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乳化泵開采設計工程案例

  地下煤礦的開采作業引起地表的移動與破壞形式受到很多因素的影響,如采煤方法、采出厚度、開采深度、岩層與煤層産況、頂闆管理方法等。在煤礦采空區的建築物損害則主要是地表的不均勻沉降與地表的水平變形以及建築結構抗變形的能力來決定的。
 
  采動引起的建築物損壞同地下開采在時空上存在一緻性,位于不同礦區甚至同一個塌陷區内不同位置的同類建築物,其損害程度及形式也存有非常大的差别。防護和治理建築物損壞的方法應該視具體情況而定。要充分協調煤炭回采率與建築物安全之間的關系,地表的建築物與生态環境,并實現煤礦區可持續發展。
 
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  1 煤礦的采動對地面建築物可能産生的影響
 
  煤炭是我國國民經濟發展重要的物質基礎,提高煤炭資源回采率,對維持我國社會經濟持續、穩定發展具有重要意義。建築物下的煤炭資源開采是煤礦生産的難題,必須采用正确的開采方法,才可能既提高礦井的資源利用率,又地面建築物的安全。
 
  地下煤礦開采對地表的影響主要包括三種類型:水平方向的變形和移動,如地表的水平拉伸、移動和壓縮變形;垂直方向的變形和移動,如地表傾斜、下沉、曲率、扭曲;地表平面的剪切應變。不同類型的變形和移動對建築物産生不同的影響。随着地表發生移動與變形,建築物和地基之間初始的平衡狀态遭到破壞,并建立了新的力系平衡,建築物産生了附加的應力,導緻其發生變形,甚至遭到破壞。
 
  1.1 地表水平變形的影響
 
  水平變形對建築物有很大的破壞作用,它是對地表的壓縮和拉伸變形,建築物受到拉伸的破壞性影響尤其大。建築物對于拉伸的抵抗能力遠不如對壓縮的抵抗能力,小的地表拉伸就會導緻建築物的開裂性裂縫,導緻建築物的結點被拉開等。而當地表産生比較大的壓縮變形時,建築物會産生比較嚴重的破壞,可能發生如地闆鼓起并産生擠壓和剪切裂縫,地基、牆壁壓碎等危害。
 
  1.2 地表曲率的影響
 
  當地表發生曲率變形,平面的地表将會變成曲面形狀,破壞了建築物荷載和土壤反力之間初始的平衡狀态。正、負曲率作用下,通常會發生兩類情況:房屋部分切入地基和房屋全部切入地基。在正、負曲率的影響下,建築物的地基反力得到重新分布,建築物的牆壁受到豎直面内剪切應力和附加彎矩的作用,當作用超出了建築物的基礎及上部建築強度的極,就會導緻建築物裂縫。
 
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  1.3 地表傾斜的影響
 
  地表發生傾斜将會引起建築物發生歪斜,在建築物的自重形成的偏心荷載的作用下,附加傾覆力矩會使基底承壓力被重新分布,承重結構的内部産生的附加應力對于高度大、占地面積較小的建築物會産生很大影響。
 
  1.4 地表下沉的影響
 
  通常情況下,建築物所在的地表發生均勻沉降時,在建築物和構築物當中不會有附加應力産生,建築物自身就不會發生損害。可是當地下水位很淺而地表的下沉量又較大時,如果潛水位因此而上升,使建築物潮濕過度或者長期積水,并使得建築物的環境發生改變,就會使建築物的強度受到影響,甚至危害到建築物的使用。
 
  綜上所述,建築物遭到破壞主要是受水平和曲率變形的影響。采動地區的地面建築物在它們的影響下會使磚牆上發生傾斜、出現裂縫,甚至發生倒塌。所以,在建築物下進行煤礦開采,必須采取相對應的合理措施,建築物安全。
 
  2 煤礦建築物下的開采方案
 
  2.1 建築物下開采方案的設計原則
 
  建築物下的煤礦開采方案的設計應當遵循的基本原則包括:
 
  2.1.1 在礦區地面建築物的安全的基礎上,限度地對煤炭資源進行回收,提高煤炭資源的回收率。
 
  2.1.2 适應現實條件,提高煤炭的開采機械化程度,提高工效并降低工人的勞動強度。
 
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  2.1.3 具有現實可操作性。
 
  2.2 建築物下采煤的具體防護措施
 
  主要的建築物下開采防護措施有兩個方面:一方面,要盡量減少建築物變形值,所以應該在井下采取有效的采礦措施;另一方面要在建築物上采取相應的結構措施,增加其承受地表變形的能力。
 
