形值大小和建筑物本身抵抗变形的能力。对于砖混结构的房屋,按不同的地表变形值,其损坏等级划分为4级,见表4-1。
各开采方案造成地面房屋损害情况为:在影响范围内的总户数为3019户,各级损坏户数及占损坏总户数比例如表4-2所示。
通过对艾友矿106采区的开采沉陷预计计算,分析了地下开采对地表建筑物的动态影响过程。对建筑物所处沉陷区位置作了详细分析,并阐明了各个位置受地表移动变形作用的机理及其地基反力的分布规律。随着开采的进行,建筑物受采动影响时刻在变化。以各工作面开采结束后划分一个阶段,对建筑物受采动影响情况进行分析,体现其动态损害过程。在具体分析过程中,对各个位置的建筑物所受影响的变化进行说明,并指出建筑物所受影响的变化过程。地表建筑物的损坏I级不修、简单维修;II级小修;III级中修的原则进行维修加固。
5结论
5.1 以最大限度地减少煤炭资源丢失、尽可能减少地表下沉为目的,以主、副井新留设保护煤柱以外的工业广场煤柱为对象,通过预计地表下沉变形和对影响范围内建筑物的沉陷损坏分析,设计4个开采方案。同时,对各开采方案进行评价分析。
5.2 总结了建筑物在沉陷区的各个位置受采动影响及地基反力分布情况,同时指出建筑物基础的加载及卸载情况。
5.3 建筑物受单一变形影响下,随工作面的推进进程,地表建筑物受采动影响加剧。
5.4 建筑物受多种变形影响,例如先受拉伸变形及正曲率影响再受压缩及负曲率影响,除了产生表观的破坏形式,还会导致建筑物结构松弛,有潜在危险。
5.5 再远离工作面推进方向一侧的沉陷区边缘随工作面推进进程影响不大。
参考文献
[1]何国清 杨伦等 矿山开采沉陷学 中国矿业大学出版社 1991
[2]国家煤炭工业局制定 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 煤炭工业出版社 2000