条带开采地表岩移规律与建筑物保护模式研究.pdf
文章编号1009 ̄6825202016 ̄0162 ̄03 条带开采地表岩移规律与建筑物保护模式研究 收稿日期2020 ̄04 ̄28 作者简介孙玉强1986 ̄ ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师 通讯作者袁兴明1986 ̄ ꎬ男ꎬ讲师 孙玉强1 袁兴明2 ∗ 1. 中交公路规划设计院有限公司ꎬ北京 100088ꎻ 2. 山东工业职业学院建筑与信息工程学院ꎬ山东 淄博 256414 摘 要受地表建筑物以及煤层位置厚度影响ꎬ条带开采工作面选择较多ꎮ 某矿区采储量位于村庄下ꎬ工作面走向正好垂直穿过 村庄规划的房屋ꎬ为解决矿区内村庄下煤柱的开采难题和安全生产ꎬ在矿区 2206 条采工作面布设了地表岩移观测站ꎬ观测分析地 表变化规律ꎮ 分析出了相邻监测点之间的沉降差值、曲率、变形值和开采系数等特征参数ꎬ研究了该矿区的地表下沉机理ꎬ为该区 域的地表土地开采沉陷与塌陷赔偿、房屋变形改造以及综合利用等方面提供了技术支持ꎮ 关键词一带一路ꎬ条带开采ꎬ岩移观测ꎬ沉降变形 中图分类号TD173文献标识码A 0 引言 随着我国一带一路战略的实施以及国内经济建设的发 展ꎬ对煤炭资源的需求量越来越大ꎬ由于受当时的条件限 制ꎬ前几年开采的工作面主要是空旷地区ꎮ 本论文设计的 工作面位置ꎬ正好垂直穿过村庄规划的房屋ꎬ为了保护工作 面上方的建筑物安全ꎬ布设了 1 条走向线和 1 条倾向线ꎬ共 观测了 10 期数据[1ꎬ2]ꎮ 内业分析利用软件计算出各监测点的沉降数据、沉降 曲线、平面变形曲线、相邻点位的距离差值变化、曲率、是否 处于充分采动等特征参数[3ꎬ4]ꎮ 本文主要研究分析了该矿 区的地表下沉机理ꎬ在条带采区的地质条件下ꎬ能大大减小 地表移动变形值ꎬ未对地表建筑物产生破坏ꎬ为该区域的地 表土地开采沉陷与塌陷赔偿、房屋变形改造以及综合利用 等方面提供了技术支持ꎮ 1 地表监测点设置 为了充分反映 2206 条带工作面地表移动与变形规律ꎬ 沿矿体走向布设了一条走向观测线ꎬ由于实际情况限制只 能布设半条走向线ꎬ自南向北布设 S1 - S15ꎮ 倾向观测线 位于主断面内[5 ̄8]ꎬ原则上和走向观测线垂直ꎬ由于房屋等 影响因素使得倾向线和走向线之间不垂直ꎬ产生一定的角 度ꎬ布设了 1 条倾向线ꎬ倾向线是自东向西布设的 E3 - W10ꎮ 监测线的长度应保证两端半条观测线时为一端超 出采动影响范围ꎬ以便建立监测线控制点和测定采动影响 边界ꎮ 设站时移动盆地边界是根据地质采矿条件类似的其 他矿区的沉陷参数类比确定的[5 ̄8]ꎮ 监测线长度公式如下 DF =2hctgφ +2H0- h ctgδ - Δδ + L1 经计算 2206 条带开采工作面半条监测线长度为 480 mꎮ 2 监测点变形曲线分析 2206 工作面于 2016 年 8 月开始回采ꎬ至 2017 年 6 月 27 日回采结束ꎬ历时 10 个月ꎬ观测了 9 次数据ꎮ 计算出各 监测点的沉降数据、沉降曲线、平面变形曲线、相邻点位的 距离差值变化、曲率、是否处于充分采动等特征参数[1ꎬ2]ꎮ 各观测点移动和变形值计算公式如下 1某点的下沉 W单位mm W = Hm- H01 其中ꎬHmꎬH0分别为该点在第 m 次和第一次观测时的 高程ꎮ 2某点的水平移动 U单位mm U = Lm- L02 其中ꎬLmꎬL0分别为该点在第 m 次和第一次观测时距 观测线控制点的水平距离ꎬ用点间距离累加求得ꎮ 3某点水平变形 ε单位mm/ m ε = Ub- Ua / Δx = ΔU/ Δx3 其中ꎬΔx 为 aꎬb 两点间的水平距离ꎮ 4某点倾斜 i单位mm/ m i = Wb- Wa / Δx = ΔW/ Δx4 其中ꎬΔx 为 aꎬb 两点间的水平距离ꎮ 5某点附近的曲率 K单位mm/ m/ m K = i2- i1 / Δx = ΔI/ Δx5 其中ꎬΔx 为 aꎬb 两点间的水平距离ꎮ 6某点的下沉速度 V单位mm/ d V = Wm- Wn / t6 其中ꎬWmꎬWn分别为该点在第 m 次和第 n 次观测时的 下沉量ꎬt 为两次观测的间隔天数ꎮ 具体的监测点变形曲线 见图 1 图 8ꎮ 图 1倾向线沉降差曲线图 40.000 00 30.000 00 20.000 00 10.000 00 0.000 00 -10.000 00 -20.000 00 -30.000 00 沉降量/mm E3-E1 E1-W0 W0-W1 W1-W1-1 W1-1-W3-1 W3-1-W4 W4-W5 W5-W5-1 W5-1-W6 W6-W8 W8-W9 W9-W10 W10-W11 W11-W12 W12-W13 W13-W14 监测点点号 通过分析观测数据和下沉机制研究ꎬ随着工作面的继 续回采ꎬ地表下沉量逐渐增大ꎬ形成下沉盆地ꎮ 最大下沉值 113. 