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建筑物下安全開(kāi)采深度的觀測(cè)試驗(yàn)研究

文檔作者：任安圣劉小燕文檔來(lái)源： 1．焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固二礦工程部 2．河南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月12日
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第17卷第2期
2008年2月
中 國(guó) 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
Vo1．17，No．2
February 2008
建筑物下安全開(kāi)采深度的觀測(cè)試驗(yàn)研究
任安圣 ，劉小燕
(1．焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固二礦工程部，河南焦作454000；
2．河南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南焦作454000)
摘要：本文從安全開(kāi)采深度的概念出發(fā)，通過(guò)對(duì)地表移動(dòng)觀測(cè)站試驗(yàn)分析，說(shuō)明建筑物下開(kāi)采時(shí)
存在安全開(kāi)采深度，且對(duì)于不同的采礦地質(zhì)條件，安全開(kāi)采深度均存在，但安全開(kāi)采深度值不同，解決
三下采煤特別是建筑物下采煤的安全開(kāi)采問(wèn)題提供技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：安全開(kāi)采深度；地表移動(dòng)變形；概率積分法
中圖分類號(hào)：F403．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004—4051 (2008)02—0055—04
Research of observed test on safety exploiting depth of mining under buildings
REN An—sheng ，LIU Xiao—yan
(1．Jiaozuo Coal M ining Adiminstration，Engineering Department of Zhaogu
2th Coal Mine，Jiaozuo 454000，China；2．School of Computer Science＆ Engineering，
Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China)
Abstract：In this paper， Starting from the concept of safety exploiting depth，through analysing sur—
face displacem ents observation station test，this article has confirmed the safety exploiting depth exist while
mining under buildings，and has also shown that the safety mining depth even exist in different mining geo—
logical，but the values of safety mining depth are different． These conclusions have also supplied technical
evidence for solving the problem of safe working of three unders in coal m ining especially mining under
buildings．
Key words：safety exploiting depth；surface subsidence and deformation；probability integral function
“安全開(kāi)采深度”是指建筑物所能承受的由地
下開(kāi)采引起的許可變形的最小深度 ]。本文所研究
的建筑物下安全開(kāi)采深度，是指那些長(zhǎng)度或變形縫
區(qū)段內(nèi)長(zhǎng)度小于20m 的磚混結(jié)構(gòu)建筑物下安全開(kāi)
采深度，以下簡(jiǎn)稱建筑物下安全開(kāi)采深度或安全開(kāi)
采深度。
使建筑物產(chǎn)生破壞和變形的主要原因，是曲率
和水平變形的影響 ]。因此，在分析建筑物下安
全開(kāi)采深度時(shí)，我們主要考慮曲率和水平變形對(duì)其
的影響。
1 安全開(kāi)采深度的計(jì)算方法
我國(guó)預(yù)計(jì)地表下沉的主導(dǎo)方法是概率積分法，
依據(jù)概率積分法，地表終態(tài)曲率和水平變形的極限
值K 、￡m 與地表最大下沉值W 、開(kāi)采深度H
及主要影響范圍角正切tanfl之間，存在如下關(guān)
收稿日期；2007～10—24
系 。， ：
￡ 一±1．52b等tanfl (1)
Km 一± 1．52 tan2盧 (2)
假設(shè)建筑物的臨界變形值￡ 、K 等于地表的
最大變形值￡ 、K ，分別代入上面二式，可得
出與之相對(duì)應(yīng)的臨界開(kāi)采深度分別為：
H 一1．52bWmaxtanfl (3)
￡cri
