一、概述
一般地講,當(dāng)建筑物所處的地表產(chǎn)生均勻下沉?xí)r,建筑物中不會產(chǎn)生附加應(yīng)力,因而對其自身也就不會帶來損害。但當(dāng)?shù)叵聺撍缓軠\時,地表下沉量較大會使?jié)撍簧仙斐山ㄖ镩L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(jié)構(gòu)建筑物抵抗拉伸變形的能力遠(yuǎn)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(chǎn)生開裂性裂縫。一般在門窗洞口等薄弱部位最易產(chǎn)生裂縫,磚砌體的結(jié)合縫,建筑物結(jié)點(如房梁)也易被拉開。
目前從技術(shù)層面,解決建筑物下壓煤的技術(shù)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(jié)構(gòu)措施。第二類主要是采用特殊的井下開采技術(shù),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(xié)調(diào)開采、全柱式開采、條帶開采、充填開采等,每種開采技術(shù)都有其適用性。
二、典型技術(shù)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(nèi)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(chǎn)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(shè)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(dá)到保護地面建筑的目的,實現(xiàn)建筑物下壓煤的部分回收。根據(jù)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(yīng)用,已在全國各礦區(qū)進行了應(yīng)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(xié)調(diào)開采
協(xié)調(diào)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(chǎn)生的地表變形互相抵消的原理,來達(dá)到減小開采對地表的影響。根據(jù)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(xiàn)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)開采需要多工作面協(xié)調(diào)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(dá)到控制上覆巖層移動和地表沉陷的目的。根據(jù)充填方式不同,充填開采有水力充填、風(fēng)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(shù)的不斷改造和創(chuàng)新,充填體經(jīng)歷了最初不含膠結(jié)劑的水砂充填到低濃度膠結(jié)充填、高濃度膠結(jié)充填,現(xiàn)在又有全砂土固結(jié)材料和高水速凝材料固結(jié)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(chǎn)生的地面沉降,保護地面受護物。目前國內(nèi)應(yīng)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(fù)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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