小煤礦開采沉陷損害技術(shù)鑒定方法分析

陳銀翠

（安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮北 235000）

小煤礦開采沉陷損害技術(shù)鑒定方法分析

陳銀翠

（安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽淮北 235000）

小煤礦采區(qū)面積小，且多位于采空區(qū)較多的老礦區(qū)。經(jīng)過長(zhǎng)期不斷重復(fù)采動(dòng)，地質(zhì)條件發(fā)生了很大變化，容易引起地表沉陷，老采空區(qū)的存在也會(huì)加大沉陷量和沉陷范圍，將會(huì)對(duì)礦區(qū)內(nèi)及周邊地面建筑物造成嚴(yán)重?fù)p害，需要進(jìn)行技術(shù)鑒定。結(jié)合小煤礦特殊的地質(zhì)采礦條件，提出可根據(jù)開采情況進(jìn)行井上下實(shí)測(cè)和地表?yè)p害顯現(xiàn)特征分析方法鑒定，同時(shí)應(yīng)采用概率積分法進(jìn)行地面沉陷預(yù)計(jì)，確定采動(dòng)影響范圍。為類似小煤礦開采損害鑒定工作提供了可參考的鑒定技術(shù)模式。

小煤礦；開采損害；技術(shù)鑒定；建筑物

按照我國(guó)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，將礦井劃分為大型、中型、小型三種類型，其中0.3Mt／a及以下的礦井稱為小型礦井，俗稱“小煤礦”［1］。由于歷史開采原因，礦井可能已經(jīng)過不同企業(yè)主的多次開采，不同程度地存在著老采空區(qū)，當(dāng)進(jìn)行井下開采時(shí)，老采空區(qū)會(huì)增大地表沉陷范圍與沉陷量，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)突陷，造成礦區(qū)內(nèi)及周邊的建（構(gòu)）筑物設(shè)施遭到破壞；與大型煤礦相比，小煤礦多地處煤層稀薄或大型煤礦邊角煤賦存地帶，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，受自然因素影響，許多非采礦因素也會(huì)造成建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生損害，而礦方大多只愿意承擔(dān)由其地下開采造成的損害責(zé)任，這樣企業(yè)與當(dāng)?shù)卣?、房屋業(yè)主之間將會(huì)產(chǎn)生矛盾，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了不利影響。這就要求對(duì)小煤礦開采影響區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的損害技術(shù)鑒定。本文鑒于小煤礦復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)狀況，歸納和總結(jié)了小煤礦開采損害的鑒定方法和技術(shù)手段，并以淮南市大通區(qū)九二煤礦開采損害鑒定分析為實(shí)例，對(duì)類似工程提供理論指導(dǎo)。

1 開采情況調(diào)查和井上下實(shí)測(cè)判別

1.1 開采情況調(diào)查

在進(jìn)行開采損害技術(shù)鑒定之前，通過收集、分析鑒定區(qū)的地質(zhì)報(bào)告、礦井井上下對(duì)照?qǐng)D、采掘工程平面圖、剖面線圖、鉆孔柱狀圖、建筑物結(jié)構(gòu)及居民分布等資料對(duì)小煤礦歷史開采情況和目前開采情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，為開采損害技術(shù)鑒定提供依據(jù)。

1.2 井上下實(shí)測(cè)

大多數(shù)情況下，小煤礦企業(yè)技術(shù)資料管理工作不完善，往往不能提供完全真實(shí)的開采資料，此時(shí)鑒定工作便相對(duì)復(fù)雜。針對(duì)小煤礦這種情況，根據(jù)小煤礦采區(qū)范圍，依據(jù)區(qū)內(nèi)國(guó)家測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)或國(guó)土資源相關(guān)部門設(shè)置的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，在鑒定區(qū)范圍內(nèi)建立獨(dú)立的區(qū)域平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，利用測(cè)量技術(shù)手段，對(duì)受損建筑物位置、鑒定區(qū)地形斷面、井下開采工作面和現(xiàn)有巷道進(jìn)行測(cè)量，并把測(cè)量成果繪制到礦區(qū)井上下對(duì)照?qǐng)D上，以確定井下開采工作面與地面受損建筑物的相對(duì)位置關(guān)系，進(jìn)而判別建筑物損害是否受井下采動(dòng)影響。

