矿区地下开采引发的地表移动和变形对建筑物的影响.pdf

能源建设 矿区地下开采弓 I 发的地表移动和变形对建筑物的影响 1 5 4 6 0 0 七台河市国土资源局 黑龙江七台河 张海 矿区建筑物下采煤本身的技术问题较为复杂， 影响因素很 多。 本文主要阐述了矿区地表移动和变形对建筑物的影响和矿区 建筑物损坏等级与允许变形情况。 在我国一些煤炭矿区煤田上方有一定数量的村庄、 工厂和建 筑物。 不同程度地存在着建筑物下压煤的问题， 随着煤矿生产的 发展， 矿井开采的煤炭储量逐渐减少。 矿区建筑物下采煤是必然 的， 这种采煤的技术问题较为复杂， 因地下开采出现的地表移动 和变形使建筑物受到拉伸、 压缩和弯曲等附加力的作用， 在这些 附加力出现的变形超过建筑物允许的变形时， 建筑物就会遭到不 同程度的破坏甚至倒塌。 矿区地表变形的程度又与采厚、 采煤方 法、 上覆岩层岩性及地质构造等因素有关， 所以， 地质条件和开 采技术条件是建筑物下采煤的首要影响因素。 地表变形是通过建 筑物的基础传递给建筑物， 建筑物的基础座落在基岩上或表土层 上受到的影响是不同的。 即使在表土层中， 还与表土的性质、 厚 度、 含水量及地表形状等因素相关， 地基的性质也是建筑物下采 煤的重要影响因素。 建筑物受影响的破坏程度还与建筑物本身的 特征有关， 如建筑物的建造年代、 形状、 面积、 高度、 长度、 结构类 型和基础形式等。 建筑物的材料质量、 施工质量和地下潜水位的 高低也是重要的影响因素。 建筑物下开采前， 事先应分析各种影 响因素， 找出主要影响因素， 采取针对性措施， 取得建筑物下采煤 的效果。 煤矿开采是引起矿区内地表移动与变形， 造成地面建筑 物破坏的主要原因， 同时， 地震、 地下水位下降等自然原因也可能 造成地表移动， 具体的建筑物破坏， 要做认真分析， 区分开采影 响与非开采影响引起的变形破坏。 1 矿区地表移动和变形对建筑物的影响 1 ． 1 在矿区建筑物所处的地表出现均匀下沉时， 建筑物中不会 出现附加力， 因此对建筑物本身不会带来损害。 处在地表均匀下 沉区内的建筑物， 在工作面推进过程中， 通常应先承受水平拉伸 变形， 再承受水平压缩变形。 只要建筑物能承受住开采过程中这 种地表动态变形的作用， 处在均匀下沉区内的建筑物受到的危害 不大。 建筑物下沉后， 会使连通建筑物的各种管线的坡度出现变 化。 如果地表下沉量较大， 而地下水位较浅时， 若由此而使建筑物 内长期积水或过渡潮湿时， 直接影响建筑物的强度， 危害建筑物 使用。 1 ． 2 矿区地面建筑物随地表倾斜而出现倾斜， 因倾斜产生的 建筑物重心偏移， 既影响建筑物的稳定性， 还使建筑物内部产生 附加应力， 同时使基础的承重力重新分布。 倾斜对底面积小高度 大的杆状建筑物， 如烟囱、 水塔、 电杆和高压线塔的影响尤其明 显。 建筑物的底面积越小， 高度就越大， 相同倾斜所出现的附加 应力也越大， 在重心超出底面积的范围时， 建筑物会失稳而倒塌 破坏。 一般的低层民用建筑， 因附加应力小危害也较小。 1 ． 3 矿区地表曲率存在使地表由平面变为曲面， 使建筑物基 础与地表之间力的平衡状态受到破坏。 曲率有正 凸曲率和负 凹 曲率之分， 在正曲率影响下， 建筑物基础的两端处在 “ 悬 空” 状态， 在负曲率影响下， 建筑物基础成为两端有支点的简支 梁。 在曲率引起的附加应力超过其结构的承载能力时， 建筑物将 受 到破 坏 。 由于正 曲率作用， 建筑物 发生上宽下窄的竖 向裂缝和 倒八字形裂缝 。 在负 曲率 作用下， 建筑物 出现正 八字形裂缝 和水 平裂缝。 通常曲率对底面积小的建筑物影响较小， 对长度大的建 筑物影响较大 。 1 ． 4 矿区地表水平变形对建筑物的破坏较大， 特别是拉伸变 形的影响。因建筑物抵抗拉伸变形的能力较小， 通常在较小的地 表拉伸变形作用下， 它的薄弱部分会出现裂缝。 在水平拉伸变形 大于i mm／ m时， 砖石承重的建筑物墙身就会发生较细小的竖向 裂隙。 建筑物抵抗压缩变形的能力很大， 在较小的地表压缩变形 影响下不会出现破坏现象。 而地表压缩变形较大时， 建筑物出现 破坏也会是非常严重的。 建筑物受开采影响而破坏， 通常是两种 以上的地表变形共同作用的结果， 地表拉伸变形与正曲率、 地表 压缩变形与负曲率同时出现。 建筑物出现变形和破坏的主要原因 是曲率和水平变形。 在它们的影响下， 地面建筑物墙体上会出现 裂缝， 裂缝是建筑物受开采影响出现的最普遍的破坏现象。 2 、 矿区建筑物损坏等级与允许变形 2 ． 1 建筑物的损坏等级 矿 区建筑物 受采动后 的破坏 程度 ， 主要 取决于地 表变形 大 小和自身的抗变形能力。 各种不同的建筑物有不同的抗变形能力 和允许变形值。 在建筑物的变形超过它允许抗变形能力或允许变 形时， 会出现不同程度的破坏， 直至倒塌， 地表变形也越大， 建筑 物变形也越大， 超过其允许变形值就越多， 建筑物遭到的变形破 坏也越严重。 评定建筑物破坏程度和危险程度要以结构安全为依 据。 评定 建筑物破 坏程度 有不同的标准 ， 有的以倾 斜、 曲率 曲 率半径 和水平变形来评定， 有的用总变形指标评定。 在我国一 些矿区建筑物为砖混结构和砖木结构， 乡村民房结构差异较大， 泥土筑平房、 一面砖平房还有相当数量。因结构不同， 建筑物抵抗 变形的能力不同， 在划分建筑物破坏标准时要区别对待。 原煤 炭工业部制定 的建筑物 、 水体、 铁路及主要井巷煤柱 留 设与压煤开采规程总结了我国建筑物下开采的经验， 对长度或变 形缝区段内长度小于2 0 m 的砖混结构建筑物， 按地表不同变形 值， 划分了损坏等级和标准。 2 ． 2 矿区建筑物和构筑物的保护等级 不同的建筑物和构筑物， 其用途、 重要性和服务年限也不 同。 对重要建筑物和构筑物， 必须要求它们保持较高的完整程 度， 对它们提出较高的保护要求， 规程根据建筑物和构筑物造 价、 用途及受开采影响引起的不同后果， 把建筑物和构筑物划分 为四个保护等级。 所允许出现的损坏等级视其保护等级而定， 根 据建筑物、 构筑物允许出现的损坏情况， 给出了它们所允许的地 表最大变形参考值， 建筑物下进行采煤之前， 应根据受保护建筑 物的保护等级， 采取安全的开采措施和保护措施， 使开采后地表 变形限制在保护等级范围内。 8 9