采空区沉陷规律研究

３ 地 表 沉 陷 对 建筑 物 的影 响
（） １地表 均匀下沉一般来说 对建筑物 的危害不 大， 在建筑物上不产生 附加应力。但 是当地 表下沉 量较大 而地下水位 又很浅 时， 会使浅水 位上 升 ， 造成建 筑物周
围长期积水 ， 改变建筑 物所处 环境 ， 降低地 基强 度 ， 影
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拓找钻孔而形成盲巷 ）因此孔斜 问题是两个送料孔 的 ， 施工关键 。钻孔要保 持不超偏 是非 常困难 的， 因此增 密测斜次数 ， 现超偏后 及时 纠偏。两 钻孔钻至 孔深 发 ４０ ８ｍ左右进行测斜 ， 发现 均 已严重超 偏 ， 随采取 螺杆 定向钻进方式 进行 纠偏 。根据 各孔不 同特点 ， 取不 采 同的纠偏设计方案 ： １ 在平面上距 巷道 已达 １ｍ， 送 孔 ７
钻孔顶角
（） 。
钻孔方位
（） 。
偏移距
偏移距
（ 孔 心 ）ｍ） （ 巷 道 ） ｍ） 距 （ 距 （
（） ｍ 纠斜前 纠斜后 纠斜前 纠斜后 纠斜前 纠斜后 纠斜 前 纠斜后
送 １ ４ ２ ２．２ ８ ０ 送 ２ ４ ８ １２ ８ ．０ ２５ ３ ０５ ． ２ ． ２ ３ ２ ．５ １０ ２ ｌ０ ８ ８８ ６４ ． ６４ ．４ ０８ ． １ ７ ０３ ． ６８ ． ４１ ．
４ ｍ。 ０ 耗时 ２ｈ ０ 。纠斜后改用 常规 钻进 ， 钻进 至孔底 后 ， 采用陀螺测斜仪进行测斜 ， １ 送 孔底距巷道 ６ ８ 送 ２ ．ｍ；
孔底距巷道 ４ １ ．ｍ。既满足 了不进人巷道 的要求 ， 又避 免了找孔开拓巷 道过长而形 成盲巷 的弊端 ， 且一 次成 功， 这是普通纠偏 方法难 以实现 的。该项 技术为 孔斜 质量要求严格的特种工程钻孑 提供了广阔的应用 领域 Ｌ
趋势 ；６ 终孔 测斜时 ， （） 对孔斜异 常点要进行综 合分析 比较 ， 确保误差控 制在 ０ ３ ．ｍ之 内 ， 以便从 井下顺利找
到钻孔。
４ 效 果评 价
两钻孔采用螺 杆定 向纠 偏技术 ， 实施 纠偏共 钻进
（ 接第 ９ 上 ３页 ） 下 ， 须 进 行 建 筑 物 自身 强 度 、 基 响 必 地 允许 承载力 、 基础强度 、 构筑物 的抗倾覆验算。地表曲 率变形是原来平 面变成 曲面 ， 使建筑 物荷载与土壤 反 力 间的 初 始 平衡 状 态 遭 到 破 坏 。 无论 在 地表 出现 正 曲 率或负曲率 条件下 ， 建筑物基 础底部都会 出现瞬时 局
，
建筑物所受到的影 响 ， 在大小和性质上 也是随着时间
而变化的。
总之 ， 由于地 下岩土性质 和作用机理 有一定的不 确定性 ， 地表沉陷是一个不断变化的地质构造过程 ， 需 要对采空 区进行 跟踪观测 ， 一步探讨 塌陷 区沉 降的 进
的抗拉强度很小 ， 在不 大的地表拉伸作用下 ， 墙上可 砖 能出现裂纹和裂 缝。在 压缩变形 条件下 ， 筑物基 础 建 承受较大的压力和变形 ， 可能造成建筑物基础的破坏。 （） ４ 地表剪切变形 、 曲变形对 建筑物的影响。当 扭 建筑物处于下沉盆地 主断 面时 ， 但其方位 与开采边界 或推进方向斜 交时 ， 或者 建筑物 正处于下沉 盆地非 主 断面时 ， 地表剪 切变形下 ， 筑物的纵横基础 间将产生 建 相对转角 ， 使建筑 物改变原 有的平 面形 状。由 于两 将