2 地面沉陷預(yù)計(jì)判別

在收集真實(shí)有效的礦井地質(zhì)采礦資料后，可以通過地表沉陷預(yù)計(jì)的方法確定井下開采工作面對(duì)地表的影響范圍。目前，我國(guó)進(jìn)行地表沉陷預(yù)計(jì)的主要方法是采用2000年原國(guó)家煤炭工業(yè)局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要巷道煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)程》”）中提供的概率積分法。采用概率積分法，選用適當(dāng)?shù)念A(yù)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以獲得井下開采引起的地表下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變形值，確定出開采影響范圍，在影響范圍內(nèi)的建筑物根據(jù)《規(guī)程》中給定的建筑物損壞程度、地表變形限值，結(jié)合建筑物實(shí)際破壞情況，定量確定出各建筑物破壞等級(jí)，并根據(jù)破壞等級(jí)確定賠償金額。［2］

3 地面顯現(xiàn)特征判別

對(duì)鑒定區(qū)地面和建筑物損害情況進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，通過其顯現(xiàn)的地面沉陷和建筑物損害特征進(jìn)行分析鑒定。基于地面破壞情況的鑒定方法主要有以下三種方法［3］29－31：①建筑物裂縫特征判別；②地裂縫特征判別；③裂縫出現(xiàn)時(shí)間判別。

3.1 建筑物裂縫特征判別

通常情況下，井下開采引起的建筑物裂縫與自然因素引起的裂縫是不同的，具有明顯的規(guī)律性和特殊性。井下開采會(huì)引起地面的下沉、傾斜、曲率、水平移動(dòng)和水平變形。因采動(dòng)引起的建筑物損害主要是由于地表曲率變形和水平變形。當(dāng)建筑物位于地表下沉盆地內(nèi)邊緣區(qū)時(shí)，建筑物的損害主要受負(fù)曲率和壓縮變形的作用，負(fù)曲率使建筑物產(chǎn)生正八字裂縫（如圖1a），壓縮變形使墻體、地基壓碎，地板鼓起，產(chǎn)生剪切和擠壓裂縫，門窗洞口擠成菱形，磚砌體墻產(chǎn)生水平裂縫，縱墻或圍墻產(chǎn)生褶曲或屋頂鼓起等；當(dāng)建筑物位于地表下沉盆地外邊緣區(qū)時(shí)，建筑物損害主要是正曲率和拉伸水平變形作用，正曲率使建筑物產(chǎn)生倒八字裂縫（如圖1b），拉伸變形使建筑物產(chǎn)生開裂性裂縫，一般的在門窗洞口的薄弱部位易產(chǎn)生裂縫，磚砌體的結(jié)合縫，建筑物結(jié)點(diǎn)（如梁結(jié)構(gòu)）亦易被拉開。根據(jù)建筑物裂縫出現(xiàn)的位置和大小分布特點(diǎn)，可以判定出有影響的開采的方向。

圖1 地面曲率變形引起的建筑物破壞示意圖

3.2 地裂縫特征判別

井下采動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，地面會(huì)產(chǎn)生裂縫。一般情況下，大型煤礦機(jī)械化程度高，開采工作面比較規(guī)則，形成的地裂縫方向性較強(qiáng)；而小煤礦由于開采不規(guī)則，地面往往形成不規(guī)則的、規(guī)模較小的地裂縫［4］14－18。因此，在進(jìn)行小煤礦開采損害技術(shù)鑒定時(shí)，可以根據(jù)調(diào)查和測(cè)量地裂縫的大小及走向的綜合情況來判別井下采動(dòng)是否對(duì)地面建筑物造成影響。如果采動(dòng)影響區(qū)周邊出現(xiàn)地裂縫，且裂縫向采動(dòng)區(qū)逐漸增大、增多，并且裂縫走向平行或近似平行于采區(qū)邊界，則可以初步認(rèn)定為地裂縫為井下開采引起。

