煤矿开采与损害.pptx
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1、第五章第五章 建筑物下采煤建筑物下采煤第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系第三节第三节 建筑物下采煤的保护措施建筑物下采煤的保护措施第四节第四节 建筑物下采煤设计建筑物下采煤设计第1页/共32页 据不完全统计,我国国有煤矿在据不完全统计,我国国有煤矿在“建筑物建筑物下、铁路下、水体下下、铁路下、水体下”(简称(简称“三下三下”Under 3-bodyUnder 3-body)压煤总量约)压煤总量约140140亿亿t t,其中,其中建筑物下压煤量达建筑物下压煤量达78.278.2亿亿t t
2、,占,占“三下三下”压压煤总量的煤总量的60%60%左右。左右。建筑物下压煤又以村庄下压煤所占数量最建筑物下压煤又以村庄下压煤所占数量最大,其次就是工业场地及公用建筑物下压煤。大,其次就是工业场地及公用建筑物下压煤。因此,解决建筑物下压煤的开采问题,无因此,解决建筑物下压煤的开采问题,无论从理论上、技术上、还是经济上都具有重论从理论上、技术上、还是经济上都具有重要的意义。要的意义。第2页/共32页第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响一、地表移动变形对建筑物的影响一、地表移动变形对建筑物的影响 地下开采引起地表产生移动变形,破坏了建筑地下开采引起地表产生移动变形,破
3、坏了建筑物与地基之间的初始平衡状态,使地基反力重分布,物与地基之间的初始平衡状态,使地基反力重分布,从而在建筑物中产生附加应力,导致建筑物变形和从而在建筑物中产生附加应力,导致建筑物变形和破坏。破坏。对建筑物的影响主要有垂直方向的移动变形对建筑物的影响主要有垂直方向的移动变形(下沉、倾斜、曲率)和水平方向的移向变形(水(下沉、倾斜、曲率)和水平方向的移向变形(水平移动和水平变形)。不同性质的移动变形对建平移动和水平变形)。不同性质的移动变形对建(构)筑物的影响不同。(构)筑物的影响不同。第3页/共32页第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响(一)地表移动变形对建筑物
4、的影响(一)地表移动变形对建筑物的影响 1地表下沉对建筑物的影响地表下沉对建筑物的影响 2倾斜对建筑物的影响倾斜对建筑物的影响3.地表曲率对建筑物的影响地表曲率对建筑物的影响4.地表水平变形对建筑物的影响地表水平变形对建筑物的影响 第4页/共32页第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响(二)移动盆地内不同的位置对建筑物的影响(二)移动盆地内不同的位置对建筑物的影响 一般来说,建筑物和采空区有如下特点:一般来说,建筑物和采空区有如下特点:(1 1)建筑物短轴方向承受变形的能力大于长轴,)建筑物短轴方向承受变形的能力大于长轴,承受压缩变形的能力大于承受拉伸变形的能力;承
5、受压缩变形的能力大于承受拉伸变形的能力;(2 2)采空区边缘区为变形最大的区域,中间区下)采空区边缘区为变形最大的区域,中间区下沉大但变形小;沉大但变形小;(3 3)建筑物承受扭曲变形的能力最低。)建筑物承受扭曲变形的能力最低。当建筑物所处位置不同时,其损害情况不同,如当建筑物所处位置不同时,其损害情况不同,如图图5-95-9所示,位于采动区上方不同位置的所示,位于采动区上方不同位置的a a、b b、c c、d d、e e五幢建筑物。五幢建筑物。第5页/共32页第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响 (1)房屋)房屋a由于长轴方向仅受压缩变形,短轴由于长轴方向仅受压
6、缩变形,短轴方向受动态拉伸变形,其破坏较小,处于有利位方向受动态拉伸变形,其破坏较小,处于有利位置;置;(2)房屋)房屋b由于位于采空区边缘,长轴方向受到由于位于采空区边缘,长轴方向受到的变形较大,易使其损坏;的变形较大,易使其损坏;(3)房屋)房屋c位于采空区中央,长轴平行于工作位于采空区中央,长轴平行于工作面推进方向,先受动态拉伸变形和后受压缩变形面推进方向,先受动态拉伸变形和后受压缩变形的影响,易出现裂缝;的影响,易出现裂缝;第6页/共32页第一节第一节 地表移动变形对建筑物的影响地表移动变形对建筑物的影响 (4)房屋)房屋d位于采空区边缘,长轴平行于工作面推位于采空区边缘,长轴平行于工
