第10章建筑物下采煤new

1开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection2010国家级精品课程开采损害与环境保护20102010国家级精品课程国家级精品课程开采损害与环境保护山东科技大学资源与环境工程学院山东科技大学资源与环境工程学院2开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection第十章第十章建筑物下压煤开采建筑物下压煤开采第一节概述第二节协调开采第三节局部开采第四节充填法开采3开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection第一节第一节概述概述据不完全统计，我国煤矿“三下”压煤量为133.5亿吨以上，其中建筑物下压煤量为78.2亿吨以上，约占整个压煤量的61%，建筑物下又以村庄压煤量最大。人口密集，村庄集中的河南、河北、山东、安徽、江苏五省区压煤的村庄达到1094个，住户11万户，占我国村庄下压煤量的55%以上。村庄压煤几乎遍及各个矿区，一般占矿井储量的10%～30%，仅以兖矿集团为例，压煤村庄达109个，所压煤量5.5亿t。4开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection九省份村庄下压煤量（单位：万吨）20907.5江苏948248.8黑龙江675688.6山东330808.1安徽849961.3陕西578029.2山西237817.2辽宁765404.8河南495111.3河北1压煤量省份序号压煤量省份序号压煤量省份序号村庄下压煤不仅损失煤炭资源，而且还会影响矿井的生产布局。制定相应的技术政策、开发研究新技术措施是当前解决村庄下压煤开采所面临的紧迫问题。解决建筑物下压煤开采问题，不论从理论上、技术上，还是社会经济上，对发展煤炭科技和煤矿生产都有极现实的意义。5开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection一、我国建筑物下压煤开采概况我国建筑物下压煤开采技术大体可分为五个阶段：1.建筑物维修和加固峰峰、开滦、鹤壁，20世纪60年代左右2.井下开采措施部分煤层开采、联合协调开采条带法开采，目前在我国得到了广泛的应用，其采出率一般在40％～60％，地表下沉系数仅为煤层采厚的3％～15％，效果显著。6开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection3.抗变形建筑物1978～1982年湖南资江煤矿开展抗变形建筑物的研究，在资江煤矿的开采影响区上方兴建了俱乐部，采用基础钢筋混凝土圈梁、联系梁、构造柱、滑动层等抗变形措施，使得俱乐部经受了地表8.0mm/m的水平变形、1.68mm/m2的曲率变形和6.1mm/m的倾斜变形，建筑物基本未损害，始终正常使用。后来又相继在阳泉、邢台、峰峰和新汶等矿务局开展了抗变形建筑物的研究，为在采动区预先建抗变形建筑物打下了基础。在此基础上，又将这一技术应用于高潜水位矿区，进行预回填建抗变形建筑物的研究，并取得了成功，解决了高潜水位矿区村庄搬迁选址难和占用耕地的问题。7开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection4.采空区充填法我国煤矿在进行“三下”采煤时，曾试验成功水力、风力、自溜及手工充填等开采方法。1964~1967年，抚顺车辆修理厂工业厂房下，采用密实水砂充填和对厂房基础采用联系梁加固等措施，成功地完成了采出总厚度达20m的特厚煤层；1978～1979年，新汶张庄矿在村庄下试验成功用高浓度粉煤灰胶结充填开采；1983～1984年，平顶山十一矿利用粉煤灰条带采煤法，有效地控制了地表建筑物的移动变形。近年来，由于充填材料缺少、充填费用较高及工艺复杂等原因，很少应用此方法来解决开采损害问题。但随着煤炭工业的发展，充填材料和工艺的创新，采空区充填法不久有可能成为一种控制沉陷和保护环境的重要工程措施。8开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection5.离层带注浆减沉地面采用钻孔高压注浆充填覆岩离层带控制沉陷是上世纪发展的技术。1989年抚顺矿务局老虎台矿首先进行了离层注浆减沉试验，获得成功，减沉率为60%左右。后来大屯徐庄矿（1991～1992）、开滦唐山矿（1992）、兖州东滩矿（1994～1998）、新汶华丰矿（1994～2000）、枣庄田陈矿（1997～1998）等相继开展了离层注浆减沉试验，取得了丰硕的成果。但同时也存在着一些问题，如注浆材料和工艺、减沉率评价、浆液扩散半径计算、离层注浆减沉后地表移动计算方法及累厚大的多煤层和厚煤层放顶煤开采条件下控制下沉幅度等，都有待进一步完善提高。