山區(qū)地面建筑物保護煤柱設(shè)計的研究（可編輯）

太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文山區(qū)地面建筑物保護煤柱設(shè)計的研究2001.4.1太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文分析，提出沒有考慮山區(qū)地形與采動滑移的影響，照搬平地設(shè)計方法和設(shè)計參數(shù)是造成山區(qū)地面受護建筑物破壞的主要原因。濫于目前山區(qū)煤柱設(shè)計仍采用垂線法與垂直斷面法，采用這兩種方法的關(guān)鍵在于正確選擇設(shè)計參數(shù)，其中最主要的參數(shù)是移動角。文中首先從對移動角的分析入手，指出對于近水平煤層、中硬覆巖長壁大冒頂開采條山區(qū)移動角的選取應(yīng)結(jié)合上下坡方向采動、開采深厚比/、采動次數(shù)、地表傾角、地形坡度變化、采動程度；此外還對山區(qū)煤柱設(shè)計其它參數(shù)諸如圍護帶的選取、表土層移動角及表土層厚度的確定、以及山區(qū)地面受護建筑的有利、不利地形作了分析。文中用一個山區(qū)煤柱設(shè)計實例，指出采用山區(qū)地表移動預(yù)計是山區(qū)煤柱設(shè)計好后必要的補緩沖溝來減弱采動坡體滑移的影響。通過相似材料模擬試驗和有限元數(shù)值模擬對山區(qū)采動覆巖與地表移動規(guī)律及破壞過程作了研究，指成山區(qū)地面受護建筑物破壞的主要原因并不是煤柱破壞向地表的傳遞，而是采動地表滑移所致，并對現(xiàn)行規(guī)程有關(guān)山區(qū)煤柱留設(shè)部分存礦的安全生產(chǎn)以及環(huán)境保護有重要參考價值。【關(guān)鍵詞】開采沉陷保護煤柱設(shè)許、山區(qū)地面建筑物山區(qū)地表移動太原大學(xué)碩士學(xué)位論文?.,....,也.’&囊幽；太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論隨著采礦事業(yè)的發(fā)展，開采沉陷損害及其防護的研究愈來愈受到是平地，而涉及山區(qū)保護對象問題的研究很少，特別是山區(qū)煤柱設(shè)計問作為我國煤炭生產(chǎn)基地的山西，幾乎所有礦區(qū)都在山區(qū)。山區(qū)不僅有大量的工業(yè)、交通和民用建筑物，如工業(yè)廣場、居民住宅、風(fēng)井與風(fēng)地開采煤炭資源，我國從五十年代中期起就在山區(qū)煤礦開展了地表移動觀測和研究工作，六十年代進行了山區(qū)煤柱設(shè)計的研究，七十年代進行了壓煤開采的試驗，這些方面都取得了一定成績，但也存在不少亟待解決的問題。如一些保護煤柱未能起到應(yīng)有的保護作用，使受護對象遭到不同程度的損害。另外一些礦區(qū)的"三下"壓煤量很大，影.研究的目的與意義數(shù)煤礦的工業(yè)場地、住宅區(qū)和村鎮(zhèn)居民點等工業(yè)與民用建筑物，仍然主要采用留設(shè)煤柱的方法來加以保護。在山區(qū)，由于地形條件復(fù)采動地表存在附加滑移變形等諸原因，更是限制了建筑物下采煤。山區(qū)移動范圍及移動角與平地有明顯區(qū)別，照搬平地的參數(shù)和方法設(shè)計等“在方向移動角應(yīng)減小~,';新規(guī)程嘲在原規(guī)程基礎(chǔ)上作了修正：“當(dāng)保護煤柱受護邊界至煤柱邊界范圍內(nèi)地表傾角大于。時，應(yīng)采用本礦區(qū)求得的山區(qū)移動角留設(shè)保護煤柱，如無本礦區(qū)實測資料而采用平地傾角大于~。,采動地表滑移都有可能發(fā)生。對一些中硬覆巖近水平煤層開采的山區(qū)觀測資料分析表明，由于山區(qū)采動滑移影響，山區(qū)基巖移動角不僅與上、下坡方向采動有關(guān)，而且也與開采深厚比有一定關(guān)系。為了合理地留設(shè)保護煤柱，需要有一套合適的方法和理目前煤柱設(shè)計的方法有垂直斷面法、垂線法、數(shù)字標(biāo)高投影法、橢圓錐法、四次曲線法、臨界面標(biāo)高投影法等，其中后三種方法離實踐應(yīng)用還有差距，所以并沒得到應(yīng)用。目前山區(qū)煤柱設(shè)計多采用垂直斷面法和垂線法，采用這兩種方法時移動角是一個最重要的參數(shù)，而現(xiàn)在山區(qū)煤柱設(shè)計所選用的移動角僅考慮了與上、下坡采動的關(guān)系，并未考慮它與深厚比、采動次數(shù)以及地表傾角等的關(guān)系，另外山區(qū)所有受護建筑物采用同一組臨界變形值是否妥當(dāng)，以及目前圍護帶的選用參數(shù)是否準(zhǔn)確都是值得研究的問題。