7、作面推进方向,进方向,长轴方向受到的变形值小于房屋长轴方向受到的变形值小于房屋c,短轴方向上受到的变形与房屋短轴方向上受到的变形与房屋b长轴方向上受到的长轴方向上受到的变形相等。变形相等。因而房屋因而房屋d比房屋比房屋b、c破坏小;破坏小;(5)房屋)房屋e与工作面斜交,受到扭曲变形的影响,易使与工作面斜交,受到扭曲变形的影响,易使房屋损坏。房屋损坏。以上可知:以上可知:a、d房屋位置最有利,房屋位置最有利,b、c次之,次之,e最不最不利。利。因此,尽量使工作面不与房屋斜交,且尽量使房屋位因此,尽量使工作面不与房屋斜交,且尽量使房屋位于于a、d位置上。位置上。第7页/共32页第二节第二节 采动
8、区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系 在采动过程中,地表建筑物的损害是地表的变形在采动过程中,地表建筑物的损害是地表的变形传递给基础,从而引起建筑物随之产生类似的变形。传递给基础,从而引起建筑物随之产生类似的变形。但由于建筑物具有一定的承受附加应力的能力,故地但由于建筑物具有一定的承受附加应力的能力,故地表变形与建筑物变形之间存在不一致性。表变形与建筑物变形之间存在不一致性。两者之间的关系与建筑物基础的材料、长度、宽两者之间的关系与建筑物基础的材料、长度、宽度、深度、荷载以及地基性质、建筑物平面形状和上度、深度、荷载以及地基性质、建筑物平面形状和上部结构的刚度等有关。部
9、结构的刚度等有关。若建筑物的变形值超过其充许的变形值,建筑物若建筑物的变形值超过其充许的变形值,建筑物将受到破坏。将受到破坏。采动区建筑物变形与地表变形的关系和采动区建采动区建筑物变形与地表变形的关系和采动区建筑物损坏评定的标准是建筑物下采矿的基础。筑物损坏评定的标准是建筑物下采矿的基础。第8页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系一、建筑物变形与地表变形的关系一、建筑物变形与地表变形的关系 地表变形引起建筑物变形,由于建筑物具有一地表变形引起建筑物变形,由于建筑物具有一定的刚度、地基切入土壤、地基与基础之间传递拉、定的刚度、地基切入土壤、地基
10、与基础之间传递拉、压力的能力有限等,使地基变形与建筑物变形存在压力的能力有限等,使地基变形与建筑物变形存在差异。差异。这一差异主要与建筑物的刚度、建筑物的大小、这一差异主要与建筑物的刚度、建筑物的大小、地基的物理力学性质、地表变形值大小、地基与基地基的物理力学性质、地表变形值大小、地基与基础间的摩擦力等有关。础间的摩擦力等有关。由于这一问题的复杂性,目前尚难以建立可靠由于这一问题的复杂性,目前尚难以建立可靠的理论计算式,而只能通过实地观测建立一些经验的理论计算式,而只能通过实地观测建立一些经验公式。公式。第9页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的
11、关系国内观测资料分析结果如下:国内观测资料分析结果如下:(1)(1)未加固建筑物:未加固建筑物:拉伸变形:拉伸变形:基基 =0.84=0.84地地 -0.0910-0.0910-3-3 压缩变形:压缩变形:基基 =0.24=0.24地地-0.0110-0.0110-3-3 (2)(2)加固建筑物:加固建筑物:拉伸变形条件下:拉伸变形条件下:基基 =0.17=0.17地地 -0.0510-0.0510-3-3 压缩变形条件下:压缩变形条件下:基基 =0.01=0.01地地 +0.1910+0.1910-3-3 第10页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表
