采空區(qū)移動盆地結(jié)束后建筑的適宜性評價

段繼平

【摘要】對于長壁工作面正規(guī)大面積開采而言，地下煤層開采結(jié)束以后，當(dāng)?shù)乇戆肽昀塾嬒鲁亮啃∮?0mm，此時可認(rèn)為地表移動穩(wěn)定。當(dāng)在此采空區(qū)地表不進行大規(guī)模工程建設(shè)時，地表會一直保持這種穩(wěn)定狀態(tài)。但若在此采空區(qū)上地表新建建（構(gòu)）筑物，就可能破壞這種已平衡狀態(tài)，而使覆巖重新發(fā)生較大的移動變形。

【關(guān)鍵詞】采空區(qū)；覆巖破壞；荷載影響深度お

Gob after the end of the building mobile Basin suitability assessment

Duan Ji—ping

（Jincheng coal mine production safety management centerJinchengShanxi048000）

【Abstract】For the longwall face in terms of regular large—scale mining， underground coal mining ended， the local table is less than half the cumulative sinking 30mm， ground movement can be considered stable at this time. Mined in this area when the surface is not large—scale construction， the surface will remain in this steady state. However， if the mined—out area on the surface of this new building （structures）， may undermine the balance of this already， leaving the re—occurrence of the larger overburden movement and deformation.

【Key words】Gob；Overburden failure；Loads affect the depth ofお

1. 概況

某地擬建一甲醇廠，其中一部分為××煤礦的采空區(qū)，該區(qū)域地下老采空區(qū)開采時間大部分為上世紀(jì)80年代中后期，開采煤層有3和9號2層煤，采深80～130米，總采厚6米左右。

對于長壁工作面正規(guī)大面積開采而言，地下煤層開采結(jié)束以后，當(dāng)?shù)乇戆肽昀塾嬒鲁亮啃∮?0mm，此時可認(rèn)為地表移動穩(wěn)定。當(dāng)在此采空區(qū)地表不進行大規(guī)模工程建設(shè)時，地表會一直保持這種穩(wěn)定狀態(tài)。但若在此采空區(qū)上地表新建建（構(gòu)）筑物，由于新建建（構(gòu)）筑物的荷載向地下有一定影響深度，當(dāng)這個深度與地下采空區(qū)的垮落帶、斷裂帶相交疊時，就會破壞垮落斷裂帶業(yè)已平衡狀態(tài)，而使覆巖重新發(fā)生較大的移動變形。

2. 覆巖破壞高度計算

（1）煤層開采后，一般上覆巖層形成垮落帶、斷裂帶、彎曲帶。在垮落帶，巖層被斷裂成塊狀，巖塊間存在較大孔隙和裂縫。在斷裂帶，巖層產(chǎn)生斷裂、離層、裂縫，巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞。在彎曲帶，巖層基本上呈整體下沉，但軟硬巖層間可形成暫時性離層，其巖體結(jié)構(gòu)破壞輕微。因此，垮落帶、斷裂帶的巖層雖經(jīng)多年的壓實，仍不可避免地存在一定的裂縫和離層，其抗拉、抗壓、抗剪強度明顯低于原巖的強度。如果新建建筑物荷載傳遞到這兩帶，在附加荷載作用下會進一步引起沉降和變形，甚至造成建筑物的破壞。

（2）垮落斷裂帶的發(fā)育高度，主要與開采煤層的厚度、傾角、開采尺寸、覆巖巖性、頂板管理方法等有關(guān)，參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，選取計算公式如下：

H=100∑M/（4.7∑M+19）±2.2

式中：∑M——每個煤層的累計采厚，m。

（3）由于該區(qū)域開采2個煤層，累計開采厚度6m左右，代入公式計算得H裂=15m。由計算結(jié)果可知，垮落斷裂帶的最高發(fā)育高度位于3號煤層之上15m。

3. 建（構(gòu)）筑物荷載影響深度計算

（1）建（構(gòu)）筑物的建造使地基土中原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起地基變形，出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降。建（構(gòu)）筑物荷載的影響深度隨建筑荷載的增加而增大。一般地，當(dāng)?shù)鼗薪ㄖ奢d產(chǎn)生的附加應(yīng)力等于相應(yīng)深度處地基層的自重應(yīng)力的20%時，即可以認(rèn)為附加應(yīng)力對該深度處地基產(chǎn)生的影響可忽略不計，但當(dāng)其下方有高壓縮性土或別的不穩(wěn)定性因素，如采空區(qū)垮落、斷裂帶時，則應(yīng)計算附加應(yīng)力直至地基自重應(yīng)力10%位置處，方可認(rèn)為附加應(yīng)力對該深度處的地基不產(chǎn)生多大影響。該深度即為建（構(gòu)）筑物荷載影響深度（H影）。