鑒于山區(qū)地面受護建筑物時有破壞，為此需要對山區(qū)地面建筑物保護煤柱設(shè)計方法和理論作進一步的研究和探討。本課題就是根據(jù)目前山區(qū)煤礦煤柱留設(shè)方法、保護建筑物存在問地面建筑物保護煤柱合理設(shè)計方案和正確設(shè)計參數(shù)，從而避免受護建筑物的損害。本課題的研究對于煤礦的安全生產(chǎn)、環(huán)境保護有重要對于改善山區(qū)煤柱留設(shè)和壓煤開采都有重要參考價值。.國內(nèi)外研究動態(tài)..采動損害與防護開采沉陷對人類的生產(chǎn)和生活的影響早已被人們所認識，早在世紀(jì)，比利時曾經(jīng)發(fā)布過一項法令，對因進行開采而使烈日城的水源受到破壞的責(zé)任者處以死刑吲。但由于當(dāng)時開采沉陷研究不夠，直到二十世紀(jì)初，因地下開采使鐵路、房屋遭到破壞、井下透水造成人員英國、加拿大、日本和美國等國家對開采沉陷理論和控制技術(shù)都進行了太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文我國對開采沉陷的研究是從二十世紀(jì)五十年代開始的，經(jīng)過多年的發(fā)展，不僅積累了豐富的實測資料，而且不斷改進和完善了理論，并在開采沉陷理論中滲透了其它相關(guān)理論，使開采沉陷的研究些礦區(qū)建筑物下采用條帶開采、充填開采、協(xié)調(diào)開采來解放壓煤這些方法使村莊建筑物下采煤取得了很大的成功。在山區(qū)，也曾在抗變形房下面做過采煤試驗，雖然有一定的破壞，但實驗證明經(jīng)修補后可照常使用。由于目前多數(shù)山區(qū)建筑物未進行抗變形設(shè)計，再加區(qū)地形條件復(fù)雜、采動地表存在附加滑移變形等諸原因，限制了山區(qū)建筑物下采煤，因此，對于山區(qū)地面建筑物的保護，還主要是留設(shè)煤柱來加以保護，但一些煤柱并未起到預(yù)定的保護作用。在我國，幾乎每年均有由采動引起地面建筑物的損害；波蘭受采動直接影范圍有%是建筑物地區(qū)【】:美國每年由于井下采煤對建筑物所造成的損失達萬美元【。另外，礦區(qū)井筒的保護也是一個極其重要的環(huán)節(jié)，井筒的破壞多發(fā)生在井筒穿過巖體的斷裂面和軟弱面處，開采會引起巖體沿軟弱面產(chǎn)生剪切破壞。文獻把立井井筒破壞的類型分為兩種：一是由巖層與地表采動非正規(guī)移動??沿弱面產(chǎn)生的滑動；二是由巖層與地表采動正規(guī)移動??下沉與水平移動所引起。此外文獻”“”分別論述了黃淮、淮北、徐淮礦區(qū)井筒破裂原因，主要從水文地質(zhì)、采動影生產(chǎn)因素、施工因素作了分析。文獻【給出了山區(qū)井筒破壞的幾指出山區(qū)井筒破壞部位發(fā)生在表土層與基巖接觸部位。保護帶來不少麻煩。還有煤柱設(shè)計不合理、小窯越界開采，保護范圍邊界處有斷層以及采動滑坡等因素常常影響到建筑物的安全使用Ⅲ當(dāng)表土層厚度大于米，地表傾角在以上，采動很可能會誘發(fā)滑太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文坡，在陽泉礦區(qū)、西山礦區(qū)以及川、陜等部分礦區(qū)都有此類現(xiàn)象發(fā)生施保護措施，而且設(shè)計開采及開采過程中也相應(yīng)實施保護措施指出工作面開采線應(yīng)和保護建筑物長軸平行，在建筑物附近采煤時，應(yīng)放慢速度；斯威士蘭..等曾對斯威士蘭煤礦煤柱破壞用有限元法分析，但該地區(qū)采用房柱式采煤，與我國山區(qū)現(xiàn)今多數(shù)采用全陷大冒頂法開采又有所區(qū)別；文獻【”中也提到，盡管各地區(qū)地形、地質(zhì)、采深、及建筑物結(jié)構(gòu)等不同，但對于受護物事先應(yīng)確定其允許變形值，這一點在許多國家已達成共識，然而在易受采動影響的建筑物下方，德國和英國的工程師認為應(yīng)慢速推進工作面，而美國一些研究者認為工作面應(yīng)快速推進受護物下方；另外設(shè)置補償溝，用糾偏裝置及時調(diào)整建筑物四也可有效地防止采動帶來的損文獻IⅢ】從土力學(xué)的角度分析了建筑物基礎(chǔ)與表土層之間力的傳遞過..