４ｋ ２塌 陷 区对 当地 老 百 姓 的 生 产 、 活 造 成 了不 利 ２ｍ ， 生
的影 响 。 １ 地 表 沉 陷 区 的沉 降 特 征
位 于采空 区边界附近到最大下沉点之 间。在此下沉 区 域内， 地表下沉值 不等 ， 地面沉陷向盆地的中心方向倾 斜 ， 凹形 ， 呈 产生压缩变形 ， 地表一般不出现裂缝 。 （） ３ 沉陷盆地 的外边缘 区域位 于边界 到沉陷盆地
影 响 范 围 内没 有 大 的 地 质 构 造 的条 件 下 ， 终 形 成 的 最
伸变形超 过一定数值后 ， 地面将产生拉伸裂缝 。
２ 等 沉 陷 曲线
陶阳煤矿某小区地表等沉 陷曲线如图 ２ 所示 。
静态地表沉 陷盆地 可划分为三个区域（ 见图 １。 ） （） １沉陷盆地的 中间区域 （ 又称 中性 区域 ） 于盆 位 地 的中央部分 。在此范 围内， 表下 沉均匀 ， 地 地表下沉 值达到该地 质采 矿条件 下应有 的最大值 ， 项变形 值 各
由于采空塌陷影响范围内各点移动变形的性质及 变形量大小不 同 ， 故其建筑物受破坏 的程 度也 有很大 的差别 。开采引起 的地表移动和 变形 ， 实际上 是单 个 出现 的 ， 而往往是多种变形同时存在 。如地表 拉伸变 形和正 曲率变形。压缩和负 曲率变形同时 出现。这样 建筑物将同 时受到多 种变形 的综合 影响 。在地 下开 采 过 程 中 ， 表 移 动 和 变 形 是 随 着 时 间 而 变化 的 ， 地 故
响建筑物使 用。实 际上 ， 个建筑物 完全位 于均匀 下 整
图 １ 地 表 沉 陷盆 地 内 区域 划 分 示 意 图
沉区的情况是很少见 的。
（） ２ 沉陷盆地 的 内边缘 区域 （ 称压缩 区域 ） 又 一般
＊收 稿 日期 ：０７ ９ ８ ２ｏ —０ —１ ．
作 简 高中 男， 岁， 学， 程 ２ ２ 毕 上 同 者 介： 祥， ３ 大 ． 师，０年 业于 海 ６ 工 ０
和强 有 力 保证 。 ５ 几 点体 会
因此应使钻孔在 纠偏 后尽量 朝巷道 靠拢 ， 且在平 面上 要走直 线 ； ２孔 由于距 巷 道近 ， 四周均布 置有 巷 送 且 道， 因此应使 该钻孔 尽量 能回到孔 中心位置。通过 采 用螺杆定 向钻进 ， 两钻 孔偏 斜都 得 到 了理想 的修 正。 表 １ 为两钻孔纠斜前 后孔斜 数据 的对 比， 从对 照表里 可 以看出螺杆定 向钻进的纠斜效果很好 。 表 １ 螺杆 定向钻进前后钻孔孔斜数据对 照表
个横墙处的地表倾 斜值不 同 ， 导致地表沿 建筑物 的纵 轴 中心线产生扭 曲变形 。当两个纵墙处的地表倾斜值 不 同时 ， 将导致地表 沿建筑物 的横墙 中心线 产生 了扭 曲变形 ， 使建 筑物扭 转。
４ 结 语
部悬空。在建筑 物荷载作 用下 ， 着地基支撑 反力 的 随 重 新分 布 ， 建筑 物 基 础 将 切人 地 基 ， 空 的长 度 将 逐 渐 悬 缩短 ， 至 不 出现 悬 空 区段 ， 之 ， 果 建 筑 物 的 强 度 甚 反 如 和 刚度 较 小 或 地 基 坚 实 ， 筑 物 无 法 切 人 地 基 ， 建 筑 建 则 物将 出现 裂 缝 和 变形 ， 建筑 物 将 遭 到破 坏 。 