σ璫=r1h1+r2h2+…+r璶h璶

地基中自重應(yīng)力用下式計算：

式中：r1、r2、…、r璶——為地基中自上而下各層土或巖石的容重，KN/m3；

h1、h2、…、h璶——為地基中自上而下各層土或巖石的厚度，m。

該區(qū)域第四系表土層厚取20m，表土層計算容重取20KN /m3，以下巖層計算容重取25KN /m3。

地基附加應(yīng)力按下式計算：

σ璟=kP0

式中：

k——各種荷載（矩形、方形、條形荷載等）下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)；

P0——作用于基礎(chǔ)底面平均附加壓力，KN/ m2；

P0= P — r0D

P——建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)底面處豎向均布荷載，KN/ m2；

r0——基礎(chǔ)底面標(biāo)高以上天然土層的容重，r0=20KN/ m3；

D——基礎(chǔ)埋深，m。

表1氣化框架建（構(gòu)）筑物荷載影響深度計算表

深 度 （m）基底下深度 地面下深度

附加應(yīng)力ぃ↘N/m2） 自重應(yīng)力ぃ↘N/m2）

0 20 300 400

10 30 159 650

15 35 106 775

18 38 88 850

20 40 74 900

（2）擬建工程中，氣化爐單位面積荷重最大（約42t/m2），氣化框架平面尺寸為34×10.5m2，整個框架平面內(nèi)單位面積荷重考慮為300KN /m2（約30t/m2）；產(chǎn)品罐區(qū)建筑平面尺寸最大（約150×60m2），單位面積荷重考慮為200KN/m2。由于尚沒有進行地基工程勘察，基礎(chǔ)埋置深度沒法確定，根據(jù)類似工程經(jīng)驗一般采用樁基礎(chǔ)，假設(shè)樁基埋深20m。分別以氣化框架、產(chǎn)品罐區(qū)建筑作為計算對象，假定整個建筑荷重作用在給出的平面尺寸的矩形基礎(chǔ)上，按最不利情況考慮，基礎(chǔ)假定為樁基，單位面積建筑荷重作為作用于基礎(chǔ)底面（20m深處）平均附加壓力，按均布矩形荷載計算地基附加應(yīng)力。式中豎向附加應(yīng)力系數(shù)k可查表取值，計算見表1、表2。

表2產(chǎn)品罐區(qū)建（構(gòu)）筑物荷載影響深度計算表

深 度 （m）基底下深度 地面下深度

附加應(yīng)力ぃ↘N/m2） 自重應(yīng)力ぃ↘N/m2）

0 20 200 400

10 30 196 650

20 40 183 900

30 50 162 1150

40 60 139 1400

（3）需要說明的是，地基附加應(yīng)力是從基礎(chǔ)底面算起的，地基自重應(yīng)力是從地面算起的，兩者相差20m，計算地基附加應(yīng)力相當(dāng)于地基自重應(yīng)力10%處深度，即為建筑荷載影響深度，此處氣化框架、產(chǎn)品罐區(qū)的建（構(gòu)）筑物荷載影響深度分別為39m、60m（從地面算起）。

考慮一定的安全系數(shù)，擬建工程新建建（構(gòu)）筑物的荷載影響深度取60m，也即：H影=60m。

4. 采空區(qū)地基穩(wěn)定性

煤層開采后，采空區(qū)垮落斷裂帶不再因新加建筑荷載擾動而重新移動時，最小采深（H臨）應(yīng)該大于垮落斷裂帶高度（H裂）與建筑荷載影響深度（H影）兩者之和，即：

H臨>H裂+H影

當(dāng)實際采深大于H臨時，建筑荷載不會使垮落斷裂帶重新移動；當(dāng)實際采深小于H臨時，覆巖和地表會再次發(fā)生較大的不均勻移動。

根據(jù)前面計算，H裂=15m，擬建工程新建建（構(gòu)）筑物的荷載影響深度H影=60m，兩者之和為75m，而該區(qū)域煤層開采深度為80～130m，即最小采深為80m。因此，擬建工程新建建（構(gòu)）筑物的建筑荷載不會使采空區(qū)再次發(fā)生較大不均勻沉降。

5.結(jié)論

以上是依據(jù)產(chǎn)品罐區(qū)平面尺寸150×60m2，單位面積荷重考慮為200KN/m2作為計算基礎(chǔ)，擬建工程新建建（構(gòu)）筑物的建筑荷載不會使采空區(qū)再次發(fā)生較大不均勻沉降。若改變基礎(chǔ)尺寸或單位面積建筑荷重增大，則建筑荷載影響深度也相應(yīng)增大，當(dāng)荷載比之大時，新建建（構(gòu)）筑物的建筑荷載可能使采空區(qū)再次發(fā)生較大不均勻沉降，對新建建（構(gòu)）筑物的保護不利，應(yīng)對地下采空區(qū)進行注漿處理或加大建（構(gòu)）筑物的抗變形結(jié)構(gòu)技術(shù)措施。

參考文獻

[1]《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》 煤炭工業(yè)出版社2004.

[2]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007—2002） 中華人民共和國建設(shè)部 國際質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局2002.