第九章 建構(gòu)筑物保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)及損害評(píng)定方法

1、第9章 建構(gòu)筑物保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)及損害評(píng)定方法礦區(qū)建構(gòu)筑物保護(hù)采用兩種方法：留設(shè)保護(hù)煤柱，即在保護(hù)煤柱外開采，使建構(gòu)筑物不受開采影響或受到的開采影響不會(huì)使建構(gòu)筑物損害；采用特殊開采技術(shù)措施和建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)措施，使采動(dòng)變形不會(huì)使建構(gòu)筑物損害；保護(hù)煤柱設(shè)計(jì)保護(hù)煤柱：指專門留在井下不予采出的、旨在保護(hù)其上方巖層內(nèi)部和地表的各種保護(hù)對(duì)象不受開采影響的那部分煤炭資源受保護(hù)對(duì)象：井筒、井下主要巷道和硐室、地面各類建（構(gòu)）筑物、鐵路、水體等優(yōu)點(diǎn)：能有效保護(hù)受保護(hù)對(duì)象免受開采的影響缺點(diǎn)：1）浪費(fèi)煤炭資源，縮短礦井服務(wù)年限；2）使采掘工作復(fù)雜化，增大掘進(jìn)工作量，造成采掘關(guān)系緊張一、保護(hù)煤柱留設(shè)原理在保護(hù)對(duì)象的下方留出

2、一部分煤炭不開采，使其周圍煤炭的開采對(duì)保護(hù)對(duì)象不產(chǎn)生有危險(xiǎn)性的移動(dòng)和變形。在傾向剖面上，從受護(hù)邊界點(diǎn)分別向煤層下山方向作上山移動(dòng)角、向煤層上山方向作下山移動(dòng)角，交煤層于c、d兩點(diǎn)；在走向剖面上，從受護(hù)邊界點(diǎn)分別向兩側(cè)煤層作走向移動(dòng)角，交煤層于a、b兩點(diǎn)；則a、b、c、d確定的煤柱范圍就是保護(hù)煤柱的范圍；將其投影到水平面上，就可在平面圖上確定出建筑物保護(hù)煤柱的范圍。該煤層在保護(hù)煤柱邊界外開采，不會(huì)引起受護(hù)建筑物的地表產(chǎn)生臨界變形值以上的移動(dòng)、變形。注意：1）在傾向剖面上，向煤層下山方向采用上山移動(dòng)角；向煤層上山方向采用下山移動(dòng)角。在走向剖面上，采用走向移動(dòng)角。2）深度越大、煤柱范圍越大；深度越小

3、、煤柱范圍越小。2、 圍護(hù)帶圍護(hù)帶：留設(shè)煤柱時(shí)，為確保被保護(hù)對(duì)象的安全，還需要保護(hù)受護(hù)對(duì)象周圍一定范圍內(nèi)的巖體或地表，這部分需附加保護(hù)的巖體或地表及其范圍稱為“圍護(hù)帶”目的：1）抵消留設(shè)保護(hù)煤柱時(shí)所用參數(shù)的誤差引起煤柱尺寸的不足。移動(dòng)角250。2）抵消由于地質(zhì)采礦條件和井上下位置關(guān)系的不準(zhǔn)確而造成保護(hù)煤柱的尺寸和位置的誤差。斜交剖面上的煤層傾角為偽傾角；煤層傾角；斜交剖面與煤層傾向所夾得銳角；，為下山、上山、走向移動(dòng)角保護(hù)煤柱留設(shè)方法保護(hù)煤柱留設(shè)方法有：垂直剖面法、垂線法、數(shù)字標(biāo)高投影法、臨界標(biāo)高投影法、臨界變形值方法、預(yù)計(jì)方法。常用的是垂直剖面法、垂線法（1） 垂直剖面法垂直剖面法是一種圖解

4、方法，其設(shè)計(jì)步驟如下：（一）確定受護(hù)面積邊界1）如果建筑物邊界和煤層走向、傾向平行時(shí)，在平面圖上直接沿煤層走向、傾向留一定寬度的圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖9-6a）；2）如果建筑物邊界和煤層走向斜交時(shí)，通過建筑物四個(gè)角點(diǎn)，分別作與煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖9-6b）；3）如果地面有許多建筑物時(shí)，通過建筑群的最外角點(diǎn)，分別作和煤層走向或傾向平行的直線，再留圍護(hù)帶，得受護(hù)面積邊界（圖9-6c）。垂直剖面法確定受護(hù)面積邊界時(shí)，一般應(yīng)和煤層走向、傾向平行。（二）確定保護(hù)煤柱邊界在受護(hù)面積邊界與煤層走向平行或垂直時(shí)所作的垂直剖面上，首先在松散層內(nèi)用畫線交于基巖面，再在基巖內(nèi)