3.3 裂縫出現(xiàn)時(shí)間判別

建筑物與地裂縫出現(xiàn)的時(shí)間也是進(jìn)行技術(shù)鑒定的一個(gè)重要因素。由于小煤礦開采時(shí)間較長(zhǎng)、重復(fù)開采早已造成了地面和建筑物出現(xiàn)了裂縫。在進(jìn)行裂縫調(diào)查時(shí)，裂縫出現(xiàn)的時(shí)間很難準(zhǔn)確判別，新老裂縫肉眼很難區(qū)分開來，但建筑物墻體上和地面上剛剛出現(xiàn)的新裂縫是可以判別出來的。如：地面和墻體有明顯的新近出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象、老裂縫出現(xiàn)增大或相對(duì)移動(dòng)等。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，結(jié)合小煤礦井下開采的時(shí)間和烈度，也可以作為一種技術(shù)鑒定的輔助判定方法。

4 其它地質(zhì)災(zāi)害影響因素判別

除井下煤層采動(dòng)影響外，其他地質(zhì)災(zāi)害因素也會(huì)引起建筑物和地面產(chǎn)生裂縫。如：區(qū)域構(gòu)造、斷層、巖溶構(gòu)造、老采空區(qū)、邊坡穩(wěn)定性、房屋建筑結(jié)構(gòu)和地基穩(wěn)定性等。這些影響因素可以利用物探鉆孔、鑒定區(qū)地形斷面測(cè)繪、井下開采工作面地質(zhì)調(diào)查和建筑物結(jié)構(gòu)調(diào)查等方法進(jìn)行判別鑒定。

區(qū)域構(gòu)造：通過對(duì)小煤礦地質(zhì)開采條件和歷史采動(dòng)資料進(jìn)行綜合分析，判別原有的區(qū)域構(gòu)造形態(tài)是否對(duì)采空區(qū)沉陷有直接影響，是否對(duì)區(qū)內(nèi)地面及建筑物造成損害。

斷層：根據(jù)實(shí)測(cè)繪制的井上下對(duì)照?qǐng)D和地面沉陷預(yù)計(jì)的下沉等值線圖分析，確定斷層與開采工作面、下沉盆地的相對(duì)位置關(guān)系，判別井下開采時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)斷層活化現(xiàn)象，同時(shí)結(jié)合地表是否有加大的、延伸性地裂縫的存在，加以判別是否對(duì)地面和建筑物造成損害。

巖溶構(gòu)造：在鑒定區(qū)內(nèi)布設(shè)鉆孔，利用鉆探資料分析區(qū)內(nèi)地面下部巖層的物理性質(zhì)和賦存狀態(tài)，判別是否存在巖溶構(gòu)造及損害影響的程度。

老采空區(qū)：小煤礦多為復(fù)采大礦邊角煤或淺部煤層，經(jīng)歷過多次開采后已對(duì)礦井的地質(zhì)構(gòu)造造成破壞，形成了老采空區(qū)。重復(fù)開采使得原來已經(jīng)穩(wěn)定的老采空區(qū)活化，形成二次沉陷，加大了沉陷量和沉陷范圍?？衫梦锾郊夹g(shù)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行綜合勘查，結(jié)合煤礦的開采歷史資料綜合判別其影響范圍和破壞程度。

