建筑物保安煤柱留设分析

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1、文章编号：1009—9441(2011)11—0039—02建筑物保安煤柱留设分析口口和诚(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；保安煤柱中图分类号：TD822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

2、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所刁≮o．／，、、t＼受＼8L漆叫㈧]—-、—，／

3、／／B’●_一71≤i砚!rf／＼厶——图1地表下沉盆地和边缘区示意图如图2所示，在采

4、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。图2上覆岩体变形与地表沉陷示意图2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

5、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

6、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(见图3)。(a)动态下沉发展阶段D(b)下沉充分阶段图3动态沉陷变形曲线下沉充分阶段。一般条件下，当工作面推进距离较大后，动态下沉盆地达到下沉充分阶段，此时地表下沉速率较大。此后，在匀速等厚开采条件下，工作面继续向前推进，工作面一侧下

7、沉盆地走向主断面上的动态沉陷变形曲线形态基本不再变化。也就是说，动态下沉充分阶段走向主断面上的地表下沉速度分布曲线是不随工作面的继续推进而变化。最大下沉速度点滞后回采工作面一固定距离，并尾随工作面向前移动。此阶段，滞后回采工作面一固定距离的地面最大下沉值基本稳定。进入衰减阶段。当回采结束后，推进距离不再变化，下沉曲线向前移动较小，最大下沉速度衰减很快，地面下沉进入衰减阶段。3水文因素对地表下沉的影响覆岩变形在采煤沉陷过程中起决定作用，而水文因素也会对地表沉陷产生影响，主要作用表现为地下水位的变化。地下水位降低会在采煤沉陷的基础上进一步扩大

8、地表下沉值和下沉面积。降水漏斗影响半径为：R=S+T、／Q／a(1)式中：．s——降水深度；r一取决于单位时间矿井涌水量和排水量的常数；Q——单位时间的采掘空间涌水量；口——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。4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<4mm／d时，此场地才能作为建设场地使用。4．1建筑物保护要求按建(构)筑物的重要性、

9、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