建筑物保安煤柱留设分析.docx

建筑物保安煤柱留设分析□□ 和诚 ( 山西西山白家庄矿业有限责任公司，山西 太原030022)摘 建筑物保安煤柱留设分析 □□ 和 诚 ( 山西西山白家庄矿业有限责任公司，山西 太原 030022) 摘 要:主要分析了煤炭开采引发的地表沉陷影响和建筑物 保安煤柱留设宽度，对矿区建筑保护和建设工程选址具有一 定的借鉴意义。 关键词:煤炭开采; 地表沉陷; 建筑地基; 保安煤柱 区，该区内的上覆岩层变形呈带状分布，由下而上为 垮落带、裂隙带、弯曲下挠带( 采用最为普遍的全部 垮落长壁开采工作面，垮落带的岩块填充在采空空 间，对地表沉陷量影响最大，而弯曲带只发生整体下 沉，岩石体积并不变化，对地表沉陷量影响最小) ， 对应的地表为移动盆地的盆底部位。Ⅱ 弯曲变形 区，该区内的岩层以拉伸( 或压缩) 变形为主，对应 地表移动盆地的边缘部位，外侧拉伸变形区必然出 线 V 字形地面裂缝。 中图分类号:TD 822 文献标识码:B 引言 煤矿开采造成了严重的环境地质问题，其中以 采空沉陷引发的地面变形尤为突出。本文主要对煤 炭开采引发的地表沉陷和建筑物保安煤柱留设宽度 进行了分析，供矿区建筑保护和建设工程选址参考。 1 地表沉陷影响范围 煤层矿体的开采造成原有地层缺失，破坏煤矿 岩层原有的应力平衡，上方岩层被迫进行力学重组， 以求达到新的稳定平衡。 上覆岩体力学重组过程波及到地表，地表随之 出现异动变形破坏。地表移动变形是采空区上覆岩 体变形的直接响应，最终形成一个比采空区范围更 大的地表下沉盆地。盆地内各点的移动变形不完全 相同，但最终在地表会形成一个以采空中心为原点 的椭圆区域，椭圆的长轴位于工作面开采方向尺寸 较大的方向，短轴为工作面较小的方向。如图 1 所 示。 图 2 上覆岩体变形与地表沉陷示意图 地表沉陷变形的滞后性和阶段性 煤层开采后，其直接顶板岩层产生移动变形以 至破坏，从而形成垮落引起更上一层的岩层产生变 形，随着开采空间的不断扩大，这种影响会波及到地 表，由于上覆岩层本身具有一定的强度和支撑能力， 使得覆岩和地表的移动变形总是滞后于开采活动， 而且开采活动远离观测点乃至停采后，覆岩和地表 变形还要持续一段时间。就下陷影响范围内任意一 点而言，下沉开始很慢，以后逐渐增大，达到较大的 某一数值后逐渐减小。可以把采动过程中的地表沉 陷变形全过程划分为 3 个阶段: 下沉发展阶段——— 下沉充分阶段———下沉衰减阶段。 下沉发展阶段形成下沉盆地雏形。当回采工作 面由切眼开始推进到一定距离后，覆岩弯曲沉降波 及到地表，地表开始出现下沉，此时工作面推进距离 较小，下沉速率也小，随着工作面推进距离的继续增 加，地表下沉盆地由小到大逐渐增加，不仅平面范围 2 图 1 地表下沉盆地和边缘区示意图 如图 2 所示，在采空沉陷区地表移动稳定后，由 岩层移动的特征与应力分布特点，分为Ⅰ充分采动 建材技术与应用 11 /2011 ·39· 逐渐扩大，而且下沉量也逐渐增大，当工作面推定到一定距离后，动态最大下沉值不再显著增加，标志地 表下沉发展阶段结束，此后动态下沉盆地出现平底， 称动态下沉充分阶段 逐渐扩大，而且下沉量也逐渐增大，当工作面推定到 一定距离后，动态最大下沉值不再显著增加，标志地 表下沉发展阶段结束，此后动态下沉盆地出现平底， 称动态下沉充分阶段( 见图 3) 。 Q———单位时间的采掘空间涌水量; a———渗透到岩层深处的降水量系数。 由于降水漏斗影响半径远大于采煤沉陷影响半 径。因此，在采煤沉陷移动边界以外一定范围也会 同样出现由于地下开采间接引起的地表沉降。 建筑物保安煤柱留设 煤炭开采过程中，对有关建筑物应进行保护，合 理设计保安煤柱划定范围，确保地基稳定。停采后， 连续 6 个月地表沉降速率 ＜ 4 mm / d 时，此场地才能 作为建设场地使用。 4 建筑物保护要求 按建( 构) 筑物的重要性、用途以及受开采影响 引起的后果不同，矿区范围内的建( 构) 筑物保护等 级分为 4 级。 地面受护面积包括受护对象及其周围的围护 带。围护带是设计保护煤柱划定范围时，为安全起 见沿受护物四周所增加的带形面积。围护带宽度根 据受护对象的保护等级确定，Ⅰ ～ Ⅳ级保护对象的 围护带宽度分别为 20 m、15 m、10 m 和 5 m。 4． 2 保安煤柱计算举例 以受护对象为Ⅱ级的某煤矿变电站保安煤柱举 例分析。保安煤柱水平宽度确定时，计算参数覆岩 层移动角 φ、覆土层移动角 β( γ) 选取我国各主要煤 矿实测的比较完整的 208 个工作面地表移动参数中 的类似矿区条件和工作面预计地表移动时的参考数 据( “建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压 煤开采规程”附录表 5 － 1) ，分别为 45°和 71°。 保安煤柱计