小煤矿开采沉陷损害技术鉴定方法分析

2012-11-17陈银翠

淮北职业技术学院学报 2012年3期

关键词：技术鉴定采动采空区

陈银翠

（安徽矿业职业技术学院，安徽淮北 235000）

小煤矿开采沉陷损害技术鉴定方法分析

陈银翠

（安徽矿业职业技术学院，安徽淮北 235000）

小煤矿采区面积小，且多位于采空区较多的老矿区。经过长期不断重复采动，地质条件发生了很大变化，容易引起地表沉陷，老采空区的存在也会加大沉陷量和沉陷范围，将会对矿区内及周边地面建筑物造成严重损害，需要进行技术鉴定。结合小煤矿特殊的地质采矿条件，提出可根据开采情况进行井上下实测和地表损害显现特征分析方法鉴定，同时应采用概率积分法进行地面沉陷预计，确定采动影响范围。为类似小煤矿开采损害鉴定工作提供了可参考的鉴定技术模式。

小煤矿；开采损害；技术鉴定；建筑物

按照我国矿井设计生产能力，将矿井划分为大型、中型、小型三种类型，其中0.3Mt／a及以下的矿井称为小型矿井，俗称“小煤矿”［1］。由于历史开采原因，矿井可能已经过不同企业主的多次开采，不同程度地存在着老采空区，当进行井下开采时，老采空区会增大地表沉陷范围与沉陷量，严重时出现突陷，造成矿区内及周边的建（构）筑物设施遭到破坏；与大型煤矿相比，小煤矿多地处煤层稀薄或大型煤矿边角煤赋存地带，地质条件相对复杂，受自然因素影响，许多非采矿因素也会造成建（构）筑物产生损害，而矿方大多只愿意承担由其地下开采造成的损害责任，这样企业与当地政府、房屋业主之间将会产生矛盾，对当地的社会稳定和经济发展造成了不利影响。这就要求对小煤矿开采影响区域进行准确的损害技术鉴定。本文鉴于小煤矿复杂的现实状况，归纳和总结了小煤矿开采损害的鉴定方法和技术手段，并以淮南市大通区九二煤矿开采损害鉴定分析为实例，对类似工程提供理论指导。

1 开采情况调查和井上下实测判别

1.1 开采情况调查

在进行开采损害技术鉴定之前，通过收集、分析鉴定区的地质报告、矿井井上下对照图、采掘工程平面图、剖面线图、钻孔柱状图、建筑物结构及居民分布等资料对小煤矿历史开采情况和目前开采情况进行详细调查，为开采损害技术鉴定提供依据。

1.2 井上下实测

大多数情况下，小煤矿企业技术资料管理工作不完善，往往不能提供完全真实的开采资料，此时鉴定工作便相对复杂。针对小煤矿这种情况，根据小煤矿采区范围，依据区内国家测量基准点或国土资源相关部门设置的测量基准点，在鉴定区范围内建立独立的区域平面控制网和高程控制网，利用测量技术手段，对受损建筑物位置、鉴定区地形断面、井下开采工作面和现有巷道进行测量，并把测量成果绘制到矿区井上下对照图上，以确定井下开采工作面与地面受损建筑物的相对位置关系，进而判别建筑物损害是否受井下采动影响。

2 地面沉陷预计判别

在收集真实有效的矿井地质采矿资料后，可以通过地表沉陷预计的方法确定井下开采工作面对地表的影响范围。目前，我国进行地表沉陷预计的主要方法是采用2000年原国家煤炭工业局颁布的《建筑物、水体、铁路及主要巷道煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称“《规程》”）中提供的概率积分法。采用概率积分法，选用适当的预计参数进行计算，可以获得井下开采引起的地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值，确定出开采影响范围，在影响范围内的建筑物根据《规程》中给定的建筑物损坏程度、地表变形限值，结合建筑物实际破坏情况，定量确定出各建筑物破坏等级，并根据破坏等级确定赔偿金额。［2］

