寬條帶跳采對(duì)建筑物的影響分析

0條帶開(kāi)采的理論研究到目前為止，中國(guó)僅有村莊，只有城市和公共建筑減少了78多億噸煤炭。這只是煤炭,其它礦物被壓的資源也不少。壓煤開(kāi)采困難重重,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是建筑物下壓煤量大且面積廣;二是隨著礦區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展,礦區(qū)范圍內(nèi)地表塌陷破壞嚴(yán)重,壓煤建筑物無(wú)處可搬遷。在這樣的情況下,條帶開(kāi)采作為一種減少地表移動(dòng)變形的特殊采煤法,近幾年各礦區(qū)都有應(yīng)用條帶開(kāi)采進(jìn)行建筑物下采煤的實(shí)踐,而且取得了一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外對(duì)條帶開(kāi)采的研究較多,但大部分研究針對(duì)條帶煤柱的穩(wěn)定性和條帶開(kāi)采尺寸的確定,而對(duì)條帶開(kāi)采煤炭回采率的研究不多,受常規(guī)條帶開(kāi)采中避免下沉盆地中央出現(xiàn)地表靜態(tài)變形的影響,回采率都不會(huì)超過(guò)70%。現(xiàn)有條帶開(kāi)采雖然達(dá)到了保護(hù)地面建筑物的目的,但是采出率低、造成了資源的大量浪費(fèi),而且機(jī)械化程度不高,生產(chǎn)效率低。為解決這一矛盾,提出了寬條帶跳采的概念,通過(guò)數(shù)值計(jì)算,分析了寬條帶跳采兩個(gè)階段引起的地表下沉和水平變形對(duì)建筑物的影響程度。結(jié)果說(shuō)明寬條帶跳采不僅達(dá)到了保護(hù)地面建筑物的目的,而且極大地提高了資源的回采率。1采動(dòng)附加應(yīng)力的影響在地下開(kāi)采條件下,建筑物的變形與破壞是由于采空區(qū)上方及其周圍地表產(chǎn)生的移動(dòng)與變形作用于建筑物的基礎(chǔ),導(dǎo)致建筑物承受到附加采動(dòng)應(yīng)力作用而產(chǎn)生的,地表整體均勻下沉不產(chǎn)生采動(dòng)應(yīng)力,不對(duì)建筑物構(gòu)成危害,而對(duì)建筑物破壞起關(guān)鍵作用的是引起采動(dòng)附加應(yīng)力的地表水平變形。建筑物下采煤研究表明,建筑物承受采動(dòng)附加應(yīng)力具有隨時(shí)間的推移而慢慢地釋放變小等特點(diǎn)。所以,在建筑物下間歇開(kāi)采,其最終采動(dòng)影響附加應(yīng)力并不是簡(jiǎn)單的兩次開(kāi)采采動(dòng)應(yīng)力的累加,而是在經(jīng)歷了第一次采動(dòng)應(yīng)力的加載后,隨時(shí)間間隔的延長(zhǎng),采動(dòng)應(yīng)力釋放,再在殘余采動(dòng)應(yīng)力值基礎(chǔ)上增加第二次的采動(dòng)附加應(yīng)力。因此,在同樣的地質(zhì)采礦條件下,兩次間歇開(kāi)采將遠(yuǎn)小于一次性開(kāi)采時(shí)的采動(dòng)應(yīng)力值。根據(jù)我國(guó)多個(gè)礦區(qū)的實(shí)際觀測(cè),動(dòng)態(tài)水平變形與靜態(tài)水平變形之比約為45%。2帶跳式開(kāi)采和工藝2.1全柱開(kāi)采的特點(diǎn)寬條帶跳采是將地表和上覆巖層的變形破壞過(guò)程分解為兩個(gè)階段:寬條帶跳采階段和全柱開(kāi)采階段。寬條帶跳采是利用了巖層移動(dòng)的不充分性,通過(guò)控制采寬來(lái)減小地表和上覆巖層的變形,達(dá)到保護(hù)地面建筑物的目的;而全柱開(kāi)采是利用地表移動(dòng)的規(guī)律,將保護(hù)對(duì)象設(shè)置在盆地中央,進(jìn)行多工作面聯(lián)合開(kāi)采,減少開(kāi)采對(duì)地面建筑物的影響,達(dá)到保護(hù)地面建筑物的目的。同時(shí)全面積的開(kāi)采保證了資源的回收率。