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煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析 邹友平，张华兴 （ 天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 ） 摘要以贵州省某村庄房屋损害为例，依据了解的地质资料与开采范围，应用开采沉陷学 和水体下采煤理论，对煤矿的开采、井下爆破及疏排水对地面的影响进行了计算、分析，并将计算结 果与现场调查结果进行了对比分析，最终找出村庄房屋损害的原因。 关键词煤矿开采；疏排水；房屋损害；井下爆破 中图分类号 ； 文献标识码 文章编号 （ ） ， （ ， ， ， ， ） ： ， ， ， ， ： ； ； ； 收稿日期 基金项目国家科技重大专项大型油气田开发项目 （ ） ；中国煤炭科工集团科技创新基金 （ ） ；天地科技股份有限 公司开采设计事业部生产力转化基金 （ ） ；天地科技股份有限公司技术创新基金 （ ） 作者简介邹友平 （ ） ，男，湖北天门人，副研究员，主要从事 “ 三下”采煤、采空区治理等方面的研究工作。 引用格式邹友平，张华兴 煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析 煤矿开采， ， （ ） ： 能源在国民经济中具有特别重要的战略地 位 ，我国一次能源消费以煤为主。 年，我 国煤炭在能源结构中占 。据预测，到 年 煤炭在一次能源中仍占 左右。煤炭的大量开 采和利用也使得煤矿开采损害成为普遍存在的问 题 ，尤其村庄房屋位于煤矿附近，其房屋开裂 是否与采煤活动和矿井疏排水等有关系就需要技术 上的详细分析。本文以贵州省某村庄房屋损害为 例，采用理论分析与现场实测相结合，对煤矿开 采、井下爆破及疏排水等与居民房屋的损害关系进 行了分析。 村庄房屋破坏情况及特征分析 为了解房屋的损坏状况及实际损坏程度，对涉 及到的 户进行了入户调查。房屋都是 年左 右陆续建成，并逐渐形成了现有的房屋布局。本区 房屋一般长 ，进深 ，钢筋混凝土基 础，部分有顶底圈梁，砖墙。房屋前有一条排水 沟，房屋后有护坡。按房屋损坏调研情况，居民房 屋破坏主要表现为墙体裂缝，裂缝宽度 不 等，门窗变形，楼顶围墙及地面开裂等。房屋裂缝 表现出如下特征：房屋窗户的裂缝走向基本与窗户 横向平行；房屋门的裂缝既有横向，也有竖向；房 屋顶层围墙的裂缝多为横向；多数房屋顶层有漏水 现象，后修补；房屋破坏上层比下层相对较为明 显；地面没有出现显现有方向性的裂缝。 村庄周围地质及开采概况 地层 根据村庄周围钻孔揭露，该地区地层自下而上 为：二叠系上统峨眉山玄武岩组 （ ） 、龙潭组 （ ） ，三叠系下统飞仙关组一段 （ ） 、二段 （ ）及第四系 （ ） 。龙潭组为矿区含煤地层， 与下伏峨眉山玄武岩组呈假整合接触。飞仙关组与 下伏龙潭组呈整合接触，两者间无明显沉积间断。 水文地质 矿区地处贵州高原西部边缘，属低中山丘陵地 貌。矿区地势中部高，北西、南东两侧低，总体呈 北东南西向的脊状山。区内最高点为矿区中部山 顶，海拔 ，最低点位于矿区南部的河床， 海拔 ，为当地的最低侵蚀基准面，最大相对 高差 。煤层绝大部分赋存于当地最低侵蚀 基准面以下，大气降水是地下水的主要补给来源。 第 卷 第 期 （ 总第 期） 年 月 煤矿开采 （ ） 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 村庄周围煤矿开采情况 煤矿主要开采了 煤、煤、煤。居民房屋 附近区域开采工作面均位于房屋东北侧，离房屋最 近的工作面为 煤的 工作面，距离房屋的平 面投影距离为 ，开采时间为 年 月 至 年 月，平均采厚 ，煤层倾角 ， 工作面标高 ，地面标高 。 