5、用、畫線交于煤層，即可得出保護(hù)煤柱邊界。例9-1 如圖9-7，要設(shè)計(jì)一個(gè)重要建筑物的保護(hù)煤柱，保護(hù)級(jí)別為級(jí)，保護(hù)面積的平面形狀為矩形，面積為100×200m2，長(zhǎng)軸與煤層走向斜交成60°角。煤層傾角30° ，煤層在保護(hù)范圍中央處的埋藏深度H=250m。地面標(biāo)高為零，松散層厚度h=40m，煤層厚度M2.0m，該地區(qū)的移動(dòng)角為：試用垂直剖面法留設(shè)該建筑物的保護(hù)煤柱。方法和步驟如下：用垂直斷面法留設(shè)保護(hù)煤柱的方法和步驟如下： (1)確定受護(hù)邊界。通過建筑群的角點(diǎn)作平行于煤層走向和平行于煤層傾向的四條直線，兩兩相交得一矩形保護(hù)范圍abcd。查表9-1得圍護(hù)帶寬度為15m，

6、從矩形保護(hù)范圍邊界向外圈出一圍護(hù)帶s15m，其外緣abcd即為受護(hù)邊界。 (2)過保護(hù)范圍abcd的中心O，作沿煤層走向和傾向的垂直剖面、。(3)在傾向垂直剖面上標(biāo)出地表線，受護(hù)邊界的位置（m、n）、松散層和煤層等，并標(biāo)注出煤層的傾角，煤層的厚度M2.5m，煤層的埋藏深度。 (4)在受護(hù)邊界點(diǎn)m、n，作松散層移動(dòng)角，與基巖面相交于m1、n1。再從m1、n1點(diǎn)分別作基巖移動(dòng)角，與煤層底板相交于m2、n2點(diǎn)，m2、n2點(diǎn)分別為煤層傾向剖面上保護(hù)煤柱的上下邊界。將m2、n2點(diǎn)投影到平面圖上，即得點(diǎn)M、N。 (5)將平面圖上線與受護(hù)邊界的交點(diǎn)q、k，投影到走向剖面圖上，得q、k點(diǎn)。從q、k點(diǎn)以松散層移

7、動(dòng)角作直線，與基巖面相交于q1、k1。再從q1、k1點(diǎn)以基巖走向移動(dòng)角作斜線。 (6)將剖面上的m2、n2點(diǎn)分別水平投影到剖面圖上，與剖面上從q1、k1點(diǎn)以作出的斜線相交，得q2、k2和q3、k3。 q2、k2為煤柱上邊界線在剖面上的投影， q3、k3為煤柱下邊界線在剖面上的投影。 (7)將q2、k2和q3、k3分別投影到平面圖上，得B、C、D、A，依次連接A、B、C、D各點(diǎn)，該梯形即為所求保護(hù)煤柱的平面圖。 (8)計(jì)算因留設(shè)保護(hù)煤柱而呆滯的煤量Q，即 式中A為平面圖上保護(hù)煤柱的面積，為煤的質(zhì)量密度。 在煤礦生產(chǎn)實(shí)踐中，保護(hù)煤住的邊界線均用紅線表示。（2） 垂線法垂直斷面圖留設(shè)保護(hù)煤柱存在兩方

8、面不足：留設(shè)了多余煤柱，浪費(fèi)資源；對(duì)于鐵路、公路等線性構(gòu)筑物，將受護(hù)對(duì)象歸化走向、傾向方向幾乎不可能垂線法實(shí)際上是斜向斷面法，可用斜向移動(dòng)角留設(shè)，煤層傾角采用偽傾角留設(shè)保護(hù)煤柱步驟如下：（一）確定受護(hù)面積邊界在建筑物保護(hù)范圍外圈出一圍護(hù)帶得到保護(hù)邊界 （二）確定松散層保護(hù)邊界從保護(hù)邊界點(diǎn)向外作垂線，垂線長(zhǎng)度為（松散層保護(hù)邊界） S松散層保護(hù)邊界寬度；h松散層厚度；松散層移動(dòng)角（三）確定保護(hù)煤柱邊界指向上山方向垂線長(zhǎng)：指向下山方向垂線長(zhǎng)：H計(jì)算點(diǎn)處煤層的埋藏深度；h松散層厚度；各受護(hù)邊界和煤層走向所夾得銳角；煤層傾角；，斜交剖面上的斜交移動(dòng)角例9-2 例9-1中建筑物的保護(hù)煤柱也可用垂線法來留設(shè)

9、，其方法和步驟如下：(1)確定受護(hù)邊界。在平面圖上先確定需要保護(hù)的范圍，然后加圍護(hù)帶s=15m，得受護(hù)邊界1234。(2)在受護(hù)邊界各點(diǎn)1、2、3、4處，向外按寬度畫出矩形，即得表土層與基巖面上的受護(hù)邊界1、2、3、4 (3) 從1、2、3、4各點(diǎn)分別作線段12和14、21和23、32和34、43和41的垂線，垂線的長(zhǎng)度q(上山垂線長(zhǎng))、l（下山垂線長(zhǎng)）可按下式進(jìn)行計(jì)算，其具體的值列于表中。 (4)在各垂線上按比例截取其垂線長(zhǎng)得點(diǎn)5、6、7、8、9、10、11、12，依次連接各點(diǎn)并相交于、。四邊形即為用垂線法留設(shè)的保護(hù)煤柱。(5)計(jì)算因留設(shè)保護(hù)煤柱而呆滯的煤量立井與工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱的留設(shè)1）