建筑物結(jié)構(gòu)和地基穩(wěn)定性：小煤礦多位于老礦區(qū)，其周邊建筑物大多建造時(shí)間較長(zhǎng)，多為土筑平房或磚木結(jié)構(gòu)，地基基礎(chǔ)和建筑穩(wěn)定性較差，當(dāng)井下開采的擾動(dòng)延伸至地表，不穩(wěn)定的“磚木”結(jié)構(gòu)對(duì)此反應(yīng)靈敏，很容易造成建筑物地基開裂，裂縫穿過墻體延伸至屋頂，或者墻體呈“拉扯”狀裂縫。建筑物結(jié)構(gòu)和地基穩(wěn)定性也是影響建筑物損害程度的重要因素。

邊坡穩(wěn)定性：對(duì)小煤礦已有的老沉陷區(qū)進(jìn)行斷面測(cè)繪，然后依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》中土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算方法量算沉陷盆地邊坡坡度，對(duì)照土質(zhì)邊坡允許坡度值（見表1），通過分析沉陷區(qū)邊坡坡度及地基巖土組成及其物理、力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，判別沉陷坑邊坡的穩(wěn)定程度，是否會(huì)造成其上建筑物產(chǎn)生拉裂變形。

表1 土質(zhì)邊坡允許坡度表［5］

5 實(shí)例分析

5.1 鑒定區(qū)概況

鑒定區(qū)位于淮南市大通區(qū)九龍崗鎮(zhèn)境內(nèi)，區(qū)內(nèi)有小煤礦九龍崗二公司，屬淮南礦區(qū)煤層賦存邊緣地帶。歷經(jīng)幾十年的開采沉陷，礦區(qū)及周邊形成了老的沉陷盆地。該礦井田東部有斷層F7、F8（如圖2），開采的N3煤層平均厚度3.5m，煤層傾角平均為70°，為急傾斜煤層。

5.2 地面顯現(xiàn)特征分析

根據(jù)對(duì)采動(dòng)影響區(qū)135戶受損建筑物的墻體裂縫和地表裂縫的調(diào)查結(jié)果分析顯示：位于采動(dòng)區(qū)下沉盆地邊緣區(qū)的建筑物出現(xiàn)了不同程度的損害，主要表現(xiàn)為沿煤層開采方向的建筑物和地裂縫發(fā)育明顯。以利民村為例：受拉伸變形影響顯著的有65戶，受壓縮變形影響顯著的有42戶，受拉伸和擠壓變形顯著的有28戶，受損房屋分布大致范圍是向西為受壓變形顯著，向東受拉變形顯著，于兩者之間的是受拉和受壓都比較顯著，破壞比較嚴(yán)重。墻體裂縫主要為“東西走向”，地裂縫主要為“南北走向”，且大致為“南偏西45°”，這與九二煤礦N3槽煤層開采方向相吻合。其中，有部分建筑物出現(xiàn)“正（倒）八字”現(xiàn)象，梁與墻體分離現(xiàn)象，這些現(xiàn)象多出現(xiàn)在門頭，窗臺(tái)；有少數(shù)建筑物墻體呈“菱形”等現(xiàn)象，大部分裂縫及裂隙從地基發(fā)育，經(jīng)墻體、窗口門洞延伸至房頂。由于壓縮引起地面鼓起，拉伸引起地基出現(xiàn)裂縫。

圖2 鑒定區(qū)位置圖

從受損建筑物和地裂縫產(chǎn)生的時(shí)間上來看，由于該礦區(qū)歷史開采時(shí)間比較久遠(yuǎn)，存在有老采空區(qū)，建筑物和地面有老裂縫存在。但大多數(shù)裂縫是近半年時(shí)間產(chǎn)生的，這與該礦的井下開采時(shí)間和強(qiáng)度是一致的，所以可以判定為新裂縫是由井下煤層開采引起的。

5.3 地表沉陷預(yù)計(jì)分析

依據(jù)井下測(cè)繪及調(diào)查結(jié)果，對(duì)靠近礦井東邊界的采掘工作面迎頭位置的N3槽煤層－195m水平（240m水平）上三道采場(chǎng)，采用概率積分法進(jìn)行沉陷預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)結(jié)果顯示：井下開采所引起的地面沉陷涉及面積為118448m2，其最大下沉值為1.6m。沉陷過程中的最大拉伸變形值為＋5.12 mm／m，地面最大水平移動(dòng)為＋240mm，最小水平移動(dòng)為－203mm，走向主斷面上。

