华阳开元矿业有限责任公司 甘肃庆阳市 745000
摘要：通过分析矿井地质采矿条件，对比全采方案、条带开采方案和充填开采方案，用概率积分法对三种方案进行了地表沉陷预计，在充分考虑开采对地面建筑物的影响情况，以及通过经济比较，确定出最合理条带开采方案作为首选方案，考虑到绿色开采的问题，充填开采作为备选方案，有效的解决了建筑物下压煤问题。同时可以看出，条带开采法与充填开采法是解决密集建筑群或敏感性建筑物下开采的合理有效的方法，对今后矿区建筑物下采煤有很好的借鉴作用。
关键词：建筑物下采煤；条带开采；充填开采；概率积分法
1引言
我国煤炭资源蕴藏丰富、分布广泛、加之人口众多、一些开发较早的矿井随着可采资源的枯竭，其生产均不同程度涉及建（构）筑物下、水体下、铁路下、承压水体上的开采问题。据不完全统计，我国统配煤矿在“建筑物下、铁路下、水体下”（简称“三下”Under 3-body）压煤总量约 133.5 亿 t，其中建筑物下压煤量达 78.2 亿 t，占“三下”压煤总量的 61%左右。建筑物下压煤又以村庄下压煤所占数量最大，其次就是工业场地及公用建筑物下压煤。因此，解决建筑物下压煤的开采问题，无论从理论上、技术上、还是经济上对煤炭科技事业的发展都具有重要的意义。我国建筑物下采煤的试验研究工作是 60 年代初期开始的，以下是我国矿区建筑物下采煤成功案例：
2建筑物下采煤的防护措施
建筑物下采煤的防护措施主要为两个方面：一方面在井下采取特殊采矿技术措施，目的是尽量减少建筑物所在地表的移动和变形值，另一方面对建筑物采取结构保护措施，以增加建筑物承受地表变形的能力。
2.1采矿措施
2.1.1充填开采方法
充填开采方法就是当煤层采出后，采出空间用矸石、河砂、特种充填物等材料进行充填，以减小采出空间，从而减少覆岩及地表移动变形的一种开采方法。常用的充填方法有：水砂充填、风力充填、矸石人工充填。不同的充填方法、充填的密实度不同，地表下沉系数不同（见表 5-9）。采用全部跨落法管理顶板时，地表最大下沉值可达采厚的 60%～90%，一般为 80%左右；采用水砂充填管理顶板时，地表的最大下沉值仅为采厚的 8%～15%。
2.1.2协调开采方法
协调开采技术是”三下”采煤技术中控制地表变形的采煤方法，它利用地表移动规律和工作面相对位置及开采方向布置来实现减少开采影响变形。
2.1.3全柱开采
地表移动变形表明，地表不均匀下沉和地表变形主要集中在开采边界附近上方。井下每出现一个永久性的开采边界，地表就出现一个较大的地表变形区。因此，在建筑物、构筑物，甚至整个城市范围内，有效地进行大面积全柱开采，并在矿柱内不形成永久性的开采边界，可最大限度减少地下开采对受护对象的影响。
2.1.4条带开采
其实质是将被开采的煤层划分成若干条带，开采一条（即采出条带），保留一条（即保留煤柱），用留下不采的煤柱支撑顶板，以达到减小地表移动和变形的目的。此法的缺点是采出率低（一般采出率为 50%-60%），掘进率高，开采工艺复杂，效率较低。
2.2建筑结构措施
保护建筑物的结构措施大致可分为两类：第一类是提高建筑物的刚度和整体性，增强建筑物抵抗变形的能力。如，设置钢拉杆、钢筋混凝土圈梁、基础联系梁等；第二类是提高建筑物适应地表变形的能力，减小地表变形引起的建筑物附加内力。如，设置变形缝、地表缓冲沟、滑动层等。
2.2.1设置变形缝
设置变形缝是一项有效而又经济的建筑物保护措施，在我国矿区采用广泛。其方法：将建筑物自屋顶至基础分成若干个彼此互不相连，长度较小、刚度较大、自成体系的独立单元体。其目的就是减小地基反力分布的不 均匀对建 筑物的影响，提高建 筑物适应地表变形能力，避免地表水 平拉伸和压缩迭加，减缓曲率变形的影响程度。
2.2.2钢拉杆加固
钢拉杆通常设在楼板和檐口水平，用以承受地表正曲率变形所产生的拉应力。用钢拉杆加固有施工简便及钢材易于回收等优点，纵墙与横墙的钢拉杆均和设在墙角处的角钢垫板相连接，角钢垫板长度一般为 80cm.钢拉杆较长时，为防止出现驰 垂.每隔 3-5m 埋 设一个钩钉.
