“三下”采煤地面保护技术研究

“三下”采煤地面保护技术研究

中图分类号：td823.83 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）11-0278-01

开采对地表房屋的损害主要是由采动所产生的不均匀沉降而产生的移动变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲、水平移动、拉伸与压缩变形、剪切与扭曲）引起的。开采所产生的地表移动变形，破坏了建筑物与基础之间的初始平衡状态。伴随着力系的重新建立，房屋结构中产生附加应力，从而导致房屋发生变形，当地表变形超过了房屋的抗变形能力时，房屋就将产生破坏。不同性质的地表移动变形，对房屋的影响是不同的。

一、开采变形对房屋的损害影响

1.下沉对房屋的损害影响

地表出现均匀下沉时，房屋的结构不会产生附加应力，因此，均匀沉降不对房屋本身带来损害。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。影响房屋使用甚至使房屋破坏，主要是开采影响的不均匀沉降造成的。

2.倾斜对房屋的损害

地表倾斜将引起房屋的歪斜。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。

3.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。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（如图2-21所示），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。

在正曲率变形作用下，房屋产生倒八字形裂缝，裂缝最大宽度在其上端；在负曲率变形作用下，房屋产生正八字形裂缝，裂缝的最大宽度在其下端。在采深较小、建筑物整体尺寸较大的条件下，地表曲率变形对建筑物的损害较严重，一般当采深与采厚比h/m300时，地表曲率变形对房屋影响较小。

4.地表水平变形对房屋的损害

地表水平变形对房屋的破坏影响最为明显，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裂缝，砖砌体的结合缝、房屋的结构点（如房梁）易被拉开。我国众多矿区的开采实践表明，当地表水平拉伸变形大于1.5mm/m时，一般砖石承重的建筑物墙体就会出现细小的竖向裂缝。当压缩变形较大时，可使房屋墙壁和地基压碎，地板鼓起产生剪切和挤压裂缝，可使门窗洞口挤成菱形，纵墙或围墙产生褶皱或屋顶鼓起。

5.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置时，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。

6.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生了扭曲变形，导致房屋扭转变形的产生。

二、开采引起的房屋损害程度分级

开采形成的沉陷对房屋的损害程度，一是取决于地表移动变形量，二是取决于房屋在沉陷盆地的位置，三是取决于房屋本身的结构条件，四是取决于房屋基础及其所处的承载地层的性质。我国矿区涉及采动损害的房屋主要是矿区工业和民用建筑及农村村庄房屋，多为砖混结构楼房以及砖混、砖木结构和土筑平房等。由于建筑物结构和抵抗变形能力不同，因此在划分破坏等级标准时，应区别对待。

三、“三下”采煤地面保护技术概述

地下采煤活动对地表建（构）筑物的影响主要有三种情况：其一是对已有建（构）筑物的影响，这种情况主要是地表的建（构）筑物在地下采煤活动进行之前就已经存在，但在修建建（构）筑物时，未考虑地下采煤活动产生的地表影响对其的影响，或对之预计不足，造成已有建（构）筑物不同程度的损坏或破坏，对这类建（构）筑物所采取的技术方法主要为维修或加固，并需考虑采动的后续影

响。其二是对新建建（构）筑物的影响，这种情况主要在已知地下采煤活动条件下，充分考虑地下采煤活动产生的地表影响，从设计上考虑建（构）筑物的抗变形能力，即在井田上方先建抗采动影响建（构）筑物，之后再进行地下煤炭资源的回收。在建设初期充分考虑未来地下采煤活动对新建建（构）筑物的不利影响，进行新建建（构）筑物的抗采动影响设计，以保证地表的建（构）筑物在受影响时，其损坏程度不至于危害建（构）筑物的安全使用功能。其三是地下采煤活动已经结束，但对地表的影响仍然存在，为缓解建设用地紧张的实际情况，在已经形成的沉陷区新建建（构）筑物，主要考虑地表残余移动与变形对拟建建（构）筑物的不利影响。在上述几种情况中，无论是对已有建（构）筑物进行维修加固，还是在采动影响区新建建（构）筑物，都必须充分考虑采动对所建建（构）筑物的不利影响，进行抗采动影响的加固或设计。

由于“三下”采煤地面保护技术是针对开采所产生的地表移动与变形影响所采取的技术措施，因此，无论是对已有建（构）筑物进行加固，还是在采动影响区新建建（构）筑物，都必须对采动影响下的地表移动与变形进行预测，根据地下采煤引起的地表移动与变形及变形量值进行设计。如前所述，不同性质的地表移动与变形对地表的建（构）筑物的影响是不同的，但它们共同的特点是地表移动与变形对建（构）筑物形成的附加力都是通过建（构）筑物的基础传递给上部结构的。地表均匀下沉，一般不会在建（构）筑物内形成附加内力；而采动影响下的地表下沉往往是不均匀的，即使从

最终结果看，有些区域的最终沉降是相同的，但却是在地表不均匀沉降的过程中逐步形成的，在这一过程中必然对地表建（构）筑物产生附加应力。地表的水平变形往往在建筑物的基础部分产生水平的压力（拉力）、基础的侧土压力，对建筑物的危害程度甚大。地表的曲率变形使建筑物的地基与基础之间的接触状态发生变化，地基与基础间的应力会发生重分布，在建筑物的基础及上部结构中产生附加弯距和附加剪力，其弯距的大小与建筑物计算方向的长度的平方和上部荷载等成正比，对建筑物的危害程度最大。在采动影响区，建筑物最常见的正、反“八”字形裂缝就是地基曲率变形对建筑物危害表象。

在沉陷区这一不良地层的地质作用条件下建造建筑物，国内外已有专门的规范和规程，在《岩土工程勘察规范》（gb50021—2001）中，对采空区建设场地的勘察已有较为详细的要求；在《“三下”采煤规程》中，对采空区建筑物的平面布置、建筑设计和地基基础设计等也有具体的原则性条款；采动区建筑物结构设计，在国内尚无系统的规范和规程，但国内一些工程技术人员的研究成果和实践经验已趋于一致。从国内外的规范与规程到目前的研究成果，基本肯定了在沉陷区建造抗采动影响建筑物除了进行特殊的岩土工程地质勘察之外，还应遵从以下技术途径，可简要地概括为地基的稳定性评价、建筑物的抗采动影响设计和抗采动影响构造及施工等。作者简介

杨明会，男，大专学历，采矿工程师，现任东海煤矿工程师，主