一√L 52 tanz盧 (4)
則該地質(zhì)采礦條件下的安全開(kāi)采深度H ，取
上面二式中的極大值：
H i— max(H ，H^) (5)
且滿足：W < H (6)
式中：6一水平移動(dòng)系數(shù)；‰ 一地表最大下沉值，
W =Mqcosa；M。采厚；q一下沉系數(shù)；a一煤層
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中國(guó)礦業(yè) 第17卷
傾角；Hwater一地下潛水位距地表深度。
2 安全開(kāi)采深度的觀測(cè)試驗(yàn)
2．1工作面地質(zhì)、采礦條件及地表概況
19210工作面位于平頂山某礦19采區(qū)最北部
東翼，工作面西部為19采區(qū)下山保護(hù)煤柱，南部
為19采區(qū)未采區(qū)，北部為礦井邊界保護(hù)煤柱，該
工作面開(kāi)采二迭系下石盒子組丁 煤，表土層厚度
平均12m，其下為砂質(zhì)泥巖、石英砂巖、泥巖、粉
砂巖等的互層，厚度約500m，頂板為砂質(zhì)泥巖、
泥巖、細(xì)一中粒石英砂巖、粉砂巖等互層，厚度約
85m，上覆巖層巖性中硬，工作面走向長(zhǎng)850m，
傾斜長(zhǎng)180m，平均煤層厚度M 為2．2m，煤層平
均傾角8。，開(kāi)采方法為走向長(zhǎng)壁后退式，全部跨
落法管理頂板，工作面上山采深582m，下山采深
612m，平均采深H 為597m，工作面上方為自然
村。
12013工作面位于永夏礦區(qū)某礦12采區(qū)上山
中部南翼，北部為12采區(qū)上山煤柱，下部為未采
區(qū)，南部為該礦工業(yè)廣場(chǎng)，該工作面開(kāi)采二迭系山
西組二z煤，表土層厚度平均15m，其下為粘土、
細(xì)砂、砂質(zhì)粘土、粉砂、粘土礦質(zhì)等互層，厚度約
300m，頂板為泥巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖
等互層，厚度約290m，上覆巖層巖性總體偏軟，
工作面走向長(zhǎng)1350m，傾斜長(zhǎng)195m，平均煤層厚
度M 為2m，煤層平均傾角10。，開(kāi)采方法為走向
長(zhǎng)壁后退式，全部跨落法管理頂板，工作面平均采
深H 為605m，工作面上方為自然村。
2．2 觀測(cè)站設(shè)計(jì)概況
根據(jù)礦區(qū)控制網(wǎng)，結(jié)合地表實(shí)際情況設(shè)置觀測(cè)
站，同時(shí)應(yīng)考慮便于埋設(shè)測(cè)點(diǎn)和便于觀測(cè)，控制點(diǎn)
與工作測(cè)點(diǎn)的設(shè)置遵照《煤礦測(cè)量規(guī)程》第261條
要求進(jìn)行l(wèi)5 ]：
根據(jù)19210工作面地質(zhì)采礦條件，工作面設(shè)置
了半條走向觀測(cè)線，一條傾斜觀測(cè)線。觀測(cè)線設(shè)置
在達(dá)到充分采動(dòng)的地表移動(dòng)盆地主斷面上。
根據(jù)12013工作面地質(zhì)采礦條件，工作面設(shè)置
了兩條觀測(cè)線，一條走向觀測(cè)線，一條傾斜觀測(cè)
線。觀測(cè)線應(yīng)設(shè)置在達(dá)到充分采動(dòng)的地表移動(dòng)盆地
主斷面上。
根據(jù)觀測(cè)站設(shè)計(jì)要求，19210及12013工作面
上方觀測(cè)線長(zhǎng)度及測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)見(jiàn)表1。
表1 觀測(cè)線長(zhǎng)度及測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)表
2．3 觀測(cè)結(jié)果分析
(1)19210工作面觀測(cè)結(jié)果分析
19210工作面開(kāi)采過(guò)后，總共進(jìn)行了6次觀
測(cè)，根據(jù)拐點(diǎn)處下沉值為W 一0．5W ，19210工
作面開(kāi)采過(guò)后，走向主斷面拐點(diǎn)偏移距約為63m。
移動(dòng)盆地的最外邊界以下沉為10ram 的點(diǎn)為
邊界，在下沉曲線上分別確定下沉值為W 一
0．16W 和W 一0．84W 的點(diǎn)，它們和下沉值為
w一0．5W 的點(diǎn)之平距為0．4r，求得19210工作
面開(kāi)采過(guò)后走向主斷面上主要影響半徑390m，采
用下式判別是否達(dá)到充分采動(dòng)：L—D一2s，D 為
開(kāi)采寬度，這里取D一850m，s為拐點(diǎn)偏移距，這
里取s一63m；當(dāng)L<2r時(shí)，為非充分采動(dòng)，否則
為充分采動(dòng)。此處，L一850m>2r一780m，所以
19210工作面開(kāi)采過(guò)后，走向達(dá)到充分采動(dòng)。地表
穩(wěn)定后，走向觀測(cè)線各測(cè)點(diǎn)的地表下沉如圖1，地
表傾斜曲線、曲率曲線、水平變形曲線分別見(jiàn)圖2
～ 圖4。
由地表移動(dòng)變形曲線可知，19210工作面開(kāi)采
測(cè)點(diǎn)距上作回升切眼位移／m
圖1 19210工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站各
測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)走向地表下沉
3．00
2．50
2 00
l 50
l 00
瞄0．50
婁0．00
一O．50
一1．00
一1．50
一棚
：
． ～ ?
