鄒友平，張華興

(天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013 )

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煤礦開(kāi)采及疏排水與村莊房屋損害關(guān)系的分析

鄒友平，張華興

(天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013 )

[摘要]以貴州省某村莊房屋損害為例，依據(jù)了解的地質(zhì)資料與開(kāi)采范圍，應(yīng)用開(kāi)采沉陷學(xué)和水體下采煤理論，對(duì)煤礦的開(kāi)采、井下爆破及疏排水對(duì)地面的影響進(jìn)行了計(jì)算、分析，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，最終找出村莊房屋損害的原因。

[關(guān)鍵詞]煤礦開(kāi)采；疏排水；房屋損害；井下爆破

能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有特別重要的戰(zhàn)略地位[1]，我國(guó)一次能源消費(fèi)以煤為主。2014年，我國(guó)煤炭在能源結(jié)構(gòu)中占70%。據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年煤炭在一次能源中仍占50%左右。煤炭的大量開(kāi)采和利用也使得煤礦開(kāi)采損害成為普遍存在的問(wèn)題[2]，尤其村莊房屋位于煤礦附近，其房屋開(kāi)裂是否與采煤活動(dòng)和礦井疏排水等有關(guān)系就需要技術(shù)上的詳細(xì)分析。本文以貴州省某村莊房屋損害為例，采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合，對(duì)煤礦開(kāi)采、井下爆破及疏排水等與居民房屋的損害關(guān)系進(jìn)行了分析。

1村莊房屋破壞情況及特征分析

為了解房屋的損壞狀況及實(shí)際損壞程度，對(duì)涉及到的5戶(hù)進(jìn)行了入戶(hù)調(diào)查。房屋都是2007年左右陸續(xù)建成，并逐漸形成了現(xiàn)有的房屋布局。本區(qū)房屋一般長(zhǎng)10～20m，進(jìn)深16m，鋼筋混凝土基礎(chǔ)，部分有頂?shù)兹α海u墻。房屋前有一條排水溝，房屋后有護(hù)坡。按房屋損壞調(diào)研情況，居民房屋破壞主要表現(xiàn)為墻體裂縫，裂縫寬度1～6mm不等，門(mén)窗變形，樓頂圍墻及地面開(kāi)裂等。房屋裂縫表現(xiàn)出如下特征：房屋窗戶(hù)的裂縫走向基本與窗戶(hù)橫向平行；房屋門(mén)的裂縫既有橫向，也有豎向；房屋頂層圍墻的裂縫多為橫向；多數(shù)房屋頂層有漏水現(xiàn)象，后修補(bǔ)；房屋破壞上層比下層相對(duì)較為明顯；地面沒(méi)有出現(xiàn)顯現(xiàn)有方向性的裂縫。

2村莊周?chē)刭|(zhì)及開(kāi)采概況

2.1地層

根據(jù)村莊周?chē)@孔揭露，該地區(qū)地層自下而上為：二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3β)、龍?zhí)督M(P3l)，三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組一段(T1f1)、二段(T1f2)及第四系(Q)。龍?zhí)督M為礦區(qū)含煤地層，與下伏峨眉山玄武巖組呈假整合接觸。飛仙關(guān)組與下伏龍?zhí)督M呈整合接觸，兩者間無(wú)明顯沉積間斷。

2.2水文地質(zhì)

礦區(qū)地處貴州高原西部邊緣，屬低中山丘陵地貌。礦區(qū)地勢(shì)中部高，北西、南東兩側(cè)低，總體呈北東南西向的脊?fàn)钌?。區(qū)內(nèi)最高點(diǎn)為礦區(qū)中部山頂，海拔1642.4m，最低點(diǎn)位于礦區(qū)南部的河床，海拔1495m，為當(dāng)?shù)氐淖畹颓治g基準(zhǔn)面，最大相對(duì)高差147.4m。煤層絕大部分賦存于當(dāng)?shù)刈畹颓治g基準(zhǔn)面以下，大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源。

2.3村莊周?chē)旱V開(kāi)采情況

煤礦主要開(kāi)采了3煤、7煤、9煤。居民房屋附近區(qū)域開(kāi)采工作面均位于房屋東北側(cè)，離房屋最近的工作面為3煤的1131工作面，距離房屋的平面投影距離為184.48m，開(kāi)采時(shí)間為2011年4月至2011年6月，平均采厚2.5m，煤層傾角23°，工作面標(biāo)高1356.9～1390.2m，地面標(biāo)高1500～1555m。

