行建设,给人们的生活生产带来不便;地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时
处理,对露天开采带来了严重的隐患,同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。
(
2)自 20 世纪末以来,我国矿业开采秩序较为混乱,非法无序的乱采滥挖在一些矿
山及其周边留下了大量的采空区,这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一
。山西、广
西、甘肃等省的许多矿山都存在大量的采空区,致使矿山开采条件恶化,引起矿柱变形、相
邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌陷等,更为严重的是空区突
然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏,这些都给矿山安全生产构成严重
威胁,并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。
4. 采空区治理时应着重考虑的几个影响因素
4.1 断层对地表移动与变形的影响。
断层对地表移动与变形产生影响的原因在于断层带处岩层的力学强度大大低于周围岩
层的力学强度。由于应力的集中作用,故使该处成为岩层变形集中的有利位置;地下煤层开
采后,在上覆岩层发生移动与变形的同时,岩层还沿着断层面发生滑动,于是在断层基岩
露头处的地表就出现台阶状的破坏。在断层露头处的地表变形加剧,大大地超过了正常值,
而位于断层露头两侧附近的地表变形变得缓和,小于正常值。故在建筑物平面布置时,重要
建筑物应尽量避开断层基岩露头带。
4.2 地下水大量流失对建筑物的影响。
煤层回采后凡是断裂带波及到的基岩含水层(砂岩、页岩、石灰岩)
,含水层的水体要
溃入工作面。砂岩、页岩含水层水体属于孔隙裂隙水,如果不具备补给条件,经过长期流失
会造成含水层被疏干。因含水层水体流失而形成的空洞也是残余变形影响的一个重要因素,
不容忽视。
4.3 采空区残留煤柱。
残留煤柱基本特征是:工作面区段隔离煤柱倾斜长一般
10m,不回收;薄煤带属于未
开采区;断裂构造煤柱不回收。上山煤柱一般在采区结束前收,只能回收大部分;采区边界
煤柱不回收,宽
20 m 左右;冲积层防水煤柱永久不回收;矿井边界煤柱宽 50 ~ 60m,永
久不回收;大巷煤柱、工业广场煤柱一般在矿井闭坑前回收。
4.4 采空区残留人工工程。
一个矿井或采区报废后,采空区残留人工工程主要有上山及联络巷、采区车场、井底车
场、水仓及各种硐室大巷、转载硐室等。一般地,矿井的这些工程所涉及的面积和体积都是十
分巨大的。这些残留工程因矿井报废失去维护,时间长以后逐渐垮塌。如果这些巷道集中在
某段时间垮塌,远比回采
2m 厚的煤层所带来的地表沉降要严重。因此,在选择建筑地基时
应避开残留人工工程区。
5. 采空区建筑物地基的稳定性分析方法
采空区建筑地基的危害程度及稳定性评价在国内外都属于一个较新的课题。在采空区上
方修建建筑物的关键问题是对采空区建筑地基的稳定性评价问题。目前,我国的相关分析方
法有以下三种。
5.1 力平衡分析法。
如图
1 所示,矿层采空后其顶板岩块 ABCD 因重力 W 的作用而下沉,两边的楔体
ABM 和 CDN 也对其施加水平压力 P。因此,在 AB 和 CD 两个面上又受到因 P 的作用而产
生的摩阻力
f 的抵抗。现取采空段(巷道) 单位长度为计算单元,则作用在巷道顶板的压力
为:
Q=W-2f (1)
W=BHγ (2)
f=Ptanφ= 1 2 γH2 〔45°- φ 2 〕 (3)
P= γH 2tan2 〔45°- φ 2 〕 (4)