煤礦采空塌陷區(qū)的土建結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工

李嘯虎

摘要：本文分析了煤礦采空塌陷區(qū)的形成機制，探討了煤礦采空塌陷區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的三個對策，對于保證煤礦井下建筑質(zhì)量、促進煤礦安全開采，具有一定的理論參考價值。

關(guān)鍵詞：煤礦;采空塌陷區(qū);土建;結(jié)構(gòu)設(shè)計;施工

我國大多數(shù)煤礦采取的地下開采形式，是造成采空區(qū)出現(xiàn)的主要原因。由于采空區(qū)上部的覆巖受到自然力的影響后，會導(dǎo)致地面裂縫、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的出現(xiàn)。所以，加強采空區(qū)上方土建工程施工方法研究的力度，對于煤礦踩空塌陷的治理而言具有極為重要的意義。

1煤礦采空塌陷區(qū)形成機制分析

我國社會經(jīng)濟迅速發(fā)展的同時，針對金屬礦、煤礦等地下礦產(chǎn)資源的開發(fā)也日益增加。由于地下礦產(chǎn)資源開采結(jié)束后，對礦區(qū)周邊的自然環(huán)境都會產(chǎn)生一定程度的影響。如果站在采礦觀點看待這一問題的話，一般都會采取使用頂板的主動防護措施，引導(dǎo)其有序的垮落下來。此種開采方式有著很多優(yōu)勢，比如，經(jīng)濟成本低，開采過程中礦體損失較小且開采程序簡單等，但是，由于開展開采方法在實際應(yīng)用的過程中，對礦體上方覆巖造成的巨大破壞，不可避免的會影響到地面工程的穩(wěn)定性和安全性。加之煤層開采完畢之后，上方巖石缺乏了之前煤層的支撐，由此就改變了原有巖石的應(yīng)力狀態(tài)。如果這種應(yīng)力超過了巖石自身的強度后，巖體就會相應(yīng)的垮落，跨落下來就會形成一些不同大小的石塊，這樣在進行煤礦開采后，碎石的體積就會出現(xiàn)膨脹的問題。隨著時間的推移，垮落范圍不斷上漲，最終可擴展至采空區(qū)，由于上層巖層受到垮落物的支持而停止垮落。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤層較薄的區(qū)域踩空后，垮落帶的厚度為煤層的厚度的1.7倍以上，垮落帶在將上部巖層進行支撐的同時，由于上不覆蓋巖層的重力，也出現(xiàn)了一定的壓縮問題，而這也是造成上部覆巖層下沉的主要原因之一。開采邊界上部覆巖層因為在支撐厚板重力的作用下，而出現(xiàn)的擾曲現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對于開采取的裂縫造成嚴(yán)重的影響，裂縫范圍就是我們經(jīng)常說的裂隙帶。一般而言，地質(zhì)條件、冒落帶以及煤層厚度等相關(guān)因素，對于上部覆巖層開展的高度也存在著一定的差異，如果垮落帶與裂隙帶交錯過渡，并且二者之間的界限不明顯，那么只能對其進行大致的劃分。經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，由于采煤層對裂隙帶上部巖層造成的應(yīng)力變化相對較小，所以在采煤過程中裂隙帶不會出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象，而是在保持原有連續(xù)性固體特征的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了以沉降為主的彎曲變形現(xiàn)象。而裂隙帶上方出現(xiàn)的連續(xù)性彎曲變形帶，是造成地面出現(xiàn)沉降盆地的主要原因之一。雖然沉降盆地對于地面原有建筑物的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生不良的影響，但是，這一問題與地面陷坑、地面大裂縫等相比較而言對建筑物造成的破壞程度也相對較輕。礦區(qū)地質(zhì)條件、開采范圍等是決定沉降盆地范圍大小以及沉降量深淺的主要因素。如果地面沉降量差異不大的話，那么地面建筑則可以承受沉降量對建筑穩(wěn)定性造成的影響。反之，如果地面沉降量差異過大的話，則應(yīng)該及時的采取措施加固地面的建筑物。