4 mmꎬ分析整个沉降过程ꎬ未有突变现象ꎬ地面监测点 未产生连续下沉ꎮ 因工作面回采范围的限制ꎬ地表未出现 261 第 46 卷 第 16 期 2 0 2 0 年 8 月 山西建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol. 46 No. 16 Aug. 2020 平底现象ꎬ即开采未达到充分采动ꎮ 2018 年 4 月完成最后 一期测量ꎬ通过结果分析地表已趋于稳定ꎮ 整个条采工作面回采后ꎬ最大下沉点应在工作面推进 方向的中部出现S4ꎮ 但此次监测到的最大下沉点却偏 向北部ꎬ出现在 S3ꎬW0 点处ꎬ主要是因为布设 S3 和 S4 两 点时所用材料不一样ꎬS3 用的水泥桩存在一定的自身下 沉ꎬS4 用的是木桩相对比较稳定ꎮ 图 2倾向线倾斜曲线图 mm/m E3-E1 E1-W0 W0-W1 W1-W1-1 W1-1-W3-1 W3-1-W4 W4-W5 W5-W5-1 W5-1-W6 W6-W8 W8-W9 W9-W10 W10-W11 W11-W12 W12-W13 W13-W14 监测点点号 1.000 0 0.800 0 0.600 0 0.400 0 0.200 0 0.000 0 -0.200 0 -0.400 0 -0.600 0 图 3倾向线水平变形曲线图 E3-E1 E1-W0 W0-W1 W1-W1-1 W1-1-W3-1 W3-1-W4 W4-W5 W5-W5-1 W5-1-W6 W6-W8 W8-W9 W9-W10 W10-W11 W11-W12 W12-W13 W13-W14 mm/m 监测点点号 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 图 4倾向线曲率曲线图 mm/m/m 监测点点号 0.008 0.006 0.004 0.002 0 -0.002 -0.004 -0.006 E1 W0 W1 W1-1 W3-1 W4 W5 W5-1 W6 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 图 5走向线沉降差曲线图 监测点点号 30.000 0 25.000 0 20.000 0 15.000 0 10.000 0 5.000 0 0.000 0 沉降量/mm S3-S4 S4-S5 S5-S6 S6-S7 S7-S8 S8-S9 S9-S10 S10-S11 S11-S12 S12-S13 S13-S14 图 6走向线倾斜曲线图 监测点点号 mm/m S3-S4 S4-S5 S5-S6 S6-S7 S7-S8 S8-S9 S9-S10 S10-S11 S11-S12 S12-S13 S13-S14 0.700 00 0.600 00 0.500 00 0.400 00 0.300 00 0.200 00 0.100 00 0.000 00 3 条带开采下沉机理分析及建筑物保护 1下沉机理分析ꎮ 在某一既定地质采矿条件下ꎬ影响地表沉陷的主要因 素是煤层开采厚度 M、开采深度 H 及采空区面积ꎬ煤层开采 厚度越大ꎬ地表沉陷越剧烈ꎻ开采深度越大ꎬ地表沉陷越平 缓[5 ̄8]ꎮ 一般用 H/ M 的比值来表示ꎬ2206 工作面的 H/ M = 176M 为采厚ꎬ取 2.3 mꎮ 2206 工作面开采后ꎬ拐点内移ꎬ 且位置变化较小ꎬ还是非充分采动ꎬ开采后虽然地表形成均 一盆地ꎬ但最大下沉值得到了控制ꎬ故下沉值较小ꎬ仅为 114. 4 mmꎮ 图 7走向线水平变形曲线图 监测点点号 mm/m S3-S4 S4-S5 S5-S6 S6-S7 S7-S8 S8-S9 S9-S10 S10-S11 S11-S12 S12-S13 S13-S14 0.200 0 0.150 0 0.100 0 0.050 0 0.000 0 -0.050 0 -0.100 0 -0.150 0 -0.200 0 -0.250 0 图 8走向线曲率曲线图 监测点点号 mm/m/m S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 0.002 000 000 0.001 500 000 0.001 000 000 0.000 500 