保護煤柱設(shè)計理論研究現(xiàn)狀國外在保護煤柱設(shè)計方面的理論有：波蘭對圈定建筑物煤柱形成自己獨特的方法，在設(shè)計圍護帶寬度和保護煤柱半徑時都需用到上覆巖層的抗拉強度口：西德采用兩種方法留設(shè)】:一是采用影響半徑法計算移動變形值，再聯(lián)合臨界移動變形值來計算臨界距離和臨界于巖層復(fù)雜性是不夠精確的，二是采用“保護角”,相當(dāng)于移動角來設(shè)計。國內(nèi)煤柱留設(shè)的方法有垂直斷面法、垂線法、數(shù)字標(biāo)高投影法【,這三種方法已列入規(guī)程”,此外還有四次曲線法”、橢圓錐法、臨界面標(biāo)高投影法口。其中垂直斷面法和垂線法簡單易行，主要根據(jù)移動角來確定保護煤柱的邊界，對于同一受護對象，垂直斷面法比垂線法在受護建筑物角點處多留一部分煤柱，所以目前大多采用垂線法留設(shè)煤柱。四次曲線法、橢圓錐法、臨界面標(biāo)高投影法都是避免在建筑物角點處留設(shè)過多的煤柱，保護煤柱的范圍是一曲面，這三種方法在理因此并沒有在實踐中用到。此外，還有有關(guān)多煤層丌采煤柱合理尺寸的研究Ⅲ?,其原理就是將多煤層丌采的移動變形值疊加，根據(jù)建筑物的允許變形值，反求煤柱的合理尺寸。但是這些方法是基于地表近水平的情況，有關(guān)山區(qū)多煤層開采的保護問題的研究，目前還不..山區(qū)地表移動規(guī)律及煤柱設(shè)計現(xiàn)狀有進行深入系統(tǒng)的研究才能逐步解決。在這方面國外研究很少，英國曾經(jīng)進行過山區(qū)地表移動相似材料模擬實驗，美國設(shè)置了山區(qū)地表移動觀測站【?,取得了一些觀測成果，但至今未見到有關(guān)山區(qū)地表移動預(yù)計、煤柱設(shè)計及煤柱留設(shè)效果方面的資料。我國何萬龍教授在~年首次運用疊加原理提出山區(qū)地表移動規(guī)律及預(yù)計模型，該成果現(xiàn)已被列入規(guī)程?,何教授還導(dǎo)出了基于疊加原理和滑移向量分析原理的滑移向量函數(shù)模型【;還有顏榮貴教授基于隨機介質(zhì)理論的山區(qū)概率積分法模型【,該模型只能反映采深變化引起的移動、變形分布的非對稱形態(tài)，而不能反映采動滑移引起的溝谷上升、移動范圍增大以及山區(qū)其它應(yīng)力、應(yīng)變特征；劉廣榮教授的基于疊加原理的滑動應(yīng)力~應(yīng)變函數(shù)模型”,該模型以實測資料擬合水平變形，然后反該模型雖然從滑移力分析入手，但實際預(yù)計公式中沒有涉及力學(xué)參對作用力之間的相互關(guān)系以及力與位移、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系未作進一步分析，同時坡體表土層等厚和傾角相同的假定也使其實際應(yīng)用受到限制。此外關(guān)于山區(qū)地表移動規(guī)律，戴華陽、胡友健等【認為山區(qū)采并應(yīng)用負指數(shù)函數(shù)法導(dǎo)出了山區(qū)地表移動預(yù)計公式。由于所需參數(shù)需區(qū)地面保護對象破壞的主要原因是煤柱以外的上坡和下坡開采所致，并對山區(qū)地表移動規(guī)律、山區(qū)地表采動滑移機理、滑移的應(yīng)力，應(yīng)變模型憋盞≤磷女太原理大學(xué)碩士學(xué)龜作了深入研究時，應(yīng)按平行或垂直地表傾斜方向設(shè)置保護煤柱邊界和圍護帶，然后按上下坡采動滑移影響角確定煤柱邊界。劃定山區(qū)傾斜煤層保護煤柱時，也應(yīng)先劃出平行或垂直地表傾斜方向的煤柱邊界，然后再過煤柱的角點作平行和垂直煤層走向的煤柱邊界。另外對于山區(qū)利用同一組移動變形值確定移動角來留設(shè)各種建筑物保護煤柱是否合理也是值得研究的問題。由平項山礦務(wù)局年農(nóng)房下采煤實驗”證明對于非充分采動地表水平變形/,傾斜/,房屋墻上料石或土坯墻不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)幾條輕微裂縫，對于地表拉伸變形值超過./,壓縮變形超過./,房屋會出現(xiàn)難以修復(fù)的損害。室內(nèi)模擬實驗也曾做過，采動對地面建筑物基在地表下沉盆地上山邊緣地表下沉與基巖下沉值相等；地表下沉對深基礎(chǔ)建筑物影響不大，其中一部分是采動引起的地表下沉，另一部分是地基受采動影響而產(chǎn)生的次固結(jié)下沉。筑物的保護帶來了不少麻煩。目前多采用垂直斷面法與垂線法設(shè)其中移動角是最重要的參數(shù)，許多礦區(qū)以前曾在該地區(qū)使用同一移動對陽泉礦區(qū)巖層移動角作分析，先后推導(dǎo)出走向移動角與深厚比成線性適用“。