煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析

邹友平，张华兴

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013 )



煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析

邹友平，张华兴

(天地科技股份有限公司 开采设计事业部，北京 100013 )

[摘要]以贵州省某村庄房屋损害为例，依据了解的地质资料与开采范围，应用开采沉陷学和水体下采煤理论，对煤矿的开采、井下爆破及疏排水对地面的影响进行了计算、分析，并将计算结果与现场调查结果进行了对比分析，最终找出村庄房屋损害的原因。

[关键词]煤矿开采；疏排水；房屋损害；井下爆破

能源在国民经济中具有特别重要的战略地位[1]，我国一次能源消费以煤为主。2014年，我国煤炭在能源结构中占70%。据预测，到2050年煤炭在一次能源中仍占50%左右。煤炭的大量开采和利用也使得煤矿开采损害成为普遍存在的问题[2]，尤其村庄房屋位于煤矿附近，其房屋开裂是否与采煤活动和矿井疏排水等有关系就需要技术上的详细分析。本文以贵州省某村庄房屋损害为例，采用理论分析与现场实测相结合，对煤矿开采、井下爆破及疏排水等与居民房屋的损害关系进行了分析。

1村庄房屋破坏情况及特征分析

为了解房屋的损坏状况及实际损坏程度，对涉及到的5户进行了入户调查。房屋都是2007年左右陆续建成，并逐渐形成了现有的房屋布局。本区房屋一般长10～20m，进深16m，钢筋混凝土基础，部分有顶底圈梁，砖墙。房屋前有一条排水沟，房屋后有护坡。按房屋损坏调研情况，居民房屋破坏主要表现为墙体裂缝，裂缝宽度1～6mm不等，门窗变形，楼顶围墙及地面开裂等。房屋裂缝表现出如下特征：房屋窗户的裂缝走向基本与窗户横向平行；房屋门的裂缝既有横向，也有竖向；房屋顶层围墙的裂缝多为横向；多数房屋顶层有漏水现象，后修补；房屋破坏上层比下层相对较为明显；地面没有出现显现有方向性的裂缝。

2村庄周围地质及开采概况

2.1地层

根据村庄周围钻孔揭露，该地区地层自下而上为：二叠系上统峨眉山玄武岩组(P3β)、龙潭组(P3l)，三叠系下统飞仙关组一段(T1f1)、二段(T1f2)及第四系(Q)。龙潭组为矿区含煤地层，与下伏峨眉山玄武岩组呈假整合接触。飞仙关组与下伏龙潭组呈整合接触，两者间无明显沉积间断。

2.2水文地质

矿区地处贵州高原西部边缘，属低中山丘陵地貌。矿区地势中部高，北西、南东两侧低，总体呈北东南西向的脊状山。区内最高点为矿区中部山顶，海拔1642.4m，最低点位于矿区南部的河床，海拔1495m，为当地的最低侵蚀基准面，最大相对高差147.4m。煤层绝大部分赋存于当地最低侵蚀基准面以下，大气降水是地下水的主要补给来源。

2.3村庄周围煤矿开采情况

煤矿主要开采了3煤、7煤、9煤。居民房屋附近区域开采工作面均位于房屋东北侧，离房屋最近的工作面为3煤的1131工作面，距离房屋的平面投影距离为184.48m，开采时间为2011年4月至2011年6月，平均采厚2.5m，煤层倾角23°，工作面标高1356.9～1390.2m，地面标高1500～1555m。

3煤矿开采和井下放炮对居民房屋影响分析

3.11131工作面开采影响距离计算

煤层开采后顶板随之崩落垮塌，导致上覆岩层的移动、变形和破坏并引起地表的沉陷，地表采动沉陷大于采空区范围，而煤层倾角越陡，下山方向采动影响的距离越大[3-4]。一般在移动角范围内的建筑物受破坏影响，可能出现房屋的变形与开裂。开采沉陷范围可按移动角和边界角确定，而边界角确定的范围为最大影响范围。根据煤矿的地质条件，确定该矿区地表移动的移动角和边界角如下：走向方向移动角δ为70°，边界角δ0为55°；上山方向移动角γ为70°，边界角γ0为55°；下山方向移动角β和边界角β0经计算分别为56.2°和41.2°，松散层移动角φ为45°。居民房屋地面标高H1约为1505m，3号煤层1131工作面采空区下山标高Ha为1357m左右。由此可按移动角和边界角计算1131工作面开采的下山影响的破坏影响范围和最大影响范围如下：

(1)

(2)

由计算结果可知，1131工作面开采对民房有明显损害的影响距离是99.08m。采动最大影响范围为169.06m。由上述可知，1131工作面距离5号房屋的距离为184.48m。1131工作面开采所形成的采空区塌陷影响范围未波及到居民小区房屋，而破坏影响距离更远，因此，1131工作面的开采不会对该区域的房屋造成破坏。

3.2煤矿采掘放炮振动对居民小区房屋影响分析

煤矿井下放炮爆破振动安全允许距离，可按下式计算[5]：

(3)

