赵华伟惠纪永-科技研究-浅析煤矿开采设计

浅析煤矿开采设计赵华伟惠纪永徐州李堂矿业有限公司江苏省徐州市221722摘要：建筑物下面的煤矿开采一直面临着难题，如果开采方法不当或是采取的措施不到位，都可能造成建筑物的危险，或是不利于煤矿生产效率的提高。煤矿开采对地面建筑物的影响很大，本文首先分析了这一点，继而指出了煤炭开采方案的设计原则。最后在此基础上提出了煤矿在建筑物下进行开采的措施建议。关键词：煤矿开采；开采方案；设计原则合理地开采建筑物下的煤炭资源，是相关工作技术人员一直面临的研究课题。若不能有效地开采建筑物下面的煤炭资源，这对于这对于促进国民经济发展的重要资源——煤炭无疑是一种严重的浪费，还可能引起其他的一系列问题。建筑物下开采必然有损于地表的建筑物，我们要做的是如何把这种损害降到最低，同时还要使资源回采率得到保证。那就需要我们认真分析煤矿采动对地面建筑物造成的影响，从而设计出最佳开采措施。一、煤矿的采动对地面建筑物可能产生的影响地下煤矿开采影响到地表主要有三种类型的变形和移动：水平方向、垂直方向、地表的平面的剪切应变。不同类型产生的影响也是不同的。一旦地表发生了移动和变形，就会破坏建筑物和地基间最原始的平衡状态。1、地表水平变形的影响对于建筑物来说，地表的水平变形造成的破坏作用十分之大。这主要指的是作用力使得地表被压缩和被拉伸以致变形，其中拉伸对建筑物产生的破坏作用最大。因为就建筑物的抵抗能力来说，其对于拉伸远远比不上对压缩的。一般而言，比较小程度的地表拉伸便可以引起建筑物的开裂，从而会拉开建筑物的结点。对于地表的压缩变形，对建筑物的破坏性影响也是很严重的。引起的后果有地板鼓起、挤压和剪切裂缝的产生。地基和墙壁会被压碎，除此之外，还有其他不同程度的危害。2、曲率的影响地表的曲率变形发生时，原本平面的地表会发生变形，形状为曲面[1]。曲率有正负之分，不同的作用会导致不同情况的发生。一种情况是房屋部分切入地基，另一种情况是房屋全部切入地基。建筑物的地基反力正因为受到正、负曲率的影响而可以进行重新的分布。在建筑物的墙壁，会遭遇竖直面两股力量的作用：内剪切应力和附加弯矩。建筑物一旦承受的作用越过其基础，还有就是建筑上不的强度极限，就会发生裂缝的情况。3、地表倾斜的影响建筑物是和地表垂直的，一旦地表倾斜建筑物也就自热而然会随之歪斜。建筑物的偏心荷载作用是由于其自重而形成的，在这样的作用下，使得基底承压力会因为附加倾覆力矩而被重新进行分布。附加应力主要是由于承重结构的内部而形成，这种力量影响最大的是那些占地面积小且高度非常高的建筑物。4、地表下沉的影响一般来说地表均匀沉降的时候是不会产生附加应力的，这种力主要存在于建筑物和构筑物之间，这种情况一般不会损害到建筑物自身。但是遇到地下水位很浅的情况，同时地表又有很大的下沉量时，可能会导致潜水位的上升。建筑物一旦过度潮湿或是被长期积水，这就改变了建筑物的环境，影响到建筑物的受力韧性，建筑物将难以继续被使用。通过上面的论述，我们发现水平和曲率变形对建筑物的破坏作用最大。他们会影响到采动地区的地面建筑物，会导致墙壁倾斜甚至有裂缝的出现，严重的话会坍塌。因此，我们开采建筑物下煤矿，一定要设计出最科学合理的开采方案，在实践中采取相应措施，从而确保矿区建筑物和相关工作人员的安全。二、煤矿建筑物下的开采方案1、建筑物下开采方案的设计原则（1）前提和基础是使矿区建筑物的安全得到保证，最大程度地提高煤炭资源的回采率，提高煤炭资源的回收率，还有最大限度地回收煤炭资源。（2）根据煤矿开采的现实情况，竟可能实现机械化的煤炭开采，并不断提高机械化程度。同时在保证开采效率的情况下不断降低劳动强度，继而使工效不断得以提高。（3）开采方案制定下来一定要保证它的现实可操作性。