第1章 开采沉陷损害类型及特征

（二） 倾斜对房屋的损害 地表倾斜后，将引起房屋的歪斜。房屋倾斜会导致房屋重心偏离，产生 附加倾覆力矩，承载结构内部将产生附加应力，基础承载压力重新分布。地 表倾斜尤其对高层建筑物的损害明显，甚至会引起楼房底层发生下水道倒流 等现象，影响正常生活和使用。 （三）地表曲率对房屋的损害 地表曲率变形将原来房屋的平面基础变为曲面形状。这样，建筑物的荷 载与基础土壤反力间的初始平衡状态就遭到了破坏。在正负曲率作用下，房 屋都会受到损害。
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二、开采沉陷对高压输电线塔、线路、索道、电视转播塔、烟囱等高层 建（构）筑物的损害
（一）这些属于点式高层构筑物，由于基础面积小，因而抗变形能力较强， 但是它们对倾斜变形非常敏感。这种高层构筑物因倾斜偏心矩的作用，在塔体任 意截面内产生自重附加弯矩，在弯矩的作用下，可能沿塔体中部某截面发生断裂 破坏。同时使得基底承载压力发生变化（图1-6），这种偏心矩对基底产生的偏 心压力超过了基底的强度时，塔体即可能发生倾覆破坏或倒塌。
可使门窗洞口挤成菱形，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起。
（五）剪切变形房屋损害 当房屋处于下沉盆地主断面上，但其方位与回采区段斜交，或者房屋处 于下沉盆地非主断面位臵时，在地表剪切变形作用下，房屋的纵横基础间将 产生相对转动，从而使房屋改变了原有的平面形状。 （六）扭曲变形对房屋的损害 由于两个横墙处的地表倾斜值不同，导致了地表沿房屋的纵轴中心线产
开采沉陷地面及地下构筑物损害包括：地面铁路、公路、高压输电线 塔、线路、索道、电视转播塔、烟囱等高层建（构）筑物、堤坝、桥涵、管 路及地下埋藏的各类建（构）筑物等。
一、开采沉陷对铁路、公路及其构筑物的损害
按开采沉陷引起地表变形特点， 可将沉陷对铁路、公路的损害分为： （一）地表横向倾斜移动变形损害 横向不均匀移动变形将导致铁路 轨道横向移动扭曲变形（图1-5）， 两条轨道分离或挤压，使高速行驶的 火车行使困难，脱轨掉道，甚至发生 翻车事故。
开采地表压缩变形的挤压力，通过路基传递给路面，一般情况下公路路 面的抗挤压能力很小，在挤压变形作用下，公路路面波浪起伏，在这种条件 下高速行驶的车辆会腾空，引发翻车事故，同时在行车的作用下会加速路面 的破坏。 （四）地表拉伸变形损害
纵向水平移动变形会引起钢轨衔接处鱼尾板的断裂、轨缝闭合、以及钢 轨的纵向弯曲表现为侧向弯曲或向上凸起，严重时会导致轨道脱离路基悬 空，引起火车掉道、行车事故。采动地表纵向移动变形会引起公路路基、路 面开裂破坏或挤压隆起形成波浪起伏路面。公路路面开裂后，雨水浸入路面 在热胀冷缩及冻溶作用下，路面更易破坏。
0.05
1.0
不修
小修 中修 大修或 拆 除
0.05～0.1 1.0～1.5 0.1～0.3 0.3～0.5 1.5～3.0 3.0～4.0
窗台下裂缝扩展到门窗洞上角，梁下墙壁 裂缝继续扩展
裂缝扩展到檐口下，裂缝20mm以上，房屋 呈菱形，墙角裂开
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砖石结构建筑物的破坏（保护）等级
-3
表 1-2
倾斜 i mm/m 极轻微损坏 轻微损坏 不修 简单维 修 结构 处理
损坏分类
Ⅱ
4.0
0.4
6.0
轻度损坏
小修
Ⅲ
6.0
0.6
10.0
中度损坏
中修
严重损坏
大修
注：建筑物的损坏等级按自然间为评判对象，根据各自然间的损坏情况按表 1-2 分别进行。
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第三节 开采沉陷地面及地下构筑物损害
图1-6 塔体倾斜平衡力系的变化 1—塔体原始状态；2—塔体倾斜状态；3—地表原始状态 4—地表沉陷状态；5—基础应力状态；p—作用力；c—倾斜角
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（二）开采沉陷对地下管线的损害
城镇地下管道可分为带压管道：输油、供水、供气、供暖等；自流管
道：生活废水、工业废水、雨水排水管道；电缆（通讯）管线三类。这些 管（道）线对纵向水平变形和局部下沉形成的曲率变形比较敏感。
地 表 变 形 值 损坏 等级 建 筑 物 损 坏 程 度 水平变形 mm/m 曲率 K -3 10 /m 倾斜 i mm/m 结构 处理
一
二 三 四
基础及勒脚出现1mm左右的细微裂缝
勒脚处裂缝增大，并扩展到窗台下，梁下 支撑处两侧墙壁开始出现裂缝
1.0
1.0～2.0 2.0～7.0 7.0～11
第一章 开采沉陷损害类型及特征