000 0.000 000 000 -0.000 500 000 -0.001 000 000 -0.001 500 000 -0.002 000 000 -0.002 500 000 -0.003 000 000 2建筑物保护措施ꎮ 保护建筑物免受地下开采影响的建筑结构措施ꎬ在于 减少在被采动房屋的主要支承构件上产生的附加应力[5 ̄8]ꎮ 它可使房屋建筑物损害达到最小限度ꎬ并保证能够继续使 用ꎮ 经过加固的房屋受采动影响之后ꎬ可以完全不需要维 修ꎬ或者维修费用很小ꎮ 主要的保护措施有ꎬ设置变形缝ꎬ 但是在农村建筑里面应用较少ꎻ采用钢拉杆或圈梁加固房 屋或单体ꎻ采用其他设施调整房屋的曲率变形ꎻ在房屋四周 挖补偿沟ꎻ保证楼顶联结构件的稳定ꎻ采用带有滑动缝的双 板基础ꎮ 开采之前先调查了工作面上方的建筑物裂缝问 题ꎬ主要建筑物砖混结构、空心砖墙体、土质墙体ꎮ 通过监测墙壁或者房屋上设置的裂缝观测点ꎬ未出现 裂缝变化现象ꎬ说明开采未引起房屋或者墙壁产生裂缝ꎬ图 9 裂缝为开采前存在的裂缝ꎮ 图 9开采前建筑物裂缝 通过计算分析地表最大下沉值 114. 4 mmꎬ最大倾斜值 0.80 mm/ mꎬ监测点的倾斜值均小于 1 mm/ mꎮ 曲率变形值 均小于 0. 1 mm/ mꎮ 监测点水平移动均小于 18 mmꎮ 地表 移动变形最大值远小于Ⅰ级破坏的限值[5 ̄8]ꎬ并且地表没有 呈现明显的起伏ꎮ 可以说明ꎬ在该条带采区的地质条件下ꎬ 能大大减小地表移动变形值ꎬ不会对下转第 179 页 361 第 46 卷 第 16 期 2 0 2 0 年 8 月 孙玉强等条带开采地表岩移规律与建筑物保护模式研究 模式改革研究与实践 在“互联网 + ”背景下[J]. 石家庄学院学报ꎬ20195152 ̄156. [6] 黄 琛ꎬ陈 丹. CDIO 模式下高职工程造价专业创 新创业意识和能力培养课程体系重构[J]. 科教导 刊ꎬ2019439 ̄41. [7] 刘 敬ꎬ刘衍聪. OBE ̄CDIO 理念下工业设计专业课 程实践教学体系构建[J]. 图学学报ꎬ20194417 ̄ 421. [8] 十天十夜 火神山与时间生死竞速ꎬ装配式助建设 如虎添翼[EB/ OL]. 搜狐新闻ꎬ2020 ̄02 ̄03. [9] 黄永胜. 模块化建筑结构设计与 BIM 技术应用研究 [D]. 广州广州大学ꎬ2016. On ̄line teaching reform and practice of BIM course under epidemic situation based on OBSE ̄CDIO★ Chen Lei Wang Wenli Ma Yuhui Wuhan Technical College of Communicationsꎬ Wuhan 430065ꎬ China Abstract This yearꎬ college teachers and students across the country have realized the advantages of “no suspensionꎬ no suspen ̄ sion” online teaching. This paper analyzes the current situation of online teaching of BIM courseꎬ the feasibility study of on ̄line teaching reform of BIM course under“1 + X” background and the optimization and reconstruction of on ̄line teaching practice of BIM course under epidemic situation based on OBSE ̄CDIO concept were summarizedꎬ it provides a new way for colleges and uni ̄ versities to train high ̄quality BIM technology talents and continue to expand the national online learning. Key words OBSE ̄CDIOꎬ BIMꎬ epidemic situationꎬ on ̄line teaching 上接第163 页 地表建筑物产生破坏ꎮ 2206 工作面采深 290 m 354 mꎬ条带面采宽达 90 mꎬ采厚达 2. 