然而所有這些資料并沒有考慮山區(qū)地表滑移的影響，對地表傾角、采動程度未作分析。在目前山區(qū)地面建筑物保護煤柱設(shè)計也僅僅考慮了移動角與上、下坡方向采動的關(guān)系，而對于開采深地表傾角、采動程度等因素未作考慮。另外對于建筑物采用同一組臨界變形值是否合理以及現(xiàn)今山區(qū)受護建筑物圍護帶的選取都是值得考慮的問題。鑒于山區(qū)受護建筑物的破壞時有發(fā)生，所以很有必要對目前建筑物保護煤柱的理論與方法進行進一步研究。本課題就是應(yīng)用山區(qū)地表移動規(guī)律、山區(qū)地表移動預(yù)計系統(tǒng)對目前山區(qū)煤礦煤柱留設(shè)方法以及參數(shù)的選擇進行深入研究，根據(jù)受護.太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文建筑物存在的問題，找出損害原因，并結(jié)合山區(qū)相似材料模擬實有限元數(shù)值模擬對山區(qū)采動坡體及覆巖變形規(guī)律加以分析，從而提出山區(qū)地面建筑物保護煤柱合理的留設(shè)方案和正確參數(shù)的選擇。.研究主要內(nèi)容與手段針對目前山區(qū)有些地面建筑物有時并不能達到預(yù)期結(jié)果，本文主要研究以下幾方面的內(nèi)容：分析設(shè)計山區(qū)煤柱所用的參數(shù)主要考慮移動角、圍護帶的選取、建筑物臨界變形值是否合理；目前規(guī)程山區(qū)地面建筑物煤柱留設(shè)方法、采用山區(qū)地表移動預(yù)計法鑒于目前地面建筑物的破壞多受來自煤柱外上坡方向煤層的開采所引起，本論文擬選取山區(qū)某一面坡地表移動觀測站資料作為實驗?zāi)Ｐ?，通過做相似材料模擬實驗，觀測巖層位與地表測點的位移來研究山區(qū)采動地表與覆巖變形規(guī)律，從而為煤柱設(shè)計提供一定的借一步說明山區(qū)采動地表與覆巖移動變形規(guī)律：案。太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章山區(qū)煤柱設(shè)計參數(shù)的分析為了提高煤炭資源回收率和礦井建設(shè)的投資效益并保護建筑物的安全，必須科學(xué)合理地進行建筑物保護煤柱的設(shè)計。從搜集的資料來看，山區(qū)煤柱設(shè)計還是采用平地保護煤柱留設(shè)方法，多采用垂直斷面法與垂線法，而用這兩種方法設(shè)計保護煤柱的關(guān)鍵在于選擇正確參.現(xiàn)場資料的分析均采用垂線法或垂直斷面法設(shè)計。..表土層移動角與圍護帶取值,對于民房按表.取值。表.陽泉礦區(qū)民房煤柱圍護帶寬度0年前年后地面建筑物保護等級圍護帶寬度從表.看，該礦區(qū)設(shè)計山區(qū)煤柱選用圍護帶時，按建筑物保護等級確定，而忽略了山區(qū)地形的影響。..移動角的選用該礦區(qū)在年以前采用類比法確定移動角為：實踐證明，上述移動角偏大，所設(shè)計的保護煤柱往往不能起到應(yīng)有的保護作用，有的破壞甚至相當(dāng)嚴重，如四礦的風(fēng)井與風(fēng)機房曾按一級保護對象設(shè)計煤柱，由于下坡方向柱外工作面的開采，導(dǎo)致風(fēng)機房和井簡報廢。之后該礦區(qū)在分析地表移動觀測站的基礎(chǔ)上，求得本礦區(qū)的移動角，在后來設(shè)計煤柱中用下面參數(shù)：.太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文當(dāng)≥。吲，。,日。一.上述移動角雖然比類比法減小。,但從保護效果來看，大部分受護對象仍遭到不同程度的損害，破壞嚴重的有二礦的大、小南溝村。都是受來自遠離煤柱邊界外的上坡方向工作面開采影響。陽泉礦務(wù)局于年底"?,對該礦區(qū)的地表移動觀測資料進行當(dāng)≥。時，。,?.Ⅱ。并求得了采動滑移影響角，其平均值如下：上坡方向滑移影響角度下坡方向采動.。;由于考慮到按滑移影響角留設(shè)煤柱損失煤量過多，從實際煤柱設(shè)計資料~可以發(fā)現(xiàn)，極少采用滑移影響角設(shè)計煤柱。以走向移動角為例，幾乎所有的煤柱采用。留設(shè)。然而地面建筑物的破壞時有發(fā)生，破壞典型的有一礦的吳家掌村，地形全傾于村莊，采動引起坡體附加滑移給受護民房施加了推力。還有工作面位于受護房屋的兩幫上坡方向，采動后引起坡體滑移，給大量房屋造成損害。從以上陽泉礦區(qū)一些受護建筑物的破壞說明：目前留設(shè)山區(qū)煤柱所選用移動角有些偏大。