煤矿开采和井下放炮对居民房屋影响分析 工作面开采影响距离计算 煤层开采后顶板随之崩落垮塌，导致上覆岩层 的移动、变形和破坏并引起地表的沉陷，地表采动 沉陷大于采空区范围，而煤层倾角越陡，下山方向 采动影响的距离越大 。一般在移动角范围内的 建筑物受破坏影响，可能出现房屋的变形与开裂。 开采沉陷范围可按移动角和边界角确定，而边界角 确定的范围为最大影响范围。根据煤矿的地质条 件，确定该矿区地表移动的移动角和边界角如下： 走向方向移动角 为 ，边界角 为 ；上山 方向移动角 为 ，边界角 为 ；下山方向 移动角 和边界角 经计算分别为 和 ， 松散层移动角 为 。居民房屋地面标高 约 为 ，号煤层 工作面采空区下山标高 为 左右。由此可按移动角和边界角计算 工作面开采的下山影响的破坏影响范围和最 大影响范围如下： 下 () () （ ）（ ） 下 () () （ ） （ ） 由计算结果可知， 工作面开采对民房有 明显损害的影响距离是 。采动最大影响范 围为 。由上述可知， 工作面距离 号房屋的距离为 。 工作面开采所形 成的采空区塌陷影响范围未波及到居民小区房屋， 而破坏影响距离更远，因此， 工作面的开采 不会对该区域的房屋造成破坏。 煤矿采掘放炮振动对居民小区房屋影响分析 煤矿井下放炮爆破振动安全允许距离，可按下 式计算 ： （ ） （ ） 式中， 为爆破振动安全允许距离， ； 为煤矿井 下爆破实际最大装药量 （ 煤矿井下爆破分两种， 一种为采煤爆破，采用工作面循环炮眼最大装药量 计算，为 。井下掘进主要是 石门，最 大单次起爆装药量为 ） ； 为安全震动速度， 取最小值 （ 民房为砖混结构的一般民用建 筑物，并按照硐室爆破 ） ；为岩石性质系 数，根据煤矿中硬岩性条件，取 ；为衰减系 数，取 。 将上述参数取值代入式 （ ）得： 掘 () （ ） 采 () （ ） 计算结果表明，在煤矿中硬岩性和民房建筑为 砖混结构的一般民用建筑物条件下， 石门掘进 放炮振动安全距离为 ， 工作面开采放 炮振动安全距离为 ；而 石门开拓和 工作面采煤时，距离房屋的直线距离分别为 和 ，大于爆破振动安全距离，因 而不会因井下放炮使房屋产生裂缝。尽管井下爆破 不构成对地面所涉及房屋的破坏影响，但放炮振动 距离较远，特别是夜深人静的状态下，地下放炮传 播更远。因此，居民反映听到炮声是实际情况，且 反映的时间与 石门开掘时间相吻合。 采动对含水层及民房影响分析 采动对顶板水的影响 由水文地质条件和 工作面附近 号钻 孔岩性可知，号煤顶板 范围内主要为粉砂 岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，煤系地层中裂隙水 极其微弱，可视为相对隔水层。工作面导水裂缝带 上面有厚层相对隔水层。对飞仙关组 段地层和地 表水无直接疏降作用。 年煤矿最大排水量为 ，枯水期全矿井排水量仅 ，同时作 为顶板水主要补给源的地面河流未出现受采动影响 断流现象，表明工作面开采对于水的影响微弱。 采动对地表水的影响 矿区地表内发育有一条河，煤矿工作面与居民 房屋分别位于河东西两岸，地表划为不同汇水区， 东西两岸的地表水分别通过各自区域的山坡地表汇 入该河。煤矿工作面开采造成地表沉陷以及地表渗 透性增大，可以造成河东翼的地表水渗入地下量增 多，但不会对两翼的地表水产生影响。由于居民房 屋地表为河西翼汇水区，民房附近地形未受采动影 响，因此，煤矿 工作面的采动和疏排水对居 民房屋区域地表水未造成影响。 总第 期煤矿开采 年第 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 非开采影响因素分析 该区房屋均为多户、低层民用建筑物，基础埋 深仅局限于地表表土层，地基土的含水量主要取决 于大气降水或地表生活用水的补充，局部地基土含 水量的变化使地基土的密实度发生变化，可使地基 土局部出现不均匀沉降，对房屋的上部结构构成不 利影响。