第一节 第二节 第三节 第四节 及井筒损害 第五节 开采沉陷导致的工程地质损害 开采沉陷土地损害 开采沉陷房屋损害 开采沉陷地面及地下构筑物损害 开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的工业广场设施
第六节
近地表开采（挖）损害
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第一篇 开采损害类型及特征
第一章 开采沉陷损害类型及特征
矿山开采包括露天开采和地下开采两大类。下面以地下开采损害为
主，阐述各类损害及其特征。
第一节
开采沉陷土地损害
一、开采沉陷土地损害现状
目前，我国采矿业每年占用和破坏的土地约达3.4万公顷，其中仅每年 煤炭开采形成的地面塌陷就约达3.0万公顷，累计已达约50万公顷，且每年 还将以3万公顷左右的速度增长。
地 表 变 形 值 损坏 等级 建 筑 物 损 坏 程 度 水平变形 mm/m 自然间砖墙上出现宽度 1-2mm 的裂缝 Ⅰ 自然间砖墙上出现宽度小于 4mm 的裂缝； 多条裂 缝总宽度小于 10mm 自然间砖墙上出现宽度小于 15mm 的裂缝，多条 裂缝总宽度小于 30mm；钢筋混凝土梁、柱上裂 缝长度小于 1/3 截面高度；梁端抽出小于 20mm； 砖柱上出现水平裂缝，缝长大于 1/2 截面边长； 门窗略有歪斜 自然间砖墙上出现宽度小于 30mm 的裂缝，多条 裂缝总宽度小于 50mm；钢筋混凝土梁、柱上裂 缝长度小于 1/2 截面高度；梁端抽出小于 50mm； 砖柱上出现小于 5mm 的水平错动； 门窗严重变形 自然间砖墙上出现宽度大于 30mm 的裂缝，多条 裂缝总宽度大于 50mm； 梁端抽出小于 60mm； 砖 柱出现小于 25mm 的水平错动 Ⅳ 自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、 上下贯通裂缝， 以及墙体严重外鼓、歪斜；钢筋混凝土梁、柱裂 缝沿截面贯通；梁端抽出大于 60mm 砖柱出现大 于 25mm 的水平错动；有倒塌危险 6.0 0.6 10.0 极度严 重损坏 拆建 2.0 0.2 3.0 曲率 K 10 /m
而对其本身也就不会带来损害，但当地表下沉量大，地下水位又很高时，造成房屋
周围长期积水或受潮，改变了房屋所处的环境，会降低地基的强度。不均匀下沉造 成房屋损害的最普遍形式就是产生不同程度的房屋斑裂，一般不均匀下沉的上方墙
体就产生倾斜裂缝，严重时就会影响房屋的使用甚至会使房屋破坏而废弃。
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（四）地表水平变形对房屋的损害 地表水平变形对房屋的破坏作用很大，尤其是拉伸变形。由于房屋的抵
抗拉伸能力远小于抵抗压缩的能力，所以较小的地表拉伸变形就能使房屋产
生开裂性裂缝，砖砌体的结合缝，房屋的结构点（如房梁）易被拉开。当压 缩变形较大时，可使房屋墙壁、地基压碎，地板鼓起产生剪切和挤压裂缝，
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第三篇 矿山环境保护
第十四章 第十五章 第十六章 第十七章 第十八章 第十九章 第二十章 村庄、城镇建筑物的地上保护措施 开采沉陷盆地土地治理 矿山固体废弃物处理 矿区水环境与水资源化 矿山环境质量评价 开采损害防治新理论、新技术及其应用 矿区环境与可持续发展
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图1-5 采动引起轨道横向扭曲变形
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（二）地表纵向倾斜移动变形损害 地表纵向倾斜变形使道路爬行坡度增大，两站之间的区间坡度大于 1:80 （12.5‰）时车辆行使困难，可能会破坏列车的正常运行和调车场的工作， 为此需要增加列车的牵引力和制动力。采动线路中出现高差大于 200mm的鞍 形断面或盆形断面时，为了恢复轨道的正常坡度，必须进行大量的维修作。 （三）地表波浪起伏沉陷损害
水冲刷、侵蚀后形成塌陷破坏坑（图1-2）和泥石流等地质灾害。
图1-1采动地表裂缝破坏
图1-2采动地表塌陷坑破坏
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（二）降低了地表标高，形成低洼积水坑或沼泽地。
（三）开采引起湿陷性黄土裂缝损害。
三、土地沉陷损害分级
我国目前还没有关于土地沉陷损害的分级标准，根据土地沉陷的 特点一般可将土地沉陷损害分为4个等级，见表1-1。
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（五）开采沉陷引起路基稳定性损害