2.2.3钢筋混凝土圈梁加固
为了增强建筑物基础抵抗地表水平和垂直变形能力，采用钢筋混凝土圈梁加固基础.对于重要的或较高的建筑物，还应在楼板或檐口水平设置墙壁圈梁。
3某煤矿建筑物下采煤实例
3.1地质概况
七采区位于开元煤矿工业广场西 100~2100 米，地界全部在寿阳县平舒乡境内；南距闫庄、中庄村 2010 米，西距八采区 1406米。采区北端以八采区轨道巷南帮为界，北邻靠放马沟村。东西最大长度 1500 米，南北最大宽度 1400 米，总面积 2.73km2。
区内黄土丘陵地貌，梁、峁比较发育且平坦，沟谷多呈U型宽谷。区域附近有闫庄村、中庄村村两个自然村。矿运煤公路、排水沟流经地表，区内无常流河、水库、湖泊等水系，较大河流为龙门河，自北西向南流经区域附近，未季节性河流，平时干涸，仅雨季方形成洪流。
3.2采煤方案设计与分析
（1）.全采方案设计与分析
根据煤矿地质资料：9# 煤层分为平均采深在400m，煤层厚度在 4m，倾角5。9# 煤层分为七个工作面，全部采用长壁垮落采煤法。根据七• 采区区内地层及地质构造可以确定该地区的上覆岩性为坚硬型。
（2）.条带开采方案设计
将七采区分为七个工作面，北部采深在400米的几个面布置为为倾向条带；其余几个采深大的布置为走向条带。单独开采过9# 煤层后，地表下沉值及曲率变化值很小，继续开采过 15煤层后地表下沉值将近 2330mm，尽管倾斜变形与水平变形增大一倍，但是任属于二级破坏范围内，对建筑物损坏很小。从单一煤层开采下沉和水平匹配图可以看出，地面建筑物只有很小的变形，且变形范围也较小，建筑物大部分处于下沉较小的区域。综上所述，条带开采的方案，地表下沉较小，曲率影响很小，地面建筑物在一级破坏范围内，可以考虑用条带开采方案。
（3）.充填开采方案设计
本次设计的充填率为 80%，采用矸石材料充填，布置为四个工作面，每个工作面按长壁采煤法开采，同时对采空区进行充填。单独开采完9煤层后，最大下沉值为 235mm；最大倾斜为 3mm；水平变形在 -1.33~1.16mm/m 之间；曲率在 -0.06~0.05 mm / m2 之间。15# 煤层开采仍然用长壁开采，充填矸石材料。
（4）.方案比较与最终方案的确定
从地面建筑物沉降变形方面，全采方案开采完单煤层后，建筑物达到四级破坏，如果继续开采，会造成建筑物的严重破坏，无法继续使用，沉降达到 2000mm；条采方案仅对建筑物造成一级破坏，下沉值也仅有 300mm 左右，建筑物可以不修或是简单维修，在保证一定的采出率同时，又保证减少了建筑物的破坏；充填开采方案地表下沉也较小，仅有 400mm 左右，建筑物达到二级破坏，需要中修，建筑物仍可正常使用。
总结
综合考虑地表沉陷对建筑物的影响，条采方案为最优方案，其次为充填方案，而全采会对地面建筑物造成严重的破坏。从经济角度考虑，条带开采为最优方案，可以比充填有更多收益，其次为充填开采，全采尽管会有很大的市场收益，但是巨大的赔偿金额总和下来，最终收益反而最少。从矿区环境保护方面，充填开采最优，可以减少地面矸石的堆积，条采与全采次之。
参考文献：
[1]何国清，杨伦等 矿山开采沉陷学 中国矿业大学出版社 1994.6
作者简介：
董聪，1987，01，男，山西阳泉人，本科学历，中级工程师，从事矿山测量工作