地下采空区治理的必要性与治理方法分析（论文）.pdf

·29· 地下采空区治理的必要性与治理方法分析 张志军 （山西二建集团有限公司，030001，太原） 　　 摘　要 ：采空区的破坏特点包括地面下降导致的建筑物破坏，地面歪斜导致建筑物破坏，地面拉伸导致 建筑破坏等。介绍采空区的治理方法，并分析应用范围。 　　 关键词： 成因分析；破坏特点；治理方法 　　 中图分类号： TU 93 文献标志码： B 文章编号： 1000 -4726(2018)14 -0029 -02 收稿日期： 2018 –11–26 作者简介： 张志军（1983—） ，男，山西襄垣人 ，e-mail ： 303224846@ qq.com. 1　采空区的成因及危害 采空区是地下矿产被挖掘或者地质运动后在地下 产生的空洞。由于改变了岩体的天然受力平衡，稳定 性降低，在地面建筑物或者一定荷载作用下，采空区 范围内及地面以上部分，可能产生连续性或非连续性 的地面变形，地面变形直接影响地面建筑物的稳定性。 当变形达到一定的程度会引起地面裂缝或地表下沉等 等灾害，从而致使地面建筑物的破坏，给国家和人民 的生命财产造成损失。 2　采空区的破坏特点 2.1　地面下沉 在地面均匀下沉时，建筑物只产生了垂直位置移 动，即建筑物只产生了整体下沉，理论分析不会在建 筑物内部产生其他附加应力，就会使建筑物从基础到 顶部产生不同程度的损坏，从而危害建筑物的安全。 在不同的地面作用下，如地下水位很高，就会使 地下水位上升，形成大面积积水，在地表面均匀下沉 时，只产生了垂直位置移动，即建筑物会整体下沉， 理论分析不会在建筑物内部产生其他附加应力，不会 对建筑物造成损坏。但当地表下沉量较大，而地下水 位又很低时，形成更大面积水坑，在此建筑物周围长 期积水，这样不仅影响建筑物的后期使用，而使建筑 物长期浸泡在水中，会降低地基虽强度，严重时甚至 可导致建筑物整体倒塌。 2.2　地面歪斜 地面歪斜会导致地面建筑物的歪斜，使其重心发 生变化，从而产生一定的倾覆力，主体结构内部的受 力产生变化，甚至重新分配。对于目前建筑业广推的 高层、超高层等高大建筑物、构筑物及其容易造成其 破坏或倒塌。 2.3　地面拉伸 地面的拉伸变形使建筑物内部产生拉应力。由 于建筑物抗拉伸能力远小于抗压缩能力，所以在较小 的地面拉伸力作用下，建筑物就会产生裂缝，特别是 门窗洞口、梁柱节点、角柱，砖混结构的墙体、转角 处、楼梯间等薄弱部位最容易产生裂缝，导致建筑物 破坏。 2.4　地面曲率 地面由于采空区的存在变形会产生一定的曲率变 形，当曲率达到一定程度后会使地面由原来的平面状 态变成曲面，使建筑物荷载与基础底面作用力的平状 态遭到破坏。地面曲率分为正曲率和负曲率，在正曲 率影响下，建筑物基础两端出现瞬时的局部悬空。在 负曲率影响下，建筑物基础中部出现瞬时的局部悬空。 其受力与普通梁板受力有类似之处。 2.5　地面受剪 、 受扭导致建筑物破坏 在地面受剪作用下，建筑物会产生相对转动，改 变建筑物的平面形状，使建筑物破坏。地面的受扭变 形会引起建筑物的扭曲变形，使其建筑物破坏。 地下采矿引起的岩层和地面移动的过程，是一 个复杂的时间、空间变化过程，会出现地面移动盆 地。地面点的移动状态常用垂直移动量和水平移动来 反应。如将垂直移动量称为下沉，曲率称为弯曲等。 为便于分析，采用下沉、歪斜、拉伸、曲率、受剪、 受扭等指标来反应地面移动盆地移动和变形。建筑物 之所以会出现变形破坏主要是采空区的形成而使原来 的受力状态发生变化造成的，所以要保证建筑物的 安全稳定应从 2个方面来防治：一是对建筑物区域内 采空区的治理；二是对建筑物本身抗各种应力能力的 处理。 3　采空区的治理方法 3.1　对采空区的治理 3.1.1　全部垮落法 垮落法即陷落法，指把靠近采空区的支架撤出， 建 筑 技 术 Architecture Technology 第 49 卷 增刊 2018 年 12 月 Vol.49 No.12 Dec. 2018 ·30· 让采空区顶层自行垮落或强制垮落，适用于直接顶至 易于垮落的顶板。以后随着工作面推进，每隔一定距 离就按预定计划进行垮落。 垮落法具有开采工艺简单，回采率高，煤炭损失 量小，经济效益好等优点，因而这种采空区处理技术 在国内外开采中得到了广泛应用。 该法是配合开采工作面推进定期进行回柱放顶工 作，是使采空区的直接顶岩层有计划地垮落，以保持 工作面最小的悬顶面积，减轻顶板压力，垮落的松散 岩石填充采空区后，又能支撑采空区内裂缝带岩层， 减弱了上面岩层对采煤工作空间的影响。全部垮落法 工序：（1）最小控顶距时支架形式；（2）第1次推 进后支架形式；（ 3）放顶前（最大控顶距）支架形 式；（4）放顶后恢复到最小控顶状态。 3.1.2　柱支撑法 煤柱支撑法是采煤方法中的一个专业术语用词。 煤柱支撑法是煤炭开采过程中采空区处理的方式之 一，主要是通过留设一定量的煤柱来支撑上覆岩层来 处理采空区的方法。 煤柱支撑法指每当工作面推进一定距离后，停止 采煤，另作开切眼，工作面搬家，重新采煤，留下适 当