采动地表沉陷过程的拉伸、压缩、倾斜变形减小了路基的
内摩擦力和内聚力，会引起路基承载能力的下降，导致边坡的 滑移甚至滑坡灾害发生。
（六）铁路、公路保护（损害）分级
我国在“三下规程”中规定：一等火车站、高速公路为Ⅰ级 保护对象；二等火车站、一级公路为Ⅱ级保护物；三、四等火 车站，为Ⅲ级保护物。国外将国铁、高等级公路列为Ⅰ～Ⅱ保 护物，普通公路列为Ⅲ～Ⅳ保护物。
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第二节 开采沉陷房屋损害
地下开采对地表房屋的损害主要是由采动地表在垂直方向的移动变形（下沉、
倾斜、曲率、扭曲）和水平方向的移动变形（水平移动、拉伸与压缩变形）以及地 表平面内的剪应变引起。
一、开采沉陷房屋损害类型
（一）下沉对房屋的损害 一般，当房屋所处的地表出现均匀下沉时，房屋的结构不会产生附加应力，因
埋设各类地下管线在通过矿区沉陷区时，都应事先论证，根据预计的
下沉引起的各种有关的变形值及埋设管线、材料、土质类型等论证，其抗 变形能力是否超过其允许变形值，若小于则安全，否则应采用特殊措施加
以安全保护。
开采损害与环境保护 第四节 开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的 工业广场设施及井筒损害
一、概述
随着开采煤层深度的加深和开采煤层层数的增多，井筒与工业广场煤柱 的压煤量也越来越大。井筒煤柱的煤层一般赋存稳定，开采条件好，开拓开 采都十分方便。同时运输距离短，耗电量少，吨煤成本低能取得较好的经济 技术效益。 井筒煤柱开采系指要利用原有的井筒及其它的主生产系统，来回收自身 的保护煤柱，因此井筒煤柱的开采涉及井筒、主要生产系统及其工业广场建 筑设施三大系统的保护，故具有它的特殊性和复杂性。
二、下沉土地损害形式
开采沉陷引起土地损害的形式可归纳为以下几种形式： （一）开采沉陷引起的地表裂缝、台阶下沉、塌陷坑及滑坡破坏。
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此破坏对土地的损害也最为严重。如：陕西开采时间最长的铜川矿区，由 于开采形成的地裂缝比比皆是（图1-1），市区内因采动引起的新老滑坡154 处，崩塌和坠落体351处。澄合矿区巨厚湿陷性黄土覆盖层开采地表裂缝经雨
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六盘水师范学院矿业工程系 2013.8
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目录
第一篇 开采损害类型及特征
第一章 第二章 第三章 第四章 开采沉陷损害类型及特征 开采ຫໍສະໝຸດ Baidu动力损害 开采大气损害 开采废弃物（尾矿）损害
第五章
开采对生态环境的影响
开采损害与环境保护
第二篇 开采损害防治
第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 岩层移动变形机理 开采沉陷的一般规律 开采损害的监测与评价 保护煤（岩）柱或矿（岩）柱的留设 建筑物下采煤 铁路下采煤 水体下采煤 承压含水层上采煤
土地沉陷损害分级 A级 下沉大于100mm，小于500mm 表1-1 对土地影响轻微
B级
C级 D级
下沉大于500mm，小于1500mm
下沉大于1500mm，小于3000mm 下沉大于3000mm
对土地产生明显的影响
对土地产生严重的影响 一般积水而无法耕作
注：对于地表沉陷裂缝带，塌陷坑等无法耕种的沉陷损害，均可归于 D级损害
生了扭曲变形，导致房屋扭转变形的产生。
开采引起的房屋损害类型见图1-4所示。
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二、开采房屋损害程度分级
我国在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》 （以下简称“三下采煤”规程）中将长度或变形缝区段内长度小于20m的砖 混 结构房屋破坏分为四个等级，见表1-2。其它结构类的建（构）筑物可参照 表1-2执行，表 1-3给出了土筑平房破坏等级与地表变形的对应关系。 建筑物（土筑平房）破坏（保护）等级与地表变形的关系 表1-3
图1-3 a）正曲率作用下房屋的受力状态 b)负曲率作用下房屋的受力状态 FR—地表曲率附加力 MR—地表曲率附加力矩
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房屋在受到正、负曲率影响下，将使地基反力重新分布，而使房屋墙壁 在竖直面内受到附加的弯矩和剪力的作用（图1-3），其值超过房屋基础和 上部结构的极限强度时，房屋就会出现裂缝。