．
．
’
’
測(cè)點(diǎn)距T作面丌 脹位移／m
圖2 開(kāi)采19210工作面后地表傾斜曲線
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第2期 任安圣等：建筑物下安全開(kāi)采深度的觀測(cè)試驗(yàn)研究 57
i． ． ．I ．
一
’
I
測(cè)點(diǎn)距工作而開(kāi) 眼位移／m
圖3 開(kāi)采19210工作面后地表曲率曲線
．．．．．．? ? ．．．．．．．．．．．．．．． ．．．
-
： ／
測(cè)點(diǎn)距工作面開(kāi)切眼位移／m
圖4 開(kāi)采19210工作面后水平變形曲線
過(guò)后，走向主斷面上地表最大移動(dòng)變形見(jiàn)表2，
19210工作面開(kāi)采過(guò)后，地表移動(dòng)參數(shù)分析結(jié)果見(jiàn)
表3。
表2 開(kāi)采19210工作面后地表最大移動(dòng)變形值
19210工作面煤層開(kāi)采厚度為2．2m，在19210
工作面開(kāi)采地質(zhì)條件下，計(jì)算建筑物下安全開(kāi)采深
度為：
H 一1．52b ZO maxtan盧一
CI'I
0 一 590．2 (7)
． O02 一 、
19210工作面平均開(kāi)采深度為597m， 因此，
19210工作面開(kāi)采深度大于該采礦條件下安全開(kāi)采
深度，且通過(guò)觀測(cè)資料整理。19210工作面開(kāi)采
后，地表最大移動(dòng)變形值均小于允許地表變形值。
(2)12013工作面觀測(cè)結(jié)果分析
12013工作面開(kāi)采過(guò)后，總共進(jìn)行了8次觀
表3 開(kāi)采19210工作面后地表移動(dòng)參數(shù)分析結(jié)果
測(cè)，根據(jù)拐點(diǎn)處下沉值為W一0．5W ，12013工
作面開(kāi)采過(guò)后，走向主斷面拐點(diǎn)偏移距約為25m。
根據(jù)上述分析，得12013工作面開(kāi)采過(guò)后，走
向主斷面上主要影響半徑450m，此處，L一1300m
>2r=900m，所以12013工作面開(kāi)采過(guò)后，走向
達(dá)到充分采動(dòng)。地表穩(wěn)定后，走向觀測(cè)線各測(cè)點(diǎn)的
地表下沉如圖5，地表傾斜曲線、曲率曲線、水平
變形曲線分別見(jiàn)圖6～ 圖8。
趔
蜉
乙L 一
婁一
測(cè)點(diǎn)距工作而開(kāi) 眼位移／m
圖5 12013工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站各
測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)走向地表下沉
由地表移動(dòng)變形曲線可知，12013工作面開(kāi)采
言；
蓁： 嗣
一
-
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聊 馳塑
測(cè)點(diǎn)距工作面開(kāi)切眼距離／m
圖6 開(kāi)采12013工作面后地表傾斜曲線
0 06O0
言0 04O0
0 0200
o·0ooo
瓣-0．0200
薰謄 0400
- 0．0600
-0．0800
測(cè)點(diǎn)距工作面升切眼位移／m
圖7 開(kāi)采12013工作面后地表曲率曲線
過(guò)后，走向主斷面上地表最大移動(dòng)變形見(jiàn)表4，
12013工作面開(kāi)采過(guò)后，地表移動(dòng)參數(shù)分析結(jié)果見(jiàn)
表5。
舢伽㈣ ㈣
O O O O O O O O O 0
一g 0IJ， 靜宣 嗣
5 l 5 O 5 l 5 2
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58 中國(guó)礦業(yè) 第17卷
二．
盈
測(cè)點(diǎn)距工作面開(kāi)切眼位移
圖8 開(kāi)采12013工作面后水平變形曲線
表4 開(kāi)采12013工作面后地表最大移動(dòng)變形值
煤層開(kāi)采厚度為2m，且在12013工作面開(kāi)采
地質(zhì)條件下，計(jì)算建筑物下安全開(kāi)采深度為：
H 一1．52bWmaxtanp一
Crl
蘭 墨 ：蘭 一466． 0 4 (8)
． 002 。?
12013工作面平均開(kāi)采深度為605m， 因此，
12013工作面開(kāi)采深度大于該采礦條件下安全開(kāi)采
深度，且通過(guò)觀測(cè)資料整理。12013工作面開(kāi)采
后，地表最大移動(dòng)變形值均小于允許地表變形值。
3 小 結(jié)
本文通過(guò)對(duì)平頂山某礦19210工作面及永夏礦
表5 地表移動(dòng)參數(shù)分析結(jié)果
區(qū)某礦12013工作面地表移動(dòng)觀測(cè)站實(shí)測(cè)資料的分
析，可以得出如下結(jié)論：
(1)說(shuō)明建筑物下開(kāi)采時(shí)存在安全開(kāi)采深度；
(2)通過(guò)分析可知，當(dāng)實(shí)際開(kāi)采深度大于某
地質(zhì)采礦條件下安全開(kāi)采深度時(shí)，無(wú)需采取建筑物
下開(kāi)采井下及地面保護(hù)措施；
(3)對(duì)于不同的采礦地質(zhì)條件，安全開(kāi)采深
度均存在，且在不同的采礦地質(zhì)條件下，具有不同
的安全開(kāi)采深度值。 l
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(上接第50頁(yè))
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