施工时大面积的混凝土不留缝分段浇筑， 也可能引起前、后浇筑时接缝处出现裂缝。对于一 般现浇屋面，砂浆找平层会出现裂缝，通常在 年均会出现渗漏现象。在房屋屋顶养花、种草、 建造水池等，如没有特殊的防水、防渗及局部的结 构措施，不仅会增加房屋的局部载荷、而且也恶化 了一般混凝土材料的使用环境，也可使楼面出现裂 缝、渗漏等现象；窗户过大或者窗洞过梁断面高度 较小，也易使窗户产生弯曲变形等。 结束语 通过上述分析可知，煤矿开采和井下爆破未波 及到村庄房屋，开采不对该区域的房屋造成破坏影 响。煤矿 工作面采动后导水裂缝带上方有厚 层隔水层，波及不到冲积含水层。采动和疏排水对 居民房屋区域地表水未造成影响。村庄房屋损坏特 征不符合采动损害影响特征，与煤矿开采、煤矿疏 排水和爆破无直接因果关系。 参考文献 中华人民共和国国务院 国家中长期科学和技术发展规划纲 要 （ 年） 张华兴 煤矿开采损害的评价与防护 煤矿开采， ， （ ） ： ， 国家煤炭工业局 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设 与压煤开采规程 北京：煤炭工业出版社， 何国清，杨伦，凌赓娣，等 矿山开采沉陷学 徐 州：中国矿业大学出版社， 国家标准局 爆破安全规程 （ ） 北 京：中国标准出版社， 责任编辑：李青 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （ 上接 页） 采相对于下行开采，能够显著降低二层煤的危险 性。 参考文献 潘一山，李忠华，章梦涛 我国冲击地压分布、类型、机理 及防治研究 岩石力学与工程学报， ， （ ） ： 汪理全，李中颃 煤层 （ 群）上行开采技术 北京：煤 炭工业出版社， 刘天泉 用垮落法上行开采的可能性 煤炭学报， ， （ ） ： 张宏伟，韩军，海立鑫，等 近距煤层群上行开采技术研 究 采矿与安全工程学报， ， （ ） ： 尚志伟，孙喜庆，刘延飞 反程序开采方式的探讨 煤 炭技术， ， （ ） ： 蒋金泉，孙春江，尹增德，等 深井高应力难采煤层上行卸 压开采的研究与实践 煤炭学报， ， （ ） ： 夏均民，张开智 冲击倾向性理论在工程实践中的应用 矿山压力与顶板管理， （ ） ： 杜计平，汪理全 煤矿特殊开采方法 徐州：中国矿业 大学出版社， 孙中辉，王怀新，刘瑞举 深井近距离倾斜煤层上行开采技 术探讨 矿山压力与顶板管理， （ ） ： ， 姜耀东，王涛，陈涛，等 “ 两硬”条件正断层影响下 的冲击地压发生规律研究 岩石力学与工程学报， ， （ ） ： 姜福兴，杨淑华，成云海，等 煤矿冲击地压的微地震监测 研究 地球物理学报， ， （ ） ： 张东，成云海，胡兆锋，等 基于微地震监测的华丰煤矿 深孔爆破防冲技术 中国安全科学学报， ， （ ） ： 王平，姜福兴，王存文，等 冲击地压的应力增量预报方 法 煤炭学报， ， （ ） ： 赵阳升，梁纯升，刘成丹 钻屑法测量围岩压力的探索 岩土工程学报， ，（ ） ： 陈峰，潘一山，李忠华，等 利用钻屑法对卸压钻孔措施 效果的分析评价 岩土工程学报， ， （ ） ： 陈峰，潘一山，李忠华，等 基于钻屑法的冲击地压危险 性检测研究 中国地质灾害与防治学报， ， （ ） ： 责任编辑：潘俊锋 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 （ 上接 页） 王济川 回归模型 方法与应用 北京：高等 教育出版社， ， ， （ ） ： ， ： ， ， （ ） ： 国家安全生产监督管理总局 事故查询 ： ： 陈胜可 统计分析从入门到精通 北京：清华大 学出版社， 责任编辑：张玉军 邹友平等：煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析 年第 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m