一、建筑物下的开采原则
(一)全面开采。根据地表移动规律,地表不均匀下沉和地表变形都集中在地表下沉盆地的边缘区,边缘区地表各点变形经受一个由动态到静态的发展过程,并达到最大值。井下每出现一个永久性开采边界,地表便出现一个数值较大的沉降盆地边缘变形区。所谓全面开采就是在整个建筑物或铁路干线下的矿体范围内同时进行全面积开采,在此矿体范围内不形成任何开采边界,以最大限度地减少开采对建筑物的有害影响。全面开采一般只能在水平或缓倾斜矿层中进行,并要采用长壁工作面回采方式。此时地表下沉盆地中央将出现范围大而变形值小的局部区域。当地表建筑物位于下沉盆地中央时,井下采矿对它的影响和损害最 (二)同时开采。当矿区有断层时应在建筑物下矿体的两侧同时开采,以减少出现开采边界的不利影响。回采可同时在几个工作面,几个采区内进行。若一个采区内有几个矿井同时生产,则应同时联合开采,不留永久性边界矿柱,这样几个矿井开采对地表建筑物的综合影响将显着减弱。 (三)连续开采。对于走向较长,延伸较大的矿体,回采应自上而下连续进行,不允许过久的停顿,特别是在浅部回采时更应如此。连续回采要求一个工作面接一个工作面,一个采区接一个采区,一个阶段接一个阶段地回采。过久地停顿(大约3~5个月)就导致形成永久性开采边界,使本来只有动态变形值的地方出现表态变形值,从而造成建筑物损害。 (四)合理布置回采方向。地表移动观测及建筑物下采煤的实践表明,不论是在水平面上,还是在垂直面上,地表移动的主要方向总是指向采空区,即总是垂直于开采边界。受地表拉应力产生的裂缝往往是平行开采边界。建筑物的抗变形能力与其平面形状有关,对于矩形建筑物长轴方向抗变形能力较小,短轴方向抗变形能力较大。因此建筑物的长轴方向应布置与地表裂缝走向平行,以减少担伸变形对建筑物的损害。在布置回采工作面或采区位置时应考虑地表建筑物的平面几何形状。在矿区地表布置工业设施时也应考虑开采对它的影响,选择合理的布局。 (五)对称背向开采。为保护地表对倾斜和拉伸变形非常敏感的建筑物,如烟囱、水塔等塔式建筑物,可采用对称背向开采布置方式。一般有两种作法:一是直接在建筑物下布置两个背向开采的工作面,如图2a。这样可使建筑物始终处于下沉盆地中央的压缩变形区内,不承受拉伸变形,不产生倾斜。由于建筑物抗压缩变形能力一般大于抗拉伸变形能力,随着采空区的扩展,这种压缩变形状态很快就过渡到无变形或压缩变形极小的状态,即均匀下沉。二是背向工作面布置在离建筑物中心的一定距离之外,根据煤矿的开采经验,这个距离为建筑物矿柱临界宽度的四分之一。这时建筑物所受的拉伸和压缩变形均较小。 二、采矿方法 在地表建筑物下的矿床开采中主要采用充填法,有时也用房柱法。只是在极特殊的条件下才用单层崩落法回采,如埋藏深,矿体薄,缓倾斜的沉积矿床等。 (一)充填采矿法。用充填法回采既可减少上部覆岩的破坏高度,又可显着地减少地表移动和变形值,是建筑物下开采行之有效的方法。充填法的回采方案依具体条件而定,对于矿岩较稳固的矿体一般用上向分层充填采矿法,否则用下向分层充填法回采。我国地下金属矿山主要采用尾砂胶结充填或废石胶结充填技术开采地表建筑物下的矿床;煤矿则用水砂充填法回采。波兰用水砂充填法所采的煤占全国地表建筑物下采煤总量的80%。 (二)房柱采矿法。房柱法开采不仅可以降低地表下沉量和变形值,而且可以降低崩落带和导水裂缝带的高度。煤矿的实测资料表明,房柱法开采时的地表下沉系数(地表下沉量与煤厚之比)为:房柱法嗣后充填0.01~0.05;崩落房柱法0.06~0.16。留下的在矿柱承受上部覆岩的全部载荷,只允许地表发生轻微的、均匀的下沉和变形。根据煤矿的实践,房柱法正规回采时,留下的矿柱面积必须大于开采总面积的30%。在金属矿山中留条柱回采的方案已极少使用,已普遍采用人工胶结矿柱取代天然矿柱进行回采,大大减少了矿石损失。 |