2、建筑物下采煤的具体防护措施在建筑物下进行煤矿开采，主要有两点防护措施。一是，竟可能降低建筑物的变形值，因此，井下作业需要制定出可行性的采矿措施；一是，将相应的结构措施落实到建筑物上，尽可能将建筑物承受地表变形的能力加以提升。一般来说，上述的两个措施都是联合使用的。需要对经济和技术等多方因素进行综合考虑，并深思熟虑地进行对比分析，最终才能将采取措施的着重点确定下来。三、煤矿建筑物下的开采措施1、建筑物下的采矿措施（1）条带开采法条带开采，顾名思义就是把开采的煤层作条带状划分，每次都是先隔一条再采一条。这样尚未开采的条带煤就可以将上覆岩层的分量很好地支撑起来。这样做的目的在于防止地表有大的移动或者变形的发生。“条带开采技术有两种方式：长壁的条带开采和短壁间隔条带开采方法”[2]两种方式的划分是根据工作面的布置情况来进行的。前者就是布置为长壁工作面，推进方向顺延，采取间隔开采的形式；后者是布置为短壁条带，开采的工作面之间都隔着一个未开采的工作面。就实施工艺方面来说，前者相比较后者开采要更难一些。（2）全部垮落开采法考察地表移动的规律，可以发现地表变形和不均匀下沉都是在下沉盆地的边缘区集中一处。煤矿开采井下一旦出现开采界面且是永久性的，那么地表也就相应地会有地表变形区出现[3]。全部垮落法全面进行大面积开采也只是限定在一定的范围内。开采边界并不形成于煤柱内部，这样才能使建筑物受到的有害影响最大程度地降低。（3）充填法填充法采取的是对开采空间进行填充的方法，这样可以使上覆岩层的沉降，得到有效地控制，可以使地表的变形得到一定程度的减小。可以用碎石和水砂等物体作为填充物。对于充填法的具体使用，最常见的是条带充填这一方式。与条带充填体置换的主要是煤柱，煤柱是在条带开采中所留设的。要想对地表塌陷有一个明显的效果产生就需要保证条带被填充后可以长期的稳定下去。还有未充填的采空区宽度要小于覆岩的主关键层初次破断跨距小。这样充填量也可以得以减少，从而降低填充成本。煤炭采出率也由此提高，建筑物的安全也得到了保障。2、地面建筑结构措施井下采煤作业，不仅要采用最科学合理的开采措施，从而使得地表的移动和变形得到有效减少。而且要做好预估工作，就是对地表有可能发生变形的情况进行事先预测，还有就是建筑物受到的破坏等级。（1）设置补偿沟变形补偿沟的挖掘位置主要是在建筑物周围的一至两米处，这样就对地表的压缩变形有一个吸收的作用。墙边和墙突出部分的位置最好。沟的长轴方向应当垂直于水平变形方向，沟深应当在基础底面之下15至20厘米处。可以填充一些松散物到补偿沟里面。（2）留变形缝有些建筑物存在不同的高度、比较大的长度还有很复杂的平面形状。针对这类建筑就需要将相互独立的单体从地基到房顶砌起来。位置可以是横穿墙（靠近内部）、平面形状有变化的位置、高度有变化的位置。单体之间留变形缝，宽度大约为5厘米，单体的长度大约都是20厘米。四、结语煤矿开采会导致地表移动和破坏，这实际上受到开采深度、采煤方法等诸多因素的影响。煤矿开采所以导致建筑物损坏在时间和空间上保持着与地下开采的高度一致。在不同矿区或者说是同一塌陷区，造成的对同类建筑物在不同位置损害不同，差别不仅表现在程度上也表现在形式上。所以，我们对建筑物的防护和治理应当根据具体情况来制定相应的方法和措施。需要做好煤炭回采率与建筑物安全二者的协调工作，从而促进煤矿区的可持续发展。参考文献[1]郭文兵，邓喀中，邹友峰．岩层与地表移动控制技术的研究现状及展望[J]．中国安全科学学报，2005，（1）．[2]张彦宾，邹友峰，李德海，尹士献．复杂开采条件下复变函数在地表沉陷预计的应用研究[J]．煤炭工程，2010，（5）[3]丁海勇，贾恩云等.放顶煤开采基础理论[M].北京：煤炭工业出版社，1995.8(5).