3 地面显现特征判别

对鉴定区地面和建筑物损害情况进行调查和统计，通过其显现的地面沉陷和建筑物损害特征进行分析鉴定。基于地面破坏情况的鉴定方法主要有以下三种方法［3］29－31：①建筑物裂缝特征判别；②地裂缝特征判别；③裂缝出现时间判别。

3.1 建筑物裂缝特征判别

通常情况下，井下开采引起的建筑物裂缝与自然因素引起的裂缝是不同的，具有明显的规律性和特殊性。井下开采会引起地面的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形。因采动引起的建筑物损害主要是由于地表曲率变形和水平变形。当建筑物位于地表下沉盆地内边缘区时，建筑物的损害主要受负曲率和压缩变形的作用，负曲率使建筑物产生正八字裂缝（如图1a），压缩变形使墙体、地基压碎，地板鼓起，产生剪切和挤压裂缝，门窗洞口挤成菱形，砖砌体墙产生水平裂缝，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起等；当建筑物位于地表下沉盆地外边缘区时，建筑物损害主要是正曲率和拉伸水平变形作用，正曲率使建筑物产生倒八字裂缝（如图1b），拉伸变形使建筑物产生开裂性裂缝，一般的在门窗洞口的薄弱部位易产生裂缝，砖砌体的结合缝，建筑物结点（如梁结构）亦易被拉开。根据建筑物裂缝出现的位置和大小分布特点，可以判定出有影响的开采的方向。

图1 地面曲率变形引起的建筑物破坏示意图

3.2 地裂缝特征判别

井下采动达到一定程度时，地面会产生裂缝。一般情况下，大型煤矿机械化程度高，开采工作面比较规则，形成的地裂缝方向性较强；而小煤矿由于开采不规则，地面往往形成不规则的、规模较小的地裂缝［4］14－18。因此，在进行小煤矿开采损害技术鉴定时，可以根据调查和测量地裂缝的大小及走向的综合情况来判别井下采动是否对地面建筑物造成影响。如果采动影响区周边出现地裂缝，且裂缝向采动区逐渐增大、增多，并且裂缝走向平行或近似平行于采区边界，则可以初步认定为地裂缝为井下开采引起。

3.3 裂缝出现时间判别

建筑物与地裂缝出现的时间也是进行技术鉴定的一个重要因素。由于小煤矿开采时间较长、重复开采早已造成了地面和建筑物出现了裂缝。在进行裂缝调查时，裂缝出现的时间很难准确判别，新老裂缝肉眼很难区分开来，但建筑物墙体上和地面上刚刚出现的新裂缝是可以判别出来的。如：地面和墙体有明显的新近出现裂缝现象、老裂缝出现增大或相对移动等。根据调查统计的结果，结合小煤矿井下开采的时间和烈度，也可以作为一种技术鉴定的辅助判定方法。

4 其它地质灾害影响因素判别

除井下煤层采动影响外，其他地质灾害因素也会引起建筑物和地面产生裂缝。如：区域构造、断层、岩溶构造、老采空区、边坡稳定性、房屋建筑结构和地基稳定性等。这些影响因素可以利用物探钻孔、鉴定区地形断面测绘、井下开采工作面地质调查和建筑物结构调查等方法进行判别鉴定。

区域构造：通过对小煤矿地质开采条件和历史采动资料进行综合分析，判别原有的区域构造形态是否对采空区沉陷有直接影响，是否对区内地面及建筑物造成损害。

断层：根据实测绘制的井上下对照图和地面沉陷预计的下沉等值线图分析，确定断层与开采工作面、下沉盆地的相对位置关系，判别井下开采时是否会出现断层活化现象，同时结合地表是否有加大的、延伸性地裂缝的存在，加以判别是否对地面和建筑物造成损害。

