煤矿开采对地面建筑物影响及煤矿开采优化设计

煤矿开采对地面建筑物影响及煤矿开采优化设计

易志平

易志平

摘要：近年来，我国的煤矿开采技术不断革新，一定程度上为我国国民经济的增长与发展提供了强大的依托和保障。但与此同时，煤矿井下开采也存在较多的问题与不足，如对地面建筑物造成影响。为了使我国煤矿业更好地发展，通过对煤矿开采技术进行了优化设计研究，以期为我国今后的煤矿井下开采奠定基础。

关键词：煤矿开采；建筑物；优化

引言在煤矿开采的过程中由于各种原因常常会遇到建筑物的问题，如果建筑物周边的煤炭资料不能有效的开采利用，不仅会造成煤炭资源的浪费，而且还降低了煤矿的使用率。因此通过采取有效的措施可以降低建筑物对煤矿开采的影响，最大程度的开发煤炭资源，这对于煤矿的发展具有重要的意义。

1.煤矿开采对地面建筑物影响分析煤矿开采中对于地表的干扰和破坏比较大，而且不同的采矿方式，例如开采的厚度、深度以及煤层的情况以及顶板管理等都会对煤炭的移动和变形产生影响。在煤炭开采中对建筑物的影响主要是由于地表的不均匀沉降而导致的变形，同时也和建筑物本身的强度具有密切的关系。在治理建筑物损坏的过程中，应当结合煤炭开采区的情况来决定。通过采取有效的措施来保证建筑物的安全，同时也提高了煤炭的回采率，对于保证煤矿周边建筑和生态环境的安全，实现煤矿的可持续发展续发展具有重要的意义。在煤矿的开采过程中对地表的影响主要由水平方向的变形和位移，例如地表的水平移动、拉伸或者压缩以及地表平面的剪切应变等，还有垂直方向上的变形和移动，例如地表的下沉、倾斜以及扭曲。由于煤矿开采过程中对地表的扰动，常常会发生地表的变形和移动，导致地基和地表之间的平衡状态发生破坏，因此对建筑物产生了附加作用力而导致其变形。

地表的水平变形对建筑物具有比较大的破坏作用，由于地表的拉伸和压缩而使建筑物的结构受到破坏，特别是建筑物在抗拉伸方面的能力低于压缩时的抵抗力。当地表出现比较小的拉伸时就会导致建筑物出现裂缝，建筑物的节点也容易被拉开。

当地表出现比较大的压缩变形时，建筑物也会受到比较大的破坏，例如地板鼓起所产生的裂缝以及对墙壁和地基的损坏。地表发生曲率变形会使地表变成曲面的状态，这样会破坏建筑物和土壤之间的平衡状态。在曲率的影响下，常常会发生房屋的部分切入到地基中，同时在曲率的影响下，建筑物的地基反力也会出现比较大的变化，建筑物的墙壁由于受到了竖直面的剪切和附加弯矩的作用，当作用超过了建筑物的基础或者其上部建筑的强度时，就会导致建筑物出现裂缝。

煤矿开采的过程中地表倾斜也是其中常见的现象，对建筑物的影响也比较大。建筑物由于自身的重力再加上附加的力矩，会使结构内部产生比较大的附加应力，对于占地面积比较小的建筑物的影响会比较大。在煤矿开采的过程中建筑物所在地的地表发生均匀性沉降时，建筑物中需要有对应的附加应力。当地下水位比较浅而地表下沉比较大时，如果潜水位因此上升而使建筑物长期的积水或者受到水的影响，就会对建筑物的强度产生不可逆的破坏。

2.煤矿开采优化设计研究煤矿的开采优化设计对于提高煤矿的开采效率具有重要的帮助，它常常通过确定最佳目标和采取最优的方法来取得最佳的开采效果。它需要对矿井进行划分，确定最优的开采区域，对煤矿建设的工艺以及矿井的范围等进行优化。同时结合周围的环境对矿井的延伸、扩建等等，对巷道的布置、回采工艺的优化，甚至采矿设备的选择等都具有一定的帮助。通过对煤矿开采的优化设计，能够有效的评估煤矿开采过程中出现的各种问题，可以及时的采取有效的措施来降低对煤矿开采过程中出现的突发情况的影响。