12、变形的关系(3)(3)曲率变形曲率变形 建筑物基础与地基间的曲率变形关系,实质上地建筑物基础与地基间的曲率变形关系,实质上地基弯曲挠度与基础弯曲挠度的关系,可根据不同房屋基弯曲挠度与基础弯曲挠度的关系,可根据不同房屋的刚性来衡量。的刚性来衡量。国内根据现场实测资料,得到房屋基础单位长度国内根据现场实测资料,得到房屋基础单位长度的最大挠度的最大挠度f f基基与地基单位长度的最大弯曲值与地基单位长度的最大弯曲值f f地地的经验的经验关系式:关系式:f f基基 =a ai if f地地 +b bi i (5-3)(5-3)式中,式中,a ai i、b bi i系数。对于未采取加固措施,层系数。对于未
13、采取加固措施,层数低于四层,单位长度小于数低于四层,单位长度小于60m60m,具有毛石砌体带形,具有毛石砌体带形基础的建筑物,基础的建筑物,a ai i、b bi i,见表,见表5-15-1。第11页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系表表5-15-1中中,L L为为建建筑筑物物长长度度,H H为为建建筑筑物物高高度度,L L/H H表表示示了了建建筑筑物物柔柔性性。从从表表5-15-1可可见见,建建筑筑物物柔柔性性越越大大,基基础础与与地地基基的的挠挠度度越越接接近近,建建筑筑物物所所产产生生的的变变形形越越大大,因此,要减小建筑物的变形,
14、必须增大其刚度。因此,要减小建筑物的变形,必须增大其刚度。第12页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系二、采动区建筑物损坏程度评定指标二、采动区建筑物损坏程度评定指标 在进行建筑下采煤时,一般要根据地质采矿条件在进行建筑下采煤时,一般要根据地质采矿条件预计地表移动变形,然后根据预计的移动变形值大小预计地表移动变形,然后根据预计的移动变形值大小评定建筑物的损坏程度,采取相应的建筑物加固措施评定建筑物的损坏程度,采取相应的建筑物加固措施和井下开采措施,最后确定开采方案。和井下开采措施,最后确定开采方案。由此可见,采动区建筑物损坏评定指标对建筑物由
15、此可见,采动区建筑物损坏评定指标对建筑物下采煤是非常重要的。下采煤是非常重要的。采动区建筑物损坏评定指标涉及到地表变形大小、采动区建筑物损坏评定指标涉及到地表变形大小、建筑物类型、地基性质、建筑物长度和高度等诸多因建筑物类型、地基性质、建筑物长度和高度等诸多因素,目前尚没有一个全面考虑这些因素的采动区建筑素,目前尚没有一个全面考虑这些因素的采动区建筑物损坏评定方法,均采用近似的评定。物损坏评定方法,均采用近似的评定。第13页/共32页第二节第二节 采动区建筑物变形与地表变形的关系采动区建筑物变形与地表变形的关系 下面介绍我国划分采动区建筑物损坏等级的标准:下面介绍我国划分采动区建筑物损坏等级的
16、标准:在我国矿区中,大多数为砖混结构和砖木结构的在我国矿区中,大多数为砖混结构和砖木结构的建筑物,这些房屋大多数为平房,且长度小于建筑物,这些房屋大多数为平房,且长度小于20m20m,针对这一情况,国家煤炭工业局针对这一情况,国家煤炭工业局20002000年颁布的年颁布的建筑建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定,对于长度或变形缝区段小于规定,对于长度或变形缝区段小于20m20m的砖混结构的砖混结构房屋,按不同地表变形值划分的破坏等级标准见表房屋,按不同地表变形值划分的破坏等级标准见表5-5-2 2。其它结构类的建(构)筑物可参照表
17、。其它结构类的建(构)筑物可参照表5-25-2执行。执行。(前苏联、波兰、英国参考教材(前苏联、波兰、英国参考教材P135-141P135-141)第14页/共32页第三节第三节 建筑物下采煤的保护措施建筑物下采煤的保护措施一、地下开采技术措施一、地下开采技术措施 通过合适的开采方法或措施,可以有效地减小或通过合适的开采方法或措施,可以有效地减小或控制采动引起的地表移动变形,达到保护建筑物的目控制采动引起的地表移动变形,达到保护建筑物的目的。在生产实践中比较有效和常用的有以下几方面措的。在生产实践中比较有效和常用的有以下几方面措施:施:(一)减小地表下沉值(一)减小地表下沉值 减沉开采方法既是
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- 煤矿 开采 损害
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