3煤礦開(kāi)采和井下放炮對(duì)居民房屋影響分析

3.11131工作面開(kāi)采影響距離計(jì)算

煤層開(kāi)采后頂板隨之崩落垮塌，導(dǎo)致上覆巖層的移動(dòng)、變形和破壞并引起地表的沉陷，地表采動(dòng)沉陷大于采空區(qū)范圍，而煤層傾角越陡，下山方向采動(dòng)影響的距離越大[3-4]。一般在移動(dòng)角范圍內(nèi)的建筑物受破壞影響，可能出現(xiàn)房屋的變形與開(kāi)裂。開(kāi)采沉陷范圍可按移動(dòng)角和邊界角確定，而邊界角確定的范圍為最大影響范圍。根據(jù)煤礦的地質(zhì)條件，確定該礦區(qū)地表移動(dòng)的移動(dòng)角和邊界角如下：走向方向移動(dòng)角δ為70°，邊界角δ0為55°；上山方向移動(dòng)角γ為70°，邊界角γ0為55°；下山方向移動(dòng)角β和邊界角β0經(jīng)計(jì)算分別為56.2°和41.2°，松散層移動(dòng)角φ為45°。居民房屋地面標(biāo)高H1約為1505m，3號(hào)煤層1131工作面采空區(qū)下山標(biāo)高Ha為1357m左右。由此可按移動(dòng)角和邊界角計(jì)算1131工作面開(kāi)采的下山影響的破壞影響范圍和最大影響范圍如下：

(1)

(2)

由計(jì)算結(jié)果可知，1131工作面開(kāi)采對(duì)民房有明顯損害的影響距離是99.08m。采動(dòng)最大影響范圍為169.06m。由上述可知，1131工作面距離5號(hào)房屋的距離為184.48m。1131工作面開(kāi)采所形成的采空區(qū)塌陷影響范圍未波及到居民小區(qū)房屋，而破壞影響距離更遠(yuǎn)，因此，1131工作面的開(kāi)采不會(huì)對(duì)該區(qū)域的房屋造成破壞。

3.2煤礦采掘放炮振動(dòng)對(duì)居民小區(qū)房屋影響分析

煤礦井下放炮爆破振動(dòng)安全允許距離，可按下式計(jì)算[5]：

(3)

式中，R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為煤礦井下爆破實(shí)際最大裝藥量(煤礦井下爆破分兩種，一種為采煤爆破，采用工作面循環(huán)炮眼最大裝藥量計(jì)算，為10.2kg。井下掘進(jìn)主要是112石門(mén)，最大單次起爆裝藥量為23.6kg)；V為安全震動(dòng)速度，取最小值1.5cm/s(民房為磚混結(jié)構(gòu)的一般民用建筑物，并按照硐室爆破f<20Hz)；K為巖石性質(zhì)系數(shù)，根據(jù)煤礦中硬巖性條件，取250；α為衰減系數(shù)，取1.5。

將上述參數(shù)取值代入式(3)得：

計(jì)算結(jié)果表明，在煤礦中硬巖性和民房建筑為磚混結(jié)構(gòu)的一般民用建筑物條件下，112石門(mén)掘進(jìn)放炮振動(dòng)安全距離為86.87m，1131工作面開(kāi)采放炮振動(dòng)安全距離為65.68m；而112石門(mén)開(kāi)拓和1131工作面采煤時(shí)，距離房屋的直線距離分別為146.40m和184.48m，大于爆破振動(dòng)安全距離，因而不會(huì)因井下放炮使房屋產(chǎn)生裂縫。盡管井下爆破不構(gòu)成對(duì)地面所涉及房屋的破壞影響，但放炮振動(dòng)距離較遠(yuǎn)，特別是夜深人靜的狀態(tài)下，地下放炮傳播更遠(yuǎn)。因此，居民反映聽(tīng)到炮聲是實(shí)際情況，且反映的時(shí)間與112石門(mén)開(kāi)掘時(shí)間相吻合。

4采動(dòng)對(duì)含水層及民房影響分析

4.1采動(dòng)對(duì)頂板水的影響

由水文地質(zhì)條件和1131工作面附近202號(hào)鉆孔巖性可知，3號(hào)煤頂板40m范圍內(nèi)主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，煤系地層中裂隙水極其微弱，可視為相對(duì)隔水層。工作面導(dǎo)水裂縫帶上面有厚層相對(duì)隔水層。對(duì)飛仙關(guān)組2段地層和地表水無(wú)直接疏降作用。2013年煤礦最大排水量為125m3/h，枯水期全礦井排水量?jī)H28m3/h，同時(shí)作為頂板水主要補(bǔ)給源的地面河流未出現(xiàn)受采動(dòng)影響斷流現(xiàn)象，表明工作面開(kāi)采對(duì)于水的影響微弱。