2煤礦采空塌陷區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的措施

2.1地質(zhì)鉆探

通過對采空地帶地質(zhì)鉆探數(shù)據(jù)的分析，確定采空地帶地下巖層是否出現(xiàn)的斷裂帶、巖層是否完整以及巖層的穩(wěn)定性是否受到采空的影響等。然后，嚴(yán)格的按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點和要求采用合理的措施進行建筑工程的施工。

2.2主建筑結(jié)構(gòu)型式

礦區(qū)內(nèi)的主廠房、洗煤車間、煙囪、污水處理車間等建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該采用以下幾種結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。（1）主廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計。礦區(qū)主廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該以現(xiàn)澆鋼筋混凝土制作的土框排架結(jié)構(gòu)為主。柱底的荷載應(yīng)該設(shè)計為彎矩、剪力、軸力的數(shù)值。此外，氣機間的排架應(yīng)該設(shè)計現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，整個框架的檐高應(yīng)該設(shè)計，同時配置一臺載重吊車。（2）洗煤車間的結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于洗煤車間是粉塵污染最嚴(yán)重的流程，所以在對其進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須采取積極有效的防塵措施，才能最大限度的降低其在運行過程中對生態(tài)環(huán)境造成的污染。必須在明確洗煤工藝與污染源的基礎(chǔ)上，采取使用局部通風(fēng)除塵、全面通風(fēng)換氣等技術(shù)相結(jié)合的方式，合理的控制和降低設(shè)備運行過程中造成的污染。（3）煙囪的結(jié)構(gòu)設(shè)計。礦區(qū)煙囪的設(shè)計一般都采用的是鋼筋混凝土澆灌的簡裝結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。（4）污水處理車間結(jié)構(gòu)設(shè)計。經(jīng)過長期的實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，由于一級反滲透裝置具有清除水中一級陰陽離子等有害物質(zhì)效果顯著的特點，所以這一裝置已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于煤礦污水處理車間的污水處理中。

2.3結(jié)構(gòu)的處理措施

由于受到礦區(qū)場地的限制，造成礦區(qū)的主要建筑無法進行位置的調(diào)整。所以，為了有效的應(yīng)對地基變形產(chǎn)生的影響，相關(guān)部門應(yīng)該采取積極有效的措施，加強建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究的力度，才能最大限度的降低地下采空對地面建筑穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。比如，冷卻塔主要是以現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒狀結(jié)構(gòu)為主，其整體的剛度相對較大。因此，可以通過在采空影響線內(nèi)部增設(shè)高度為1.5米、寬度為0.8米的鋼筋混凝土澆筑而成的土地梁的方式施工。通過修改建筑設(shè)計方案的方式，優(yōu)化現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過修改建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的方式，不僅最大限度的避免了地下采空區(qū)對地面建筑物穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響，同時也確保了地面建筑物的實用性。另外，為了避免采空區(qū)建筑物樓板出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象，設(shè)計人員必須嚴(yán)格的按照采空區(qū)建筑物剛度、層數(shù)以及高度的要求，進行建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時采取豎向或者平面布置的方式進行建筑物的整體布局和規(guī)劃設(shè)計，才能最大限度的降低不均勻沉降地基對建筑物穩(wěn)定性造成的影響。

3結(jié)束語

為有效的降低礦區(qū)采空區(qū)安全事故發(fā)生率，設(shè)計人員在進行采空塌陷區(qū)土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須嚴(yán)格的按照要求做好采購塌陷區(qū)的現(xiàn)場地質(zhì)情況勘查和分析工作，然后根據(jù)最終的分析結(jié)構(gòu)，制定切實可行的處理方案，才能在促進煤礦采空塌陷區(qū)處理質(zhì)量的基礎(chǔ)上，為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)奠定堅實的基礎(chǔ)。