由此 可 见 ， 地表曲率使建筑 物 内出现 的附加应 力 ， 主要是作用 于 建筑 物 垂 直 截 面 的弯 矩 和 切 力 。建筑 物受 到地 表 正 曲 率影响而产生破坏 ， 主要有上 宽下窄 的竖向裂缝和倒 八字形裂缝。有 时也会 出现上部 结构支座 位移 ， 地 受 表负曲率影响而产生 的破坏 ， 主要 有正八字形裂 缝 和 水 平 裂缝 。 （） ３ 地表水平 变形对建 筑物 的影响 。地表拉 伸是 危害建筑物的一个重要因素 ， 地表在开采下伸张时 ， 使 建筑物结构 内部产生拉应力 。一般砌体结 构的建筑物
边 界 之 间 。在此 区域 内 ， 表 下 沉不 均 匀 ， 面 向盆 地 地 地
中心方向倾斜 ， 凸形 ， 呈 产生水平拉伸 变形 。当水平拉
实测表 明， 地表 沉陷盆地 的范 围远 大 于对应 的采 空 区 范 围 ， 陷 盆地 的形 状 取 决 于 采 空 区 的 形 状 和 矿 沉 层倾 角。在采空 区上 方地表达 到超 充分采 动 、 采动 且
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采 空 区沉 陷规 律 研 究
高 中祥 冀 Байду номын сангаас ，
（． １山东省肥城矿业集团公 司设计院 ， 东 肥城 山 摘 要 ２１０ ； ． ７ ６８ ２ 山东安信机械制造有 限公司， 山东 肥城 ２ １０ ） ７６ ８
近 似 于零 ， 表 一 般 不 出 现 明显 裂 缝 。沉 陷 盆 地 内下 地
沉值最大的点 和水 平移动 为零 的点 都在采 空 区 中心 ，
因此 通 过采 空 区中 心 与矿 层 走 向平 行 或 垂 直 的 断 面 上 的 地 表移 动 值 最 大 。在 此 断 面 上 地 表 点 几 乎 不 产 生 垂 直 于此 断 面 的水 平 移 动 。通 常将 地 表 沉 陷 盆 地 内通 过
最大 下沉点 （ 或者说地表盆地沉陷 中心 ） 所作 的沿矿 层 走 向或倾向的垂直 断面称为地表沉 陷盆地主 断面。主
断面 上 地 表沉 陷 盆 地 的 范 围最 大 ， 主 断 面 上 地 表 沉 在
图 ２ 地 表 等 沉 陷 曲线 图
陷盆地最充分 ， 沉陷量最大 。
图 ２中沉 降单 位 为 ｍ ｑ等 值距 为 １ｍ ｎ， ２ 。沉 降 为 ２０ 年 ３月 ２ ００ ９日测得的相对于标准高程 的沉降差。
造斜
孔 号 深 起
（） １增加 测斜 次数 ， 及时掌 握钻孔运 行 轨迹 ， 发现 超偏 ， 及时纠正 ；２尽 量选取岩石较软 、 （） 完整 的孔段进 行纠偏 ；３ 根据 地层 情况 ， （） 选用 清水或合 格泥浆 做冲
洗液， 以防螺杆 钻具被 杂物堵卡 ；４ 选用 合适 的螺杆 （） 钻具和精确的数据计 算是纠偏的关键 ；５ 恢复正常钻 （） 进后 ， 要选用合 适的钻具组合 ， 使钻 孔能保持纠斜后 的
济大学建筑工程专业 ， 现任职于 山东省肥城矿业集 团有限 责任公司
设计院。
（） ２ 建筑物将受到地表 的不均匀下 沉的影 响 ， 即受 到地 表的倾 斜变形和 曲率变 形 的影 响。地表 倾斜后 ， 将引起建筑 物的倾斜 ， 自重导致 的偏 心荷载 下 ， 在 产生 附加倾覆力矩 ， 承重结构内部将产生 附加 应力 ， 基底 的 承压 力重新分布 。为此 ， 在地表倾斜影 （ 下转第 ９ ５页）