該礦區(qū)目前煤柱設(shè)計所選用的。是山區(qū)規(guī)則沉陷區(qū)得到的平均移動角。而實踐證明，由于山區(qū)采動地表存在附加滑移變形，使得山區(qū)規(guī)則下沉盆地邊緣往往出現(xiàn)不規(guī)則的移動變小之，上坡方向約減小”。地形對受護建筑物的影響...山區(qū)受護對象的有利地形根據(jù)現(xiàn)場資料及己有煤柱保護效果的調(diào)查，處于下列位置的建筑物保護效果最好：.位于地面較平坦的寬闊山頂，建筑物只受到兩側(cè)下坡方向的開太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文采影響，如圖.所示。.四面或三面有溝谷切割的坡地，見圖.。?曠可,,夕/采空區(qū)厶簽煤柱盤采空區(qū)位于山頂受下坡采動的影響三面溝谷受下坡采動影響圖.受護對象最有利的地形位置上述地形位置建筑物保護效果較好的主要原因是：根據(jù)采動滑移變形的研究，山頂部位除滑移下沉較大外，其他部位附加滑移變形較小。下坡方向開采對上坡的滑移影響范圍較小，根據(jù)觀測資料分析，下坡開采引起的上坡滑移影響角只比平地移動角減小~。,因而用類比移動角和按平地方法留設(shè)的保護煤柱加上圍護帶寬度，可以起到較好的保護作用。保護對象周圍的溝谷在一定程度上阻止了采動滑移范圍的擴展。..山區(qū)受護對象最不利的地形位置根據(jù)山區(qū)地表移動與變形規(guī)律的研究，及現(xiàn)有保護效果的調(diào)查，處于下列地形位置的受護建筑物最易受到破壞：.位于溝谷或溝谷兩側(cè)坡地上的建筑物，受上坡方向的開采影響，見圖.。,位于山腰較平緩坡地上的建筑，受上坡方向的開采影響；見圖上述受護對象地形位置不利的主要原因是：.上坡方向的開采對下坡滑移影響較大。根據(jù)觀測資料分析，上太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文坡方向開采引起的下坡滑移影響角比平地小~。,因而按照平地移動角和一般方法設(shè)計的山區(qū)煤柱必然偏小，保護對象將受到山區(qū)采動滑移變形的破壞。溝谷和凹形地貌部位的采動滑移變形較大，尤其是滑移引起的壓縮和正曲率對保護對象極為不利。大卸、,一、飛丑采空區(qū)煤柱采空區(qū)煤柱位于溝谷邊緣受上坡采動影響位于山腰坡地受上坡采動影響圖.受護對象最不利的地形位置.山區(qū)煤柱設(shè)計參數(shù)的分析..基巖移動角...平地基巖移動角國內(nèi)外已有觀測與研究成果表明，基巖移動角主要取決于覆巖性質(zhì)和頂板管理方法，在長壁大冒頂開采條件下，移動角主決于覆巖性質(zhì)，具體各礦區(qū)的取值，參照文獻心】。從已有觀測和研究表明，其它條件相同時，基巖走向移動角，還與開采深度和開采厚度有關(guān)系。何萬龍教授等分析了在平地半無限開采條件下分別采用按移動變形預(yù)計方法、按移動預(yù)計變形公式，結(jié)合傾斜、曲率、水平拉伸臨界變形值導(dǎo)出了求取移動角的公式，用實際計算結(jié)果證明了平原地區(qū)水平煤層中硬覆巖半無限開采條件巖移動角隨開采深度的增加而增大，隨開采厚度的增加而減小，指出~個礦區(qū)只用同一個移動角設(shè)計煤柱并不合理。上述研究成果在理論上可行，但尚未反映在現(xiàn)行規(guī)程之中，在實踐中還未得到充分推廣。...山區(qū)基巖移動角;。疆耋戳盼?！?太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文現(xiàn)行規(guī)程七在原規(guī)程Ⅲ的基礎(chǔ)上作了修正，提出在山區(qū)設(shè)計煤柱時，為了防止山體采動滑移附加變形對受護建筑物的影響，當(dāng)保護煤柱受護邊界至煤柱邊界范圍內(nèi)地表平均傾角大于。時，應(yīng)采用本礦區(qū)求得的山區(qū)移動角留設(shè)保護煤柱，如無本礦區(qū)實測資料而采用平地方向移動角一般減小。一。。這只是原則性的規(guī)定，而事實上只要地表坡度大于。。,山區(qū)采動地表滑移就很可能發(fā)生【"。另外對一0些中硬覆巖近水平煤層開采的山區(qū)實測資料分析還得出：山區(qū)采動滑移影響角不僅與上、下坡采動有關(guān)，而且也與開采深厚比有一定關(guān)方向的移動角比平地約小~。,而下坡方向的移動角比平地約小力下坡大于上坡，因而下坡方向的滑移影響范圍也比上坡方向的影響范圍大。表.山區(qū)上、下坡移動角與開采深厚比的關(guān)系平地上坡下坡深厚比揶等高線方向下坡采動上坡采動0o。~。?缶。