  通常情況下,這兩方面的措施是聯合使用的,隻有綜合經濟和技術等各方面因素,經過對比分析後,才能确定所采取措施的着重點。比如,當采後的建築物維修、加固的費用較高,或者采動後會發生地面下沉積水并且排水有困難的時候,就應當采取采礦的措施來保護建築物。
 
  3 煤礦建築物下的開采措施
 
  3.1 建築物下的采礦措施
 
  3.1.1 條帶開采法
 
  條帶開采是将被開采煤層劃分成比較正規的條帶的形狀,隔一條采一條,使得留下來的條帶煤能夠很好地支撐起上覆岩層的分量,避免地表産生大的移動和變形。條帶開采技術有兩種方式:長壁的條帶開采和短壁間隔條帶開采方法。長壁的條帶開采是指工作面布置為長壁工作面,順着推進方向,實行間隔開采。短壁間隔條帶開采是将工作面布置為短壁條帶進行開采,隔一個工作面開采一個工作面。短壁的間隔條帶開采在實施工藝方面比長壁條帶開采容易。
 
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  3.1.2 全部垮落開采法
 
  地表移動的規律能夠表明,地表變形與地表不均勻下沉都集中在地表的下沉盆地邊緣區,而且井下每出現性的開采界面,相對應的,地表就會出現數值比較大的地表變形區。而全部垮落法是在一定的範圍之内,進行大面積的全面開采,不在煤柱内形成開采邊界,程度上減少建築物受到開采帶來的不利影響。
 
  3.1.3 充填法
 
  充填法是填充開采空間,控制上覆岩層的下沉,減小地表變形的一種方法。填充物可以是碎石、水砂等。在充填法中,條帶充填是常用的一種充填方式。條帶充填體同條帶開采所留設的煤柱進行置換,隻要未充填的采空區寬度比覆岩的主關鍵層初次破斷跨距小,而且充填的條帶能夠保持長期的穩定,就能對地表的塌陷産生明顯的效果,從而減少了充填量,并使填充成本降低,提高了煤炭的采出率,并了建築物的安全。
 
  3.2 地面建築結構措施
 
  在建築物下進行采煤作業時,除了采用适宜的開采措施以減小地表的移動和變形外,還應當預估地表可能發生的變形程度以及建築物可能的破壞等級,并酌情采用一系列合理措施保護建築物,減少甚至避免建築物受到地下采動的危害。
 
  3.2.1 設置補償溝
 
  在建築物的周圍1~2m的位置開掘變形補償溝,它能夠吸收地表的壓縮變形。将其設在牆邊和牆突出的部分,而且溝的長軸方向要與水平變形方向垂直,溝深要低于基礎底面15~20cm。在補償溝内填充爐渣、鋸末等可以壓縮的松散物,在上部要采取溝幫支承措施,防止進水、塌幫。
 
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  3.2.2 留變形縫
 
  對于高度不同、長度較大,具有比較複雜的平面形狀的建築物,在靠近内部的橫穿牆或平面形狀的變化處和高度變化處,從基礎到房頂都砌成相互獨立的單體,提高房屋的抗水平變形和曲率變形的能力。各獨立單體之間要留一個寬度在5cm上下的變形縫,每個單體的長度都在20cm左右。
 
  如何對建築物下的煤炭資源進行合理開采,是我國的煤炭科技人員一直努力探索的工作。如果建築物下的煤炭資源不能有效開采,不僅會造成煤炭資源的浪費,還會縮短礦井服務年限、造成生産的接替緊張等問題。為了限度地減少建築物下開采對于地表建築物的損壞,并煤炭資源回采率,首先必須了解煤礦的采動對于地面建築物所産生的影響類型,然後才能制定出具有針對性的措施。
 
  劃分明确的管理單元
 
  首先,要建立健全且科學的非煤礦山井下作業安全管理系統,必須要對礦區作業環境和各方面的制約因素進行系統的分析,以确定影響安全管理體系建設的各項指标。根據各項安全作業指标的建立對其影響因素進行詳細的劃分,具體可以包括管理制度與細則、爆破作業、井下作業的開采與通風、供電與通訊工作、提升與運輸等幾個方面,在安全管理系統的建設上,要針對以上幾個方面,進行系統性的規劃,有層次性的提高各個作業組成環節的安全管理科學水平,全面的保障井下作業的安全性,提高生産的效率。
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