岩溶构造：在鉴定区内布设钻孔，利用钻探资料分析区内地面下部岩层的物理性质和赋存状态，判别是否存在岩溶构造及损害影响的程度。

老采空区：小煤矿多为复采大矿边角煤或浅部煤层，经历过多次开采后已对矿井的地质构造造成破坏，形成了老采空区。重复开采使得原来已经稳定的老采空区活化，形成二次沉陷，加大了沉陷量和沉陷范围。可利用物探技术，对采空区进行综合勘查，结合煤矿的开采历史资料综合判别其影响范围和破坏程度。

建筑物结构和地基稳定性：小煤矿多位于老矿区，其周边建筑物大多建造时间较长，多为土筑平房或砖木结构，地基基础和建筑稳定性较差，当井下开采的扰动延伸至地表，不稳定的“砖木”结构对此反应灵敏，很容易造成建筑物地基开裂，裂缝穿过墙体延伸至屋顶，或者墙体呈“拉扯”状裂缝。建筑物结构和地基稳定性也是影响建筑物损害程度的重要因素。

边坡稳定性：对小煤矿已有的老沉陷区进行断面测绘，然后依据《工程地质手册》中土质边坡稳定性分析计算方法量算沉陷盆地边坡坡度，对照土质边坡允许坡度值（见表1），通过分析沉陷区边坡坡度及地基岩土组成及其物理、力学性质特点，判别沉陷坑边坡的稳定程度，是否会造成其上建筑物产生拉裂变形。

表1 土质边坡允许坡度表［5］

5 实例分析

5.1 鉴定区概况

鉴定区位于淮南市大通区九龙岗镇境内，区内有小煤矿九龙岗二公司，属淮南矿区煤层赋存边缘地带。历经几十年的开采沉陷，矿区及周边形成了老的沉陷盆地。该矿井田东部有断层F7、F8（如图2），开采的N3煤层平均厚度3.5m，煤层倾角平均为70°，为急倾斜煤层。

5.2 地面显现特征分析

根据对采动影响区135户受损建筑物的墙体裂缝和地表裂缝的调查结果分析显示：位于采动区下沉盆地边缘区的建筑物出现了不同程度的损害，主要表现为沿煤层开采方向的建筑物和地裂缝发育明显。以利民村为例：受拉伸变形影响显著的有65户，受压缩变形影响显著的有42户，受拉伸和挤压变形显著的有28户，受损房屋分布大致范围是向西为受压变形显著，向东受拉变形显著，于两者之间的是受拉和受压都比较显著，破坏比较严重。墙体裂缝主要为“东西走向”，地裂缝主要为“南北走向”，且大致为“南偏西45°”，这与九二煤矿N3槽煤层开采方向相吻合。其中，有部分建筑物出现“正（倒）八字”现象，梁与墙体分离现象，这些现象多出现在门头，窗台；有少数建筑物墙体呈“菱形”等现象，大部分裂缝及裂隙从地基发育，经墙体、窗口门洞延伸至房顶。由于压缩引起地面鼓起，拉伸引起地基出现裂缝。

图2 鉴定区位置图

从受损建筑物和地裂缝产生的时间上来看，由于该矿区历史开采时间比较久远，存在有老采空区，建筑物和地面有老裂缝存在。但大多数裂缝是近半年时间产生的，这与该矿的井下开采时间和强度是一致的，所以可以判定为新裂缝是由井下煤层开采引起的。

5.3 地表沉陷预计分析

依据井下测绘及调查结果，对靠近矿井东边界的采掘工作面迎头位置的N3槽煤层－195m水平（240m水平）上三道采场，采用概率积分法进行沉陷预计。预计结果显示：井下开采所引起的地面沉陷涉及面积为118448m2，其最大下沉值为1.6m。沉陷过程中的最大拉伸变形值为＋5.12 mm／m，地面最大水平移动为＋240mm，最小水平移动为－203mm，走向主断面上。