一、概述
一般地講,當建筑物所處的地表產生均勻下沉時,建筑物中不會產生附加應力,因而對其自身也就不會帶來損害。但當地下潛水位很淺時,地表下沉量較大會使?jié)撍簧仙?,造成建筑物長期積水或過度潮濕,降低了地基的強度,這就會影響建筑物的使用,甚至可能造成建筑物的破壞與倒塌。
地表水平變形對建筑物的破壞作用很大,尤其是拉伸變形。由于一般磚混結構建筑物抵抗拉伸變形的能力遠小于抵抗壓縮變形的能力,所以較小的地表拉伸變形就能使建筑物產生開裂性裂縫。一般在門窗洞口等薄弱部位最易產生裂縫,磚砌體的結合縫,建筑物結點(如房梁)也易被拉開。
目前從技術層面,解決建筑物下壓煤的技術途徑總體上分為兩大類。第一類主要是對地表建筑物采取一定的措施,包括對建筑物進行整體搬遷,對建筑物進行加固、維修,采用抗采動變形結構措施。第二類主要是采用特殊的井下開采技術,以減小地表下沉和地表變形對地表建筑物的影響,需要(主要)有協調開采、全柱式開采、條帶開采、充填開采等,每種開采技術都有其適用性。
二、典型技術途徑
1.搬遷開采
搬遷開采是把壓煤村莊等建筑物搬遷到礦區(qū)內或礦區(qū)外的無煤區(qū)或塌陷穩(wěn)定區(qū),然后對原壓覆的煤炭資源進行常規(guī)開采。對壓覆區(qū)域地表建筑物進行搬遷后,所壓覆煤炭資源被完全解放,可按正常開采方法和工藝進行開采,生產效率高,資源回收率高。但搬遷開采地表下沉大,對環(huán)境影響大。初期搬遷工作量大,搬遷時間長,新村尋址困難,成本高等缺點。搬遷開采適用于煤層厚度大、搬遷工作量小的村莊壓煤條件。
2.條帶開采
將開采區(qū)域劃分成正規(guī)的條帶,采一條,留一條,利用留設的條帶煤柱支撐上覆巖層,以減少覆巖的移動破壞,控制地表沉陷,達到保護地面建筑的目的,實現建筑物下壓煤的部分回收。根據條帶布置形式或開采方法不同可分為走向條帶、傾斜條帶、冒落條帶、充填條帶、定采留比條帶、變采留比條帶等等。該方法優(yōu)點是不改變采煤工藝,地表變形容易控制,不需要增加投資。目前條帶法開采在我國得到了廣泛的應用,已在全國各礦區(qū)進行了應用,取得了大量的實際觀測資料。條帶開采對于控制地表變形和保護地面建筑物效果顯著,已成為建筑物下采煤的一種十分有效的措施。
3.協調開采
協調開采方法就是利用臨近兩個煤層(或分層)或同一煤層的幾個工作面同時開采所產生的地表變形互相抵消的原理,來達到減小開采對地表的影響。根據地表變形的動態(tài)分布規(guī)律,在推進中的工作面的上方地表
依次出現拉伸和壓縮變形區(qū)。多工作面開采時,通過在推進方向上合理地布置工作面或開采順序,使地表變形相互抵消,起到保護建筑物的目的。在開采過程中,通過各個工作面配合,使被保護對象處于下沉盆地的中間區(qū)或壓縮變形區(qū),其只承受動態(tài)變形以及最終的均勻下沉,而不承受最終的拉伸變形,因此可以有效地減少地表變形對地表建筑物的損害。協調開采只能減小地表變形,不能減小地表下沉,不適合在高潛水位礦區(qū)的建筑物下采煤。協調開采需要多工作面協調配合,開采管理難度大,對煤層條件要求高,實施難度較大。
4.充填開采
采空區(qū)充填開采是將工作面后方的采空區(qū)進行充填,以達到控制上覆巖層移動和地表沉陷的目的。根據充填方式不同,充填開采有水力充填、風力充填、機械充填、矸石自溜充填等之分。隨著充填材料和工藝技術的不斷改造和創(chuàng)新,充填體經歷了最初不含膠結劑的水砂充填到低濃度膠結充填、高濃度膠結充填,現在又有全砂土固結材料和高水速凝材料固結充填。充填體可以有效地限制圍巖變形和位移,增加充填體剛性的同時,可以大大提高對圍巖的支護作用。充填開采利用沙、矸石等充填材料對采空區(qū)進行充填,減少開采產生的地面沉降,保護地面受護物。目前國內應用的充填開采工藝主要有原矸充填、膏體充填和高水充填。充填開采是節(jié)約資源較好的方法,可以在保護地表建筑物的同時,最大程度地回收資源。但充填開采工藝復雜,影響開采效率,增加開采成本,且受充填材料的制約。
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