0另外從已有的山區(qū)資料四中發(fā)現(xiàn)山區(qū)地表移動角還與采動次數(shù)有角一般減小~。;而當(dāng)/時，重復(fù)采動對規(guī)則沉陷區(qū)地表移動角影響一般很小，因為初次開采采動塌陷會形成一個弱面，重復(fù)采動會使覆巖沿原來的弱面繼續(xù)破壞，故移動影響范圍不再繼續(xù)增此外山區(qū)采動滑移角與山區(qū)坡體傾角變化大小有關(guān)，當(dāng)采區(qū)邊界以外坡體坡度變化較大時一般在。以上，如移動盆地邊界有溝谷時，采動滑移影響范圍增大，采動滑移影響角偏小。從以上分析可知，對于中硬覆巖近水平煤層大冒頂開采的山區(qū)移太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文動角建議如下取值：對于地表傾角小于。,此時不考慮采動地表滑移，移動角按規(guī)程平地移動角結(jié)合開采深厚比來取值。應(yīng)該采用本礦區(qū)滑移影響角，如無實測資料應(yīng)結(jié)合/參照表.選取移動角；如果仍按規(guī)則移動盆地所得移動角如陽泉礦區(qū)。留設(shè)煤柱，應(yīng)該在受護建筑物受護邊界外挖一緩沖溝來減弱采動坡體滑移的影響。由于礦區(qū)考慮采用減小移動角來留設(shè)煤柱會增大壓煤如果屬于重復(fù)開采，移動角應(yīng)按表.來取值。表.重復(fù)開采對移動角的影響廠×/減小~。取值為采動滑移影響角不變術(shù)注：'為地表傾角，/為開采深厚比，以司。..山區(qū)地面受護建筑物圍護帶目前山區(qū)煤柱圍護帶的圈定、仍然采用與平地完全相同的方法，圍護帶的寬度仍按建筑物保護等級參照規(guī)程來劃定。由于山區(qū)地形條件復(fù)雜，地勢變化多端，建議在山區(qū)設(shè)生不連續(xù)變形，即滑坡“,為圖.位于山梁的受護建筑圍護帶加寬圖地表變形預(yù)計的方法按保護對象的臨界變形值確定。對于近水平煤。潭澎§《蜊太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文層，應(yīng)按平行和垂直地表傾斜方向設(shè)置保護邊界和圍護帶，然后坡采動滑移影響角及表土層移動角劃定煤柱邊界，因而煤柱邊界平行或垂直地表傾斜方向。劃定山區(qū)傾斜煤層保護煤柱邊界時，也應(yīng)先劃出平行和垂直地表傾斜方向的煤柱邊界，然后再過煤柱的角點作平行和垂直煤層走向的直線構(gòu)成平行和垂直煤層走向的最終煤柱..山區(qū)煤柱設(shè)計相關(guān)的其它參數(shù)山區(qū)表土層移動角及表土層厚度的確定常見的風(fēng)化坡積物或山麓堆積形成的風(fēng)化表土層，其移動角取值可參呈表土層比坡體下部的表土層厚。這種情況往往由于雨水長時間沖基中一一圖.表土層厚度不等圖體下部為沖溝時的表土層會變薄，此時應(yīng)該依照地面標(biāo)高與地表坡角及鉆孔資料確定受護建筑物邊界角點處表土層厚度，表土層厚度確定后，表土層移動角可參照...山區(qū)地面建筑臨界變形值目前移動角是根據(jù)我國一般磚木結(jié)構(gòu)建筑使用的一組臨界變形值確定的，而山區(qū)由于建筑物質(zhì)量參差不齊，依照這個標(biāo)準(zhǔn)是否合是值得考慮的問題。這方面的實驗也在年平頂山礦區(qū)在農(nóng)房下采煤嘗試過，試驗房為料石基礎(chǔ)、木屋架，墻體多為料石干砌墻，試驗結(jié)果表明：當(dāng)?shù)乇碜冃尾怀^水平變形、傾斜變形時，房屋不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)幾條輕微裂縫。當(dāng)?shù)乇碜冃沃党^拉伸變形./或壓縮變形為./時，房屋出現(xiàn)難以修復(fù)的損害。由此說明，在山區(qū)對于普通磚木結(jié)構(gòu)的民房，這組臨界變形值還是適用的。.山區(qū)保護煤柱的適用條件根據(jù)以上分析可以看出，由于采動坡體滑移的影響，采用山區(qū)地女”,太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表移動角來設(shè)計煤柱必然使保護范圍增大，使得山區(qū)保護煤柱的壓煤量比平地煤柱的壓煤量大得多，且保護效果不一定好，因而當(dāng)?shù)孛娼ㄖ锾幱谠摰匦闻c地質(zhì)條件時，為了免受采動坡體變形的影響，最好還是搬遷。只有在下列條件下才可以考慮留設(shè)保護煤柱：無法搬遷或采用其它防護或開采措施難以保護的對象：單層開采深厚于，受護面積較大的保護對象；保護對象位于較平坦的山頂或被三面溝谷切割包圍的平緩坡地中央部位。