表2 建筑物受損情況統(tǒng)計(jì)表

5.4 其它地質(zhì)災(zāi)害因素影響分析

通過利用鉆探、沉陷區(qū)地形斷面測(cè)繪和建筑物結(jié)構(gòu)調(diào)查等方法，對(duì)鑒定區(qū)內(nèi)非采動(dòng)影響因素進(jìn)行了分析，鉆孔資料分析，地下為煤系地層，不具備巖溶塌陷條件，區(qū)內(nèi)F7、F8斷層未穿過煤層，不存在加劇沉陷現(xiàn)象。

就建筑物結(jié)構(gòu)和地基穩(wěn)定性方面而言，區(qū)內(nèi)多為“磚木”結(jié)構(gòu)房屋，并且多建造于上個(gè)世紀(jì)五十年代，地下開采的擾動(dòng)延伸至地表，引起地基的穩(wěn)定性降低，地基出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，建筑物墻體出現(xiàn)“拉扯”狀裂縫，地基和房屋結(jié)構(gòu)較差一定程度上加劇了建筑物損害。［6］28－31

根據(jù)測(cè)繪的沉陷區(qū)剖面圖坡度量算結(jié)果，對(duì)照表1土質(zhì)邊坡允許坡度值得知：沉陷盆地邊坡是穩(wěn)定的，正常情況下不會(huì)造成其上建筑物產(chǎn)生拉裂變形。但隨著采空塌陷進(jìn)一步發(fā)展，坡度將會(huì)逐漸變大，同時(shí)由于地表水下滲會(huì)對(duì)巖土體產(chǎn)生軟化作用，一定程度上會(huì)造成巖土體發(fā)生側(cè)向蠕變。［7］18－22

6 結(jié)論

（1）利用小煤礦開采損害技術(shù)鑒定方法可以客觀、有效地界定小煤礦因開采導(dǎo)致的地表和建筑物損害的責(zé)任范圍，為解決煤礦企業(yè)、政府與當(dāng)?shù)鼐用袢咧g的矛盾，提供科學(xué)決策依據(jù)。

（2）針對(duì)小煤礦開采環(huán)境的復(fù)雜性，只進(jìn)行損害后的技術(shù)鑒定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)同時(shí)在小煤礦開采區(qū)域加強(qiáng)老采空區(qū)及周邊地面和建筑物的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作，并在可能會(huì)造成塌陷破壞的區(qū)域設(shè)立警示線或警示標(biāo)志。如果損害達(dá)到嚴(yán)重程度時(shí)，應(yīng)及時(shí)考慮拆除搬遷。

［1］煤炭工業(yè)技術(shù)政策［S］.國(guó)家能源部，1989.

［2］何國(guó)清，楊倫，凌庚娣，等.礦山開采沉陷學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.

［3］譚志祥，鄧喀中.煤礦開采損害技術(shù)鑒定方法［J］.煤礦安全，2006（5）.

［4］魏放.山西交城縣采空塌陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及防治對(duì)策［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，4（4）.

［5］工程地質(zhì)手冊(cè)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［6］晉華，鄭秀清.山西霍州西部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害成因分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2006（5）.

［7］王新剛，張龍菊，馮曉臘，等.煤礦采空區(qū)塌陷地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估研究［J］.安全與環(huán)境工程，2011（2）.

TD82

A

1671-8275（2012）03-0099-03

2012-05-16

本文系2011年安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目“臨渙礦區(qū)地表沉降變形規(guī)律研究與安全監(jiān)測(cè)分析”（項(xiàng)目編號(hào)：KJ2011Z085）階段性研究成果。

陳銀翠（1968-），女，安徽懷寧人，安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級(jí)講師。研究方向：礦山地表沉陷規(guī)律及開采損害治理。

文 月