3 mꎬ在开采 实践中ꎬ村庄房屋无一倒塌ꎬ房屋未出现裂缝ꎮ 4 结语 1本文主要利用条带开采面的地表监测点数据的变 化ꎬ分析利用各监测点的沉降数据、沉降曲线、平面变形曲 线、相邻点位的距离差值变化、曲率、是否处于充分采动等 特征参数ꎮ 2研究分析了该矿区的地表下沉较小的机理和建筑物 裂缝分析ꎬ在条带采区的地质条件下ꎬ能大大减小地表移动 变形值ꎬ未对地表建筑物产生破坏ꎬ并且分析了原有建筑物 和新建建筑物保护的几种方法ꎮ 3为该区域的地表土地开采沉陷与塌陷赔偿、房屋变 形改造以及综合利用等方面提供了技术支持ꎮ 参考文献 [1] 建筑物沉降分析系统 settlement ST 4.3 用户手册[Z]. [2] 吴子安. 工程建筑物变形观测数据处理[M]. 北京 测绘出版社ꎬ1999. [3] 黄乐亭ꎬ王金庄. 地表动态沉陷变形的 3 个阶段与变 形速度的研究[J]. 煤炭学报ꎬ20164419 ̄423. [4] 苏仲杰ꎬ黄厚旭ꎬ赵 松ꎬ等. 基于数值模拟的充填开 采地表下沉系数分析[J]. 中国地质灾害与防治学 报ꎬ2014298 ̄101. [5] 贾新果. 大采深非充分开采地表沉陷规律实测分析 [J]. 煤矿开采ꎬ2015552 ̄53. [6] 李春意ꎬ崔希民ꎬ马爱阳. 辛置煤矿间歇开采岩移机 理及沉陷规律研究[J]. 地下空间与工程学报ꎬ2017 10396 ̄405. [7] 刘 帅. 赵庄二号井 1309 工作面地表岩移影响因素 研究[J]. 煤炭与化工ꎬ2018417 ̄20. [8] 李小龙. 1104 工作面开采后地表变形预计分析[J]. 煤炭与化工ꎬ20151123 ̄26. Study on the law of surface rock movement and building protection mode in strip mining Sun Yuqiang1 Yuan Xingming2∗ 1. CCCC Highway Consultants Co. ꎬ Ltd. ꎬ Beijing 100088ꎬ Chinaꎻ 2. School of Architecture and Information Engineeringꎬ Shandong Vocational College of Industryꎬ Zibo 256414ꎬ China Abstract Due to the influence of the surface buildings and the thickness of the coal seam positionꎬ there are many mining faces. In order to solve the mining problem and safety production of coal pillar under the village in the mining areaꎬ the surface rock movement observation station is set up in 2206 mining faces to observe and analyze the law of surface change. The characteristic parameters of settlement differenceꎬ curvatureꎬ deformation value and mining coefficient between adjacent monitoring points are an ̄ alyzedꎬ and the mechanism of surface subsidence in the mining area is studiedꎬ which provides technical support for the mining subsidence and compensation of collapse of surface land in the areaꎬ housing deformation transformation and comprehensive utiliza ̄ tion. Key words the Belt and Roadꎬ strip miningꎬ rock movement observationꎬ settlement deformation 971 第 46 卷 第 16 期 2 0 2 0 年 8 月 陈 蕾等基于 OBSE ̄CDIO 理念疫情下的 BIM 课程线上教学改革与实践