式中，R为爆破振动安全允许距离，m；Q为煤矿井下爆破实际最大装药量(煤矿井下爆破分两种，一种为采煤爆破，采用工作面循环炮眼最大装药量计算，为10.2kg。井下掘进主要是112石门，最大单次起爆装药量为23.6kg)；V为安全震动速度，取最小值1.5cm/s(民房为砖混结构的一般民用建筑物，并按照硐室爆破f<20Hz)；K为岩石性质系数，根据煤矿中硬岩性条件，取250；α为衰减系数，取1.5。

将上述参数取值代入式(3)得：

计算结果表明，在煤矿中硬岩性和民房建筑为砖混结构的一般民用建筑物条件下，112石门掘进放炮振动安全距离为86.87m，1131工作面开采放炮振动安全距离为65.68m；而112石门开拓和1131工作面采煤时，距离房屋的直线距离分别为146.40m和184.48m，大于爆破振动安全距离，因而不会因井下放炮使房屋产生裂缝。尽管井下爆破不构成对地面所涉及房屋的破坏影响，但放炮振动距离较远，特别是夜深人静的状态下，地下放炮传播更远。因此，居民反映听到炮声是实际情况，且反映的时间与112石门开掘时间相吻合。

4采动对含水层及民房影响分析

4.1采动对顶板水的影响

由水文地质条件和1131工作面附近202号钻孔岩性可知，3号煤顶板40m范围内主要为粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩，煤系地层中裂隙水极其微弱，可视为相对隔水层。工作面导水裂缝带上面有厚层相对隔水层。对飞仙关组2段地层和地表水无直接疏降作用。2013年煤矿最大排水量为125m3/h，枯水期全矿井排水量仅28m3/h，同时作为顶板水主要补给源的地面河流未出现受采动影响断流现象，表明工作面开采对于水的影响微弱。

4.2采动对地表水的影响

矿区地表内发育有一条河，煤矿工作面与居民房屋分别位于河东西两岸，地表划为不同汇水区，东西两岸的地表水分别通过各自区域的山坡地表汇入该河。煤矿工作面开采造成地表沉陷以及地表渗透性增大，可以造成河东翼的地表水渗入地下量增多，但不会对两翼的地表水产生影响。由于居民房屋地表为河西翼汇水区，民房附近地形未受采动影响，因此，煤矿1131工作面的采动和疏排水对居民房屋区域地表水未造成影响。

5非开采影响因素分析

该区房屋均为多户、低层民用建筑物，基础埋深仅局限于地表表土层，地基土的含水量主要取决于大气降水或地表生活用水的补充，局部地基土含水量的变化使地基土的密实度发生变化，可使地基土局部出现不均匀沉降，对房屋的上部结构构成不利影响。施工时大面积的混凝土不留缝分段浇筑，也可能引起前、后浇筑时接缝处出现裂缝。对于一般现浇屋面，砂浆找平层会出现裂缝，通常在5～6年均会出现渗漏现象。在房屋屋顶养花、种草、建造水池等，如没有特殊的防水、防渗及局部的结构措施，不仅会增加房屋的局部载荷、而且也恶化了一般混凝土材料的使用环境，也可使楼面出现裂缝、渗漏等现象；窗户过大或者窗洞过梁断面高度较小，也易使窗户产生弯曲变形等。

6结束语

通过上述分析可知，煤矿开采和井下爆破未波及到村庄房屋，开采不对该区域的房屋造成破坏影响。煤矿1131工作面采动后导水裂缝带上方有厚层隔水层，波及不到冲积含水层。采动和疏排水对居民房屋区域地表水未造成影响。村庄房屋损坏特征不符合采动损害影响特征，与煤矿开采、煤矿疏排水和爆破无直接因果关系。

[参考文献]

[1]中华人民共和国国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)[Z].2006.2.

[2]张华兴.煤矿开采损害的评价与防护[J].煤矿开采，2015，20(3)：1-2，20.

[3]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京：煤炭工业出版社，2000.

[4]何国清，杨伦，凌赓娣，等.矿山开采沉陷学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1991.

[5]国家标准局.《爆破安全规程》(GB 6722-2011)[M].北京：中国标准出版社，2011.

[责任编辑：李青]

Relationship between Coal Mining and Drainage and Village Houses Damage

OU You-ping，ZHANG Hua-xing

(Coal Mining & Designing Department，Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.,Beijing 100013，China)

Abstract：Taking one village houses damage of Guizhou province as an example，on the basis of geological situation and mining scope，the ground subsidence that caused by coal mining，underground blasting and drainage were analyzed on the basis of mining subsidence theory and underwater coal mining theory，the reasons that caused village houses damage were found out by compared calculation results and filed test at the end.

Keywords：coal mining；drainage；house damage；underground blasting

[中图分类号]TD74；X932

[文献标识码]A

[文章编号]1006-6225(2016)01-0077-03

[作者简介]邹友平(1979-)，男，湖北天门人，副研究员，主要从事“三下”采煤、采空区治理等方面的研究工作。

[基金项目]国家科技重大专项大型油气田开发项目(2011ZX05064)；中国煤炭科工集团科技创新基金(2014QN005)；天地科技股份有限公司开采设计事业部生产力转化基金(KJ-2015-TDKC-04)；天地科技股份有限公司技术创新基金(KJ-2015-TDKC-03)

[收稿日期]2015-08-19

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.01.021

[引用格式]邹友平，张华兴.煤矿开采及疏排水与村庄房屋损害关系的分析[J].煤矿开采，2016，21(1)：77-79.