淺談地下開采引起的建筑物變形與破壞

摘要：在地下開采影響下，建筑物的變形與破壞是由于采空區上方及其周圍地表產生的移動與變形作用于建筑物的基礎，導致建筑物受到附加應力的作用而產生的。在不同的地表變形作用下，對建筑物將產生不同的影響。

關鍵詞：地下開采 建筑物

1、由下沉引起建筑物的破壞

地表的均勻下沉，僅在超臨界面積開采時才可能出現。一般地說，在這種條件下對建筑物危害不大，建筑物只產生位置的變化，即建筑物整體位移。但當地表下沉量較大、地下水位又很淺時，會形成地面積水坑，這樣不僅影響建筑物使用，而且使其浸泡在水中，降低地基強度，嚴重時可使建筑物倒塌。

一般情況下，處于地表移動穩定后均勻下沉區的建筑物，在開采過程中，還將受到地表“動態”變形的影響，即建筑物先受地表拉伸(正曲率)變形影響(圖2—1中的1位置)，隨著工作面的推進，建筑物受地表壓縮(負曲率)變形影響(圖2—1中的2位置)，當工作面推離建筑物的距離大于0.6H(H是開采深度)時，建筑物又恢復原狀(圖2—1中的3位置)，結果只是產生整體垂直位移。因此，可以認為只要建筑物可承受上述開采過程中的地表“動態”變形，則地表的均勻卞沉不會對建筑物產生危害。

2、由傾斜引起的建筑物破壞

地表的傾斜往往發生在移動盆地邊緣區，位于拐點處的地表傾斜最大，其位置大致在煤壁上方。

地表傾斜能使排水系統改變坡度，或是增大或是減小。設原排水管道坡降為1：90(11.1‰)，而下沉引起的坡度為4×(4×l0-3)，若兩者方向相同，則最終排水管道坡度為：

1/90×1000‰＋4‰=1:66.6=15‰

若兩者方向相反，排水管道破度為

1/90×1000‰－4‰=1:140=7.14‰

管道的坡度改變的允許值，應由工程上的要求決定。

傾斜對鐵路、公路來說也同樣有危害，尤其是對鐵路線，它有一定的限制坡度。線路坡度的增減將使列車運行阻力有所增加，每干分之一的坡度產生的坡度阻力為其重量的干分之一，即每噸重量增加一公斤的阻力，所以必須考慮阻力增加后是否超過該線路允許阻力的問題，換句話說，即不允許超過該線路的限制坡度。

地表的傾斜對底面積小、高度大的建筑物或構筑物，如煙囪、水塔、高壓輸電線鐵塔等影響較大。地表的傾斜能使這些高聳構筑物重心發生偏斜，引起應力重新分配。傾斜大時，構筑物的重心落在基礎底面積之外會使其發生折斷或傾倒，但這種實例很少。地表傾斜為4×10-3(1:250)時，在40米高的煙囪頂端僅偏離中心0.16米。

3、由曲率引起建筑物的破壞

地表曲率有正、負曲率之分。當建筑物受正或負曲率影響時，共破壞特征如圖4—1—2所示。在地表負曲率影響下，建筑物基礎猶如一個兩端受支承的梁，中間部分懸空，致使建筑物墻體產生八字形的裂縫(圖2—2a)；在地表正曲率影響下，建筑物基礎兩端懸空，使建筑物墻體產生倒八字形的裂縫(圖2—2b)。裂縫傾角一般為60°-70°。

4、由水平變形引起建筑物的破壞

地表的拉伸和壓縮稱為水平變形。它對建筑物的破壞作用很大，尤其是拉伸的影響，由于建筑物抵抗拉伸能力遠小于抵抗壓縮的能力，所以在較小的地表拉伸下就能使建筑物產生裂縫。一般在門窗洞口的薄弱部位最易產生裂縫，磚砌體的結合縫亦易被拉于(圖2—2c)。

地表收縮變形對建筑物的破壞主要是便門窗洞口擠成菱形，磚砌體墻產生水平裂縫(圖2—2d)，縱墻或圍墻產生褶曲或屋頂鼓起(圖2—2e)。

建筑物的破壞程度與其結構、材料、形狀和施工質量等有關，建筑物的剛度和平面尺寸是主要因素。例如，一棟建筑物長20米能承受壓縮變形3毫米/米時，則建筑物要縮短20<0.003＝0.06米。這個壓縮量主要由磚砌體中的灰縫吸收，所以破壞作用很輕微。反之，對同樣長的建筑物在受地表拉伸影響下．即伸長0.06米，則可能在某些薄弱處出現較寬的裂縫。

根據平頂山煤田丁組和戊組煤層采后地表移動觀測資料分析，建筑物若位于如圖2—3a所示位置，即在建筑物下留著0.4H寬的煤柱，它將受到拉伸變形的迭加影響。又如建筑物若位于如圖2—3b所示位置，即工作面開采寬度為(0.4-0.6)H時，壓縮變形就會增大一倍。

建筑物的破壞往往是幾種變形共同作用的結果，在一般情況下，地表的拉伸和正曲率同時出現；地表的壓縮和負曲率同時出現。

圖2-3煤柱寬度和開采寬度對建筑物影響

參考文獻：

[1]波蘭建筑物下采煤現狀[J].礦山測量， 1978年 03期??

[2]謝東海，馮濤，袁堅，黃存捍，劉金海.建筑物下采煤的地表沉陷預測[J].西部探礦工程， 2008年 04期