煤礦開采損害的評價(jià)與防護(hù)

［作者簡介］張華興( 1962－)，男，浙江嵊州人，研究員，博士導(dǎo)師，現(xiàn)任天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部學(xué)術(shù)委員會主任，中國煤炭學(xué)會煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會(常務(wù))副主任委員兼秘書長。

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1006-6225 ( 2015) 03-0001-02

［收稿日期］2015－03－23 ［DOI］10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2015. 03. 001

［引用格式］張華興.煤礦開采損害的評價(jià)與防護(hù)［J］.煤礦開采，2015，20 ( 3) : 1－2，20.

Evaluation and Prevention of Mining Subsidence in Coal Mines

ZHANG Hua-xing 1，2

( 1. Coal Mining＆Designing Departmevt，Tiandi Science＆Technlolgy Co.，Ltd.，Beijing 100013，China; 2. China Coal Society，Beijing 100013，China)

Abstract: Mining damage is common existing problems in coal mines. The evaluation of mining damage not only involves safe mining，but also is related to protective of surface buildings. This paper introduced evaluation methods and indices of mining damage，and analyzed main influence factors and their characteristics of mining damage on line tower and long-distance transport pipes. Corresponding prevention method for reducing mining damage was put forward.

Keywords: coal mining; damage; evaluation; prevention

1　概述

我國是以煤炭為主要能源的國家，特別是近十年以來，煤炭產(chǎn)量有較大幅度地提高，2014年的煤炭產(chǎn)量已達(dá)到4. 3Gt，從而造成了大量的開采沉陷問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國受煤礦開采影響的沉陷面積已高達(dá)200km 2，且每年以200hm 2的面積繼續(xù)增加。

在礦區(qū)開采中損害問題普遍存在，工農(nóng)關(guān)系受到影響，造成社會矛盾，處理不好直接影響社會的穩(wěn)定，多地出現(xiàn)了由于沉陷處理問題不及時(shí)而造成的集體上訪、圍堵礦山的事件。同時(shí)，開采沉陷也給煤礦造成了巨大的經(jīng)濟(jì)與生產(chǎn)壓力，一方面，煤礦須對開采沉陷帶來的地面損害進(jìn)行巨額賠償;另一方面，為減少損害留設(shè)大量煤柱，造成資源的浪費(fèi)及生產(chǎn)布置的不合理。即便是國家重大工程(如南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸、京滬高鐵等)均難以避免在開采沉陷區(qū)的建設(shè)問題。

如何對開采損害進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)應(yīng)采用什么樣的指標(biāo)是從事開采沉陷學(xué)者們近幾十年來一直關(guān)心和研究的問題，對開采損害的正確評價(jià)既涉及多方的利益，又關(guān)系煤礦企業(yè)的健康發(fā)展，特別是矛盾較為激烈的事件，開采損害的正確評價(jià)對地方的穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。中國煤炭學(xué)會煤礦開采損害技術(shù)鑒定委員會是最高法院指定的專門從事煤礦開采損害評價(jià)的鑒定機(jī)構(gòu)，承擔(dān)了相關(guān)的評判責(zé)任，近十年來完成的開采損害鑒定項(xiàng)目達(dá)百項(xiàng)以上。本文主要介紹開采損害評價(jià)的方法及應(yīng)注意的問題。

2　評價(jià)方法

開采損害的評價(jià)既涉及現(xiàn)有開采的影響評價(jià)，又涉及原有開采的影響評價(jià)。開采損害評價(jià)主要包括兩方面的內(nèi)容，即開采影響的理論計(jì)算和開采損害影響的分析與調(diào)查。對于開采損害鑒定和開采沉陷區(qū)的建設(shè)問題往往為原有開采影響的評價(jià)。

開采沉陷是開采損害評價(jià)的理論基礎(chǔ)，開采損害評價(jià)的理論計(jì)算就是利用開采沉陷理論對開采影響進(jìn)行預(yù)計(jì)計(jì)算，計(jì)算包含選取合理的計(jì)算方法和參數(shù)兩個(gè)部分。盡管我國《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(以下簡稱《“三下”采煤規(guī)程》)中規(guī)定可采用的方法有多種，但實(shí)際中最為常用的計(jì)算方法為概率積分法，經(jīng)幾十年的實(shí)踐，通過對大量地面沉降觀測資料的分析，各礦區(qū)已總結(jié)出不同地質(zhì)采礦條件下的概率積分法計(jì)算參數(shù)，也為這一方法的應(yīng)用提供了條件，從而為開采損害的評價(jià)提供了相對較為準(zhǔn)確的差別依據(jù)。