10、第一類：深度大于和等于400m的主副井保護(hù)煤柱用邊界角圈定，如圖所示2）第二類：深度小于400m的主副井及各類風(fēng)井、注砂井保護(hù)煤柱以移動(dòng)角圈定3）第三類：穿過急傾斜煤層的立井在煤層傾向剖面上以下盤移動(dòng)角圈定保護(hù)煤柱的下山方向邊界，在煤層走向剖面上，以走向移動(dòng)角圈定保護(hù)煤柱的邊界4）第四類：穿過有滑移危險(xiǎn)的軟弱巖層、軟煤層及高角度斷層（斷層面延至基巖面）的立井此時(shí)，除按前三類規(guī)定留設(shè)保護(hù)煤柱外，還應(yīng)加設(shè)防滑煤柱5）第五類：地表為山地的立井為了防止山地發(fā)生滑坡引起井筒破壞，一般應(yīng)在井筒所在斜坡的上下坡兩側(cè)加大煤柱尺寸鐵路保護(hù)煤柱的留設(shè)方法比較簡(jiǎn)單：1）首先確定受護(hù)面積邊界：在平面圖上沿著線路圈出受

11、護(hù)對(duì)象范圍，再留出圍護(hù)帶，得到受護(hù)面積邊界；2）然后根據(jù)鐵路線形狀間隔選擇適當(dāng)剖面，采用斜交剖面移動(dòng)角、確定各個(gè)剖面上的煤柱范圍（有松散層時(shí)先用松散層移動(dòng)角畫線至基巖面）；3）最后將各個(gè)剖面上的煤柱邊界投影到平面圖上，相連后即得到鐵路保護(hù)煤柱邊界采動(dòng)區(qū)建筑物變形破壞機(jī)理對(duì)建筑物影響主要移動(dòng)變形值包括下沉、水平移動(dòng)、傾斜、曲率、水平變形，各種變形值影響不同一、地表移動(dòng)變形對(duì)建構(gòu)筑物的影響1、下沉均勻下沉對(duì)建構(gòu)筑物無影響，但當(dāng)潛水位高時(shí)，有影響。2、水平移動(dòng)地表水平移動(dòng)對(duì)建構(gòu)筑物影響很小。3、傾斜對(duì)底面積小、高度大的建構(gòu)筑物影響大?？赡軐?dǎo)致其傾覆改變道路、排水溝等的坡度4、曲率正曲率；房屋中央所產(chǎn)

12、生的應(yīng)力大于原有的應(yīng)力，易在建筑物的頂部出現(xiàn)裂縫并向下發(fā)展，裂縫呈倒八字形；負(fù)曲率：房屋兩端地表應(yīng)力增大，易形成底部出現(xiàn)裂縫并向上發(fā)展，裂縫呈正八字形。5、水平變形拉伸變形：建筑物受拉，出現(xiàn)豎向拉裂縫壓縮變形：建筑物受壓，出現(xiàn)墻壁、地基壓碎，地板鼓起，產(chǎn)生剪切和擠壓裂縫，可使門窗洞口擠成菱形，磚砌體墻產(chǎn)生水平裂縫，縱墻或圍墻產(chǎn)生褶曲或屋頂鼓起 6、剪切變形縱橫墻基礎(chǔ)向相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)。7、扭曲變形墻兩邊傾斜不同，導(dǎo)致產(chǎn)生扭曲變形。位于采動(dòng)區(qū)不同位置對(duì)建筑物損害的影響建筑物破壞與以下因素有關(guān)：建筑物長(zhǎng)度越大，承受地表變形的能力越弱，即建筑物短軸方向承受變形能力大于長(zhǎng)軸方向；建筑物承受壓縮變形的能力大于承受拉伸變形的能力；房屋承受扭曲變形的能力最低；采空區(qū)邊緣區(qū)為變形最大的區(qū)域，中間區(qū)下沉大但變形小采動(dòng)區(qū)建筑物損壞等級(jí)評(píng)定指標(biāo)建筑物損害評(píng)定指標(biāo)主要采用三種指標(biāo)：允許變形指標(biāo)總變形指標(biāo)點(diǎn)數(shù)法一、允許變形指標(biāo)法1、中國采用傾斜、曲率、水平變形作為評(píng)定指標(biāo)2、英國將地表水平變形、建筑物長(zhǎng)度及建筑物的破壞程度聯(lián)系在一起二、總變形指標(biāo)法