为了减少煤矿开采对建筑物的不利影响，应当采取适当的措施来减少建筑物的变形，一方面采取有利的采矿措施，另外一方面通过加强建筑物的结构强度来增强其承受地表变形的影响。在煤矿开采方案的优化设计中，要首先保证建筑物的安全，然后最大程度的完成对煤炭资源的回收工作，提高煤炭资源的利用率。同时为了有效的提高煤炭资源的开采效率，应当普及机械化的开采方式。

条带开采法是一种比较有效的煤矿开采方法，它通过将开采煤层划分为比较标准的条带形状，然后隔一条开采一条，留下来的条带煤能够有效的起到支撑的岩层的作用，防止地表发生比较大的移动或者变形。在条带开采的过程中又可以分为长壁条带和短壁间隔条带开采的方法，其中长壁条带开采是指在工作面上设置长壁工作面，然后不断的推进进行间隔开采。短壁间隔条带的开采是将整个工作面设置为短壁条带进行开采，每隔一个工作面的方法进行开采，其中短壁间隔条带开采技术比长壁条带开采更加的便利。在对条带进行划分时，不能够超过设计的范围，而且通过对其稳定性进行正确的确定，使留下的条带能够支撑上覆的岩层，减少对地表的影响。在利用条带法开采的过程中，要按照设计的要求设定好条带的宽度，一般按照四分之一或者八分之一的比例来选择。然后根据地表的形状，一般选择中间的条带来作为其中的节点。在详细确定的时候，还需要根据一定的方法并且结合地表的移动状态和地表的密度来选择，这样才能进行下面的开采工作。条带开采方式是煤矿开采过程中的局部开采方式，要能够保证支撑煤层上部的岩层。条带式的开采方式能够有效的提高了煤矿的开采率，而且投入少，运行也比较稳定。

充填法采矿是通过填充开采空间，防止岩层下沉和地表变形的重要方法，在充填法中可以利用碎石、水砂等。在充填法中条带充填法是常用的一种技术方法，通过利用充填体来置换留设的煤柱。在充填法中采空区的宽度比覆岩的破断跨距小而且其性能比较稳定时，就能够对抵抗地表塌陷产生比较明显的效果。通过利用填充法可以有效的降低支护的成本，同时也减少了填充量，提高了煤矿的开采率，保证了建筑物的安全。

煤矿开采的优化设计能够将复杂的问题分解成为不同的要素，然后按照不同要素的重要性而分成不同的结构。通过比较不同层次结构中各要素的重要性，对于影响决策的各目标的重要性进行排序，然后进行优化选择。在煤矿开采的优化设计中，可靠而准确的信息是必不可少的。在我国的煤矿开采中普遍存在着基础资料不全以及收集上的困难，这增加了煤矿优化设计的困难。因此为了有效的做好煤矿的优化设计，减少对周围建筑物的干扰，应当在煤矿的开采过程中建立有效的先进的监测系统。对于比较大的煤矿还应当建立相应的监测数据库，这样可以快速的为优化设计提供相应的信息，为煤矿开采的优化设计提供数据支持。

3.结语煤矿的开采过程中当达到一定的深度或者面积时，就容易出现底板沉降等情况，导致地面发生变形和移动，对于地面环境和建筑都会产生影响。同时煤矸石的堆放还会引起滑坡等地质灾害，给正常的煤炭开采活动带来一定的干扰。为了减少煤炭开采中对地面建筑物的影响，通过采取合适的开采技术和方法，对开采程序进行优化设计，增强建筑物的强度和提高地面的支护强度等，这样对于提高煤炭的开采效率，提高煤矿的经济效益具有重要的帮助。

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