由于對(duì)整個(gè)煤柱實(shí)行分階段開(kāi)采,從開(kāi)采的管理角度,寬條帶跳采階段實(shí)行的寬條帶開(kāi)采,可減少全柱開(kāi)采中工作面的個(gè)數(shù),從而減少整個(gè)全柱開(kāi)采的管理難度;從控制變形角度,在條帶開(kāi)采階段,變形值較小,而在全柱開(kāi)采階段,相對(duì)于多工作面同時(shí)開(kāi)采,其最大值相對(duì)較小,從而其動(dòng)態(tài)變形也較小;從煤炭回收率的角度,大大提高了資源回采率。2.2條帶的布置方向根據(jù)條帶長(zhǎng)軸走向與煤層的相對(duì)關(guān)系,條帶布置方向一般有走向條帶、傾斜條帶和偽傾斜條帶三個(gè)布置方向。對(duì)于緩傾斜煤層,三個(gè)條帶布置方向沒(méi)有什么區(qū)別。但是,對(duì)于較大傾角的煤層,由于存在傾角,煤柱總存在一個(gè)向下山方向的下滑重力,從而會(huì)造成條帶煤柱下側(cè)的片幫冒落,增加條帶煤柱的不穩(wěn)定性。因此,應(yīng)采用傾斜方向布置。2.3全柱開(kāi)采階段的地表移動(dòng)變形值如圖1,先開(kāi)采條帶煤柱1,3,5,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔后,再同時(shí)對(duì)剩余的條帶煤柱2,4進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)采。寬條帶跳采階段地表下沉值為寬條帶開(kāi)采的地表下沉,地表下沉值為煤柱壓縮量和煤柱壓入頂、底板量之和;跳采階段采動(dòng)基本穩(wěn)定后,進(jìn)行全柱聯(lián)合開(kāi)采,此時(shí)地表移動(dòng)變形值較跳采階段的地表移動(dòng)變形值會(huì)有大幅度增加,因?yàn)槿_(kāi)采階段引起的采動(dòng)影響是大的。但是,建筑物將處于該采區(qū)中央的下沉盆地平底區(qū),相當(dāng)于采用多工作面協(xié)調(diào)開(kāi)采。它們并不經(jīng)歷全柱開(kāi)采階段的靜態(tài)水平變形值,而只承受全柱開(kāi)采階段的動(dòng)態(tài)變形影響。3地表水平變形下面以一計(jì)算實(shí)例說(shuō)明寬條帶跳采巖層移動(dòng)和變形,其開(kāi)采深度400m,采厚2m,煤層中硬,頂?shù)装鍘r層也為中硬,采出條帶寬度b=100m,留設(shè)煤柱寬度a=80m。長(zhǎng)壁冒落法開(kāi)采時(shí)的下沉系數(shù)為0.65,主要影響角正切tanβ=2.0;水平移動(dòng)系數(shù)b=0.3。采用概率密度函數(shù)法計(jì)算,通過(guò)計(jì)算,寬條帶跳采階段開(kāi)采后,地表最大變形值為360mm,最大靜態(tài)水平變形值為1.62mm/m,最大動(dòng)態(tài)水平變形值為0.81mm/m,該地表下沉和水平變形很小,一般建筑物是可以承受的。全柱聯(lián)合開(kāi)采,地表最大動(dòng)態(tài)變形值為940mm,最大動(dòng)態(tài)水平變形值為1.122mm/m,也小于水平變形的臨界值2mm/m。從巖層移動(dòng)計(jì)算可知,寬條帶跳采的最終地表下沉與全部冒落法開(kāi)采的下沉量是相等的,但寬條帶跳采把一次下沉分為兩次下沉。在地表水平變形方面,寬條帶開(kāi)采時(shí),建筑物只承受寬條帶跳采階段的靜態(tài)變形和全柱開(kāi)采階段的動(dòng)態(tài)變形影響。從而避免了全柱開(kāi)采階段較大的靜態(tài)水平變形,大大降低了整個(gè)開(kāi)采過(guò)程的地表靜態(tài)水平變形值。另外這時(shí)的水平變形已不在建筑物所在的地表,而是在采區(qū)的邊緣區(qū)。這樣既大大提高了煤炭的采出率,又保護(hù)了地面的建筑物。4采出率的計(jì)算(1)寬條帶跳采采用分階段開(kāi)采,降低了生產(chǎn)管理難度,減少了開(kāi)采中的靜態(tài)變形影響,極大地提高了采出率,是解決建筑物下壓煤開(kāi)采的一種有效方法。(2