另外作者在調(diào)查陽泉礦區(qū)留設(shè)煤柱保護效果時，發(fā)現(xiàn)有些煤柱設(shè)計時并沒有考慮到村莊房屋的擴建，致使一些房屋建在受護范圍以外；還有礦區(qū)周圍小窯的越界開采，而這些小煤窯的開采并沒有實測圖紙，這樣常常使得處于該部位民房破壞的責(zé)任糾纏不清。鑒于此很有必要建立和健全村莊下采煤的管理與協(xié)調(diào)機制。此外，隨著農(nóng)擴建，礦區(qū)破壞耕地的復(fù)墾、采空區(qū)上方建房日益成為亟待解決的問.本章小結(jié)本章通過對現(xiàn)場資料的分析，指出當(dāng)前山區(qū)地面受護建筑物圍護帶的選取并未考慮山區(qū)地形的影響，設(shè)計煤柱所用移動角的選取沒有考慮山區(qū)地表滑移的影響。并應(yīng)用已有的山區(qū)資料對目前山區(qū)煤柱設(shè)層厚度及表土層移動角的選取原則與山區(qū)煤柱留設(shè)的適用條件。。;;建.扭：太原理大學(xué)碩士學(xué)位論文山區(qū)煤柱設(shè)計實例第三章鑒于目前山區(qū)受護建筑時有破壞，本文就以陽泉礦區(qū)三礦馬家坡新村保護煤柱設(shè)計為例，采用三種方法，即分別采用按平地設(shè)計目前規(guī)程規(guī)定方法、山區(qū)地表移動預(yù)計法來設(shè)計該村莊房屋保護煤.平地煤柱設(shè)計法從搜集資料發(fā)現(xiàn)該村莊煤柱就是照搬平地設(shè)計方法留設(shè)的，而實際上并未取得預(yù)期的保護效果。..地形、地質(zhì)、采礦條件與煤柱設(shè)計參數(shù)馬家坡新村位于陽泉礦區(qū)三礦井田馬家坡河溝中游西岸，整個地可采煤層。群與煤層均未采過，現(xiàn)、、撐煤層均已采過。開采工作面位于村莊東、西兩幫，兩幫坡度都在。以上。這三層煤煤煤表表土基巖移動角煤煤柱土層移下山上山層動角標(biāo)深移動移動移動號厚角法法坡法高、煤層平均深度.之上原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文年月推過以后，位于工作面下坡方向的學(xué)校樓房及位于學(xué)校后方的幾戶民房便遭到嚴重破壞。..破壞原因初步分析程度上阻止了采動滑移范圍的擴展。所以其破壞主要是由村西受護房屋煤柱外上坡方向工作面采動損害所致，事實也正如此，當(dāng)位于學(xué)校房就發(fā)生了嚴重破壞。造成學(xué)校破壞的原因是照搬平地參數(shù)與方法留設(shè)山區(qū)煤柱。從已有的山區(qū)地表移動觀測資料表明，山區(qū)開采沉陷區(qū)邊界段外側(cè)的移動變形分布與平地移動盆地邊緣的移動變形分布有明負因此山區(qū)的地表移動角必然小于平地的地表移動角，如圖.所示。.山區(qū)地表移動變形預(yù)計法..預(yù)計方法的選取本次預(yù)計是采用任意形狀、任意方向，多線段、多工作面開采的預(yù)計系統(tǒng)，其計算原理如下：,,,妒妒/水平移動：。,,廬【,。,,們.,中妒矽,,式中形'工，和，分別為山區(qū)和相同地質(zhì)采礦條件下平地任意點，的下沉；',,妒和，,廬分別為山區(qū)和相同地質(zhì)采礦條件下平地任意點，沿中方向的的水平移動；,。為點，的地表特性系數(shù)，';.,為地表趨勢面修勻以后傾斜方向剖面，點的傾角；妒和妒分別是，點的傾斜方向角和計算方向角，均由局部坐標(biāo)系軸正向按逆時針方向算起。和分別是走向和傾.鞋。攜』太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文向主斷面的滑移影響函數(shù)，可用下式計算：式中為工作面走向方向的計算長度，可按下式計算：其中為主要影響半徑，/,為主要影響角，為采深；、,,。計算時，、為滑移影響參數(shù)，其參考值為只要把上公式中的，換成相應(yīng)的，。帥川：I|VI矽礦：%廟“半掣礎(chǔ)出?丁肌中。Ⅱ唑掣燦:一了俅口一印一彩?丁,,中，,妒,,礦，,中傾斜：淝由：墜型掣/.“Ⅱ其中為該地質(zhì)采礦條件下的地表最大下沉值，口，為下沉在開采平面上一般為多邊形。.預(yù)計線的設(shè)置及預(yù)計參數(shù)選用.;,徽塞；黼日太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文由于學(xué)校及其后面受護房屋主要受上坡方向煤層相鄰兩工作面?zhèn)€方向、個點。見圖.所示。作者在調(diào)查該村建筑破壞情況時，圖.