盡管如此，由于缺少地表移動長期影響的觀測數(shù)據(jù)和計(jì)算參數(shù)，特別是地表移動穩(wěn)定期后的計(jì)算參數(shù)，在對原有開采影響的評價(jià)中，參數(shù)的選取存在較大差異，也容易引起爭議。因此，了解原有采空區(qū)的開采方法及采空區(qū)的實(shí)際情況尤為重要。計(jì)算參數(shù)的選取必須考慮原有的采煤方法，同時(shí)還應(yīng)考慮采空區(qū)的垮落壓實(shí)現(xiàn)狀，再依據(jù)殘余沉降的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行分析，應(yīng)該說，這一結(jié)果只是參考，實(shí)際影響評價(jià)須根據(jù)其他因素再進(jìn)行分析。

對于開采損害技術(shù)鑒定中的開采影響評價(jià)，由于開采損害的評價(jià)結(jié)論涉及各方利益，有時(shí)會存在理論計(jì)算與實(shí)際影響相距甚遠(yuǎn)的情況。從鑒定的實(shí)際情況來說，有兩種可能，一是開采方隱瞞了實(shí)際開采條件;二是由于地質(zhì)條件的變化造成計(jì)算與實(shí)際的差異。無論是何種情況，從技術(shù)鑒定的角度，采用的方法一般是以計(jì)算為基礎(chǔ)，以損害現(xiàn)象為佐證，其關(guān)鍵是相互的符合程度。也就是說，通過對開采區(qū)域影響的地表移動預(yù)計(jì)計(jì)算，確定開采影響范圍與程度，根據(jù)地面破壞的實(shí)際調(diào)查，確定破壞范圍與程度是否與計(jì)算結(jié)果相一致，如相符，則表明開采影響就可確定，其評價(jià)就相對較為簡單，只需根據(jù)開采計(jì)算結(jié)果確定范圍確定;如不符，就需分析原因，考慮是開采范圍不準(zhǔn)確造成的，還是地質(zhì)條件變化造成的。因此，對圖紙資料準(zhǔn)確性的分析與調(diào)查是開采損害技術(shù)鑒定中的重要內(nèi)容，必要時(shí)，需采用物理探測手段確定開采邊界。

受特殊地質(zhì)條件的影響的開采損害盡管與計(jì)算結(jié)果存在較大的差異，但其損害也體現(xiàn)明顯的損害特征，如受斷層影響的開采損害，往往具有變形集中，變形呈帶狀分布，且位于斷層露頭位置的特點(diǎn)和規(guī)律。對于開采損害技術(shù)鑒定中的房屋損害，由于損害往往具有過去的形式，從責(zé)任劃分的角度難以區(qū)分開采損害影響和自然等其他因素影響，因此，鑒定中常常采用影響范圍來確定責(zé)任范圍。

3　評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

盡管我國存在較多的煤礦開采損害問題，也出現(xiàn)諸多損害實(shí)例，但對于損害的評價(jià)尚缺少應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，對于不同行業(yè)的不同構(gòu)筑物，其指標(biāo)也應(yīng)不同，如電力輸電線塔，輸氣管線等。目前開采損害影響評價(jià)中普遍采用的是原煤炭部頒布的《“三下”采煤規(guī)程》，特別是對磚混結(jié)構(gòu)的房屋損害評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定得較為詳細(xì)，房屋的破壞分四級，不僅描述了房屋受采動影響的破壞程度和破壞特征，同時(shí)也確定了房屋破壞所對應(yīng)的變形量值。