4.2采動(dòng)對(duì)地表水的影響

礦區(qū)地表內(nèi)發(fā)育有一條河，煤礦工作面與居民房屋分別位于河?xùn)|西兩岸，地表劃為不同匯水區(qū)，東西兩岸的地表水分別通過(guò)各自區(qū)域的山坡地表匯入該河。煤礦工作面開(kāi)采造成地表沉陷以及地表滲透性增大，可以造成河?xùn)|翼的地表水滲入地下量增多，但不會(huì)對(duì)兩翼的地表水產(chǎn)生影響。由于居民房屋地表為河西翼匯水區(qū)，民房附近地形未受采動(dòng)影響，因此，煤礦1131工作面的采動(dòng)和疏排水對(duì)居民房屋區(qū)域地表水未造成影響。

5非開(kāi)采影響因素分析

該區(qū)房屋均為多戶(hù)、低層民用建筑物，基礎(chǔ)埋深僅局限于地表表土層，地基土的含水量主要取決于大氣降水或地表生活用水的補(bǔ)充，局部地基土含水量的變化使地基土的密實(shí)度發(fā)生變化，可使地基土局部出現(xiàn)不均勻沉降，對(duì)房屋的上部結(jié)構(gòu)構(gòu)成不利影響。施工時(shí)大面積的混凝土不留縫分段澆筑，也可能引起前、后澆筑時(shí)接縫處出現(xiàn)裂縫。對(duì)于一般現(xiàn)澆屋面，砂漿找平層會(huì)出現(xiàn)裂縫，通常在5～6年均會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在房屋屋頂養(yǎng)花、種草、建造水池等，如沒(méi)有特殊的防水、防滲及局部的結(jié)構(gòu)措施，不僅會(huì)增加房屋的局部載荷、而且也惡化了一般混凝土材料的使用環(huán)境，也可使樓面出現(xiàn)裂縫、滲漏等現(xiàn)象；窗戶(hù)過(guò)大或者窗洞過(guò)梁斷面高度較小，也易使窗戶(hù)產(chǎn)生彎曲變形等。

6結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可知，煤礦開(kāi)采和井下爆破未波及到村莊房屋，開(kāi)采不對(duì)該區(qū)域的房屋造成破壞影響。煤礦1131工作面采動(dòng)后導(dǎo)水裂縫帶上方有厚層隔水層，波及不到?jīng)_積含水層。采動(dòng)和疏排水對(duì)居民房屋區(qū)域地表水未造成影響。村莊房屋損壞特征不符合采動(dòng)損害影響特征，與煤礦開(kāi)采、煤礦疏排水和爆破無(wú)直接因果關(guān)系。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)[Z].2006.2.

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[5]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局.《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2011)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[責(zé)任編輯：李青]

Relationship between Coal Mining and Drainage and Village Houses Damage

OU You-ping，ZHANG Hua-xing

(Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.,Beijing 100013，China)

Abstract：Taking one village houses damage of Guizhou province as an example，on the basis of geological situation and mining scope，the ground subsidence that caused by coal mining，underground blasting and drainage were analyzed on the basis of mining subsidence theory and underwater coal mining theory，the reasons that caused village houses damage were found out by compared calculation results and filed test at the end.

Keywords：coal mining；drainage；house damage；underground blasting

[中圖分類(lèi)號(hào)]TD74；X932

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1006-6225(2016)01-0077-03

[作者簡(jiǎn)介]鄒友平(1979-)，男，湖北天門(mén)人，副研究員，主要從事“三下”采煤、采空區(qū)治理等方面的研究工作。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)大型油氣田開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(2011ZX05064)；中國(guó)煤炭科工集團(tuán)科技創(chuàng)新基金(2014QN005)；天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化基金(KJ-2015-TDKC-04)；天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新基金(KJ-2015-TDKC-03)

[收稿日期]2015-08-19

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.01.021

[引用格式]鄒友平，張華興.煤礦開(kāi)采及疏排水與村莊房屋損害關(guān)系的分析[J].煤礦開(kāi)采，2016，21(1)：77-79.