預(yù)計線設(shè)置圖發(fā)現(xiàn)學(xué)校附近建筑平行于學(xué)校樓房長軸方向與工作面上方地形主傾斜方向一致破壞十分嚴重，而平行于學(xué)校樓房短軸方向垂直于工作面上方地形主傾斜方向的建筑變形不大。所以選取一、??、?分別平行、垂直學(xué)校樓房長軸方向，以及民房西側(cè)受護邊界；第四方向IV一IV?與工作面傾向平行，且與工作面的推進方向一致，由此可以了解由采動引起的坡體變形向受護建筑物煤柱方向的傳遞過程。其中一、?號點柱設(shè)計來選取預(yù)計參數(shù)見表.:..預(yù)計結(jié)果分析..預(yù)計結(jié)果對預(yù)計線?作一剖面，并繪制了移動變形曲線見圖.。可以看到：下沉與水平移動的最大值都集中在地表坡度最大處。位于采空,,一水平移動曲線,·,一’三三’二?主●二一??????一一、.曲率曲線水平變形曲線Ⅲ下沉曲線『」傾斜曲線；圖.?預(yù)計線移動變形曲線圖區(qū)邊界以外、保護煤柱上方的地表的移動變形值遠遠超過了位于采空區(qū)內(nèi)邊界點移動變形值。從工作面邊界上方至受護建筑物邊界處，下沉與水平移動值與地表坡度變化一致，都是先增大后減小，在地表坡度較緩處地表坡度小于.,水平移動值超過了下沉值。傾斜、曲率與水平變形的峰值都集中在變坡點部位。我們可以看到：在建筑物右邊界變坡點地表部位水平移動迅速減小，引起了水平壓縮變形最大值為一./,且有正的曲率。這樣造成了建筑物地板鼓起。從其它三條線的預(yù)計結(jié)果會發(fā)現(xiàn)：在平行于地表趨勢面主傾斜方向的預(yù)計線?上號點位于學(xué)校附近地表傾斜值為一./,曲率為.×。/,水平變形值為../,遠遠超過了磚木結(jié)構(gòu)建裂縫多處。而垂直于地表主傾斜方向上?的預(yù)計點號點位于學(xué)校后方的地表移動變形值并沒有達到臨界變形值，而在變坡點部位的號點及~號點其移動變形值剛超過臨界變形值，其中的最大值分別是號點傾斜值為../,水平變形值為太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文×/。從結(jié)果可以了解到，該方向./,號點曲率為一上變形值并不很大，這與實地調(diào)查結(jié)果相符?？梢哉f明在山區(qū)建筑物氏軸方向應(yīng)盡量避免與坡體傾向、.作面刀：采方向一致。位于民房邊界的預(yù)計線?上，僅有在兩工作面下方的~點其水平變形值超過臨界變形值，最大值為../。這是由于兩工作面開采疊加影響而引起。.結(jié)果分析當(dāng)受護建筑物位于坡體平緩地段，而開采工作面位于建筑物上坡方向時，從上坡方向傳遞過來的水平滑移對建筑物的影響要大于下沉對建筑的影響，從現(xiàn)場觀察也證明了這一點，處于較平緩部位的受護建筑的破壞主要是受負水平變形和正曲率的影響，尤其是對于建座落在黃土、回填士等不實的地基上時，破壞更為嚴重，馬家坡村學(xué)校的破壞證實了這一點。另外，當(dāng)山區(qū)建筑物筑物處于或者緊靠變坡點部位時，其變形值往往會超過臨界變形值。...建議以預(yù)計結(jié)果結(jié)合臨界變形值確定山區(qū)煤柱的合理尺寸，理論上可臨界變形值分別是傾斜為。/,曲率為.ב,,水平變形占為./,用這些值所在地表位置，確定移動角，勢必對預(yù)計參數(shù)精度要求很高；從上面看出：山區(qū)地表移動預(yù)計涉及參數(shù)多，且有些預(yù)計參數(shù)是在工作面面積確定后才確定的。若單獨采用預(yù)計變形值結(jié)合臨界變形值確定煤柱的合理尺寸，操作上比較復(fù)雜，且要求預(yù)計人員需有較為豐富的山區(qū)地表移動預(yù)計經(jīng)驗。地基上的或可能受采動引起陡崖峭壁崩塌危害的建構(gòu)筑物應(yīng)首先考慮防治保護本用平坡方向應(yīng)減小~“’。從井上下對照圖上求得煤柱邊界至建筑物受護邊界地表平均傾角為。,本次煤柱設(shè)計采用本礦區(qū)曾求得的采動平均滑移影響角，即次預(yù)計分別按移動角為，。、以及按現(xiàn)行規(guī)程將平地移動動角。,應(yīng)用垂線法劃定煤柱范圍，轉(zhuǎn)繪于井上下對照圖上。表.移動角為預(yù)計結(jié)果點下沉水平移動傾斜曲率水平變形坡度表.移動角為預(yù)計結(jié)果點下沉坡度水平移動傾斜曲率水平變形...?.......太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文表.移動角為預(yù)計結(jié)果傾斜沉水平移動曲率水平變形點坡度/...,....~篇幅，只列出建筑物邊界處超過臨界變形