破壞所對應(yīng)的量值為變形值，包括水平變形、傾斜和曲率，而對于高度相對較低的房屋而言，其量值以地表水平變形為主。盡管如此，對于開采損害技術(shù)鑒定中的房屋損害一般按《“三下”采煤規(guī)程》房屋的破壞程度來評價(jià)，而房屋損害的程度以單一裂縫的寬度或多條裂縫寬度的總和來確定，各級破壞的裂縫寬度分別為:Ⅰ級，破壞房屋的單一裂縫寬度小于4mm，多條裂縫寬度總和小于10mm;Ⅱ級，破壞房屋的單一裂縫寬度小于15mm，多條裂縫寬度總和小于30mm;Ⅲ級，破壞房屋的單一裂縫寬度小于30mm，多條裂縫寬度總和小于50mm;Ⅳ級，破壞房屋的單一裂縫寬度大于30mm，多條裂縫寬度總和大于50mm。

除用變形值確定損害程度外，對于某些特殊的區(qū)域也需依據(jù)其他值來確定，如水位較高的地區(qū)，需依據(jù)下沉量與水位的關(guān)系來確定。

由于煤礦開采影響面積較大，因此，在采空區(qū)的建設(shè)也不可避免。對于建筑物而言，建設(shè)規(guī)范規(guī)定了可進(jìn)行建設(shè)的場地要求，但對于變形量值，一般采用《“三下”采煤規(guī)程》中的等級劃分。對于高壓輸電線塔和西氣東輸管線，為確保構(gòu)筑物的安全，也制定了相應(yīng)的指標(biāo)，如高壓線塔以傾斜變形為主，確定的極限傾斜量值為10mm/m;輸氣管線以水平變形為主，確定的極限水平變形值為2. 0mm/m。

4　減少開采損害的防護(hù)措施

盡管開采損害在開采沉陷區(qū)普遍存在，但對于建設(shè)而言，除避開開采沉陷活躍期外，可通過一些防護(hù)措施達(dá)到保護(hù)與建設(shè)的目的。對于建筑物采取的防護(hù)措施一般為采用抗變形結(jié)構(gòu)，提高自身的抗變形能力，而對于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的建筑物，采取抗變形結(jié)構(gòu)難度較大，往往采用采空區(qū)處理的方式，減少開采損害的后期影響，達(dá)到滿足建設(shè)要求的目標(biāo)。我國許多采空區(qū)上方的建設(shè)(包括大型電廠、大型水泥廠和高大的辦公樓)，通過對采空區(qū)的注漿處理，降低了開采影響變形，提高了建設(shè)的安全可靠性，實(shí)際效果明顯。

對于電力線塔而言，采動影響損害包括以下兩個(gè)方面:一類影響是產(chǎn)生的傾斜，使得線塔的穩(wěn)定性降低，有可能產(chǎn)生傾覆，同時(shí)線塔的傾斜使線塔間距縮短(或伸長)，從而影響安全高度的輸電線路的拉伸應(yīng)力;另一類影響是受地面變形的影響，線塔塔基各點(diǎn)的位移不同，故對線塔產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而對線塔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。對于傾斜影響可采用調(diào)整的方式，而對于水平變形可采用整體基礎(chǔ)，提高其抗變形的能力。我國特高壓西電東輸工程的高壓線塔采用這一方法取得了良好的效果。

根據(jù)對管線影響的理論分析，管線主要影響包括以下兩個(gè)方面:一是由于管道受采動影響產(chǎn)生曲率而造成的管壁應(yīng)力變化;另一方面是由于管道受水平變形影響，以及受沉降影響使管道伸長而產(chǎn)生的應(yīng)力變化。研究表明，水平變形的影響遠(yuǎn)大于沉降伸長的影響，而這一影響主要是通過摩擦力而作用于管壁，當(dāng)摩擦力較大時(shí)，水平變形將對管壁產(chǎn)生較大應(yīng)力，而摩擦力較小時(shí)，水平變形影響將較大幅度地降低，因此，對于大型長輸管線，可采用減少埋土摩擦力的措施來減少開采損害影響。

5　結(jié)束語

采動損害是普遍存在的問題，對采動損害的評價(jià)既要從理論上加以分析，又要從實(shí)際的顯現(xiàn)加以驗(yàn)證。

采動損害的防護(hù)需針對不同的對象采取不同的措施，提高受采動影響的抗變形能力是主要方法，減少采動影響的傳遞作用是主要途徑。