9开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection年份局（矿）建筑物开采情况结果62本溪彩屯矿三层医院大楼重复开采（全采）维修加固后仍用64-67抚顺厂房水砂充填加固采出厚20m煤层73-74蛟河矿建筑群下条带成功78资江矿矿俱乐部全采正常使用91沛城矿县城下抗变形建筑条带地表最大下沉81mm平均60mm83阳泉试验住宅全采加固后正常使用10开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection二、国外建筑物下压煤开采概况国外进行建筑物下采煤研究的国家很多，波兰是建筑物下采煤研究最好的国家之一。波兰建筑下采煤的开采措施主要有：①密实水砂充填；②部分开采：即条带开采；③顺序开采；④分期开采；⑤合理布置各煤层或分层开采边界的位置，使得采区边界上方的地表变形有一定的抵消；⑥协调开采：使煤层之间或分层的工作面开采引起的动态移动变形互相抵消一部分；⑦干净回采11开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection波兰建筑物下开采时采取的建筑物保护措施主要有：①设置变形缝；②设钢筋混凝土锚固板，形成强度较高的整体基础，一般用于地表水平变形达12~15mm/m时；③设置钢筋混凝土锚固拉杆或钢锚固拉杆，提高建筑物整体刚度；④挖变形补偿沟，吸收地表压缩变形等。12开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection三、建筑物下压煤开采技术的发展控制开采沉陷措施是“三下一上”采煤的关键，是减轻地表环境损害的有效途径，目前的地表沉陷控制措施比较单一，加强综合减沉措施的研究主要有几种方法：(1)地表综合减沉措施的研究(2)离层带注浆充填减沉的有关理论、工艺和参数研究(3)完善现有开采沉陷控制理论和方法(4)加强新的控制措施的研究(5)积极研究采空区充填控制沉陷技术13开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection在加强控制地表沉陷措施的同时，可以进一步完善采动区建筑物设计和保护理论：（1）采动区建筑物设计理论和方法研究采动区建筑物地基反力和附加内力计算方法与实际存在差异，使得按现行的理论和方法计算出的建筑物加固配筋过大。主要原因是没有考虑建筑物基础与地基的协同作用，过高地估计了建筑物的地基反力和附加内力，因而建立符合实际的采动区建筑物地基、基础、上部结构协同作用理论和附加内力计算方法是非常必要的。只有在此基础上，才能合理地设计采动区建筑物和进行建筑物的加固，使建筑物下采矿迈上新的台阶。14开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection（2）新型建筑材料的研究目前的建筑材料单一，大多为砖石结构建筑物，其抗变形能力较弱，特别是抗拉伸变形的能力较弱，容易出现裂缝，因而，研究价廉、抗变形能力强的新型建筑材料成为提高建筑物下采矿水平的关键。（3）大型工业及民用建筑物的抗变形结构研究大型工业建筑物由于结构复杂、平面尺寸大、要求高等，其抗变形能力相对较弱，目前对此研究不足。随着矿区的发展，今后将面临大型工业及民用建筑物下采矿及在塌陷区上方兴建大型工业园区的问题，如徐州已开始利用塌陷地兴建大型工业园区，目前这方面的理论和实践较少。15开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection（4）抗变形结构措施研究目前的抗变形结构措施有刚性措施和柔性措施，刚性措施主要有顶底圈梁、构造柱、联系梁、双板基础等，柔性措施主要是设置沉降缝、滑动层。对于其它的措施研究较少，如对地基采取调整变形的措施等。（5）农村城镇化研究随着社会经济的发展，农村城镇化已成为一种趋势。结合农村的城镇建设，建立抗变形房屋，进行村庄的合理优化、组合成为必然。因此，结合村庄的搬迁，研究矿区农村城镇化的相关问题成为21世纪开采沉陷研究工作者的一个重要研究方向。16开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection协调开采就是根据不同的受护对象，通过合理布设开采工作面，让各工作面开采的相互影响能够得到有利迭加，使迭加后的变形值小于受护对象的允许变形值，以达到减小开采对受护对象影响的目的。如合理设计工作面之间的相对位置、合理设定回采顺序等。第二节第二节协调开采协调开采17开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection一、合理设计开采边界和残留煤柱1.1.全柱开采全柱开采地表移动变形规律表明，地表不均匀下沉和地表变形主要集中在开采边界附近上方。井下每出现一个永久性的开采边界，地表就出现一个较大的地表变形区。因此，在建筑物、构筑物，甚至整个城市范围内，有效地进行大面积全柱开采，并在煤柱内不形成永久性的开采边界，可最大限度减少地下开采对受护对象的影响。18开开采采损损害害与与环环境境保保护护MiningDamagesandEnvironmentProtectionMiningDamagesandEnvironmentProtection为实现全柱开采，可采用长工作面开采和分层间歇开采：（1）长工作面开采长工作面开采的布置方式有：①单一长工作面它是在煤柱范围内只布置一个工作面，一般仅在煤柱面积较小时采用（图3-1a）。②当煤柱面积较大时，可采用台阶状