煤矿采空塌陷区的土建结构设计及施工探讨

煤矿采空塌陷区的土建结构设计及施工探讨

陈振生 白英

榆林市榆神煤炭榆树湾煤矿有限公司 陕西省榆林市， 719000

摘要：本文首先对现阶段我国煤矿采空塌陷的现状进行了介绍，其次对制约采空塌陷灾害治理的主要因素进行了阐述，再次对塌陷区形成机理及治理技术进行了分析，最后从地质钻探、建筑结构型式、结构处理这三个方面，进一步提出了煤矿采空塌陷区的施工结构设计措施，以及能够有效改善因采空造成的地质变形而带来的不良影响，希望本文所作分析能够为有关研究人士带来借鉴和参考。

关键词：煤矿；采空坍塌区；土建结构设计；施工探讨

前言：在我国内部，大部分的煤矿采取的都是地下开采的形式，同时这也是导致采空区发生问题的一个主要原因。因为采空区上部的覆岩经常会受到自然力的影响，造成地面裂缝以及崩塌等地质灾害的发生。因此，应该不断加大有关采空区上方土建工程施工方法研究的力度，对于煤矿采空塌陷的治理来说有着非常重要的意义。

1.现阶段我国煤矿采空塌陷现状

现阶段我国的大多数煤矿还都是地下开采，经常会有一些采空区出现。采空区的上部的覆岩在一系列自然力的影响下，就有可能导致地面出现裂缝，严重的话甚至会出现崩塌，造成严重的不良后果。怎样在这些塌陷区上进行土建工程的施工是非常具有研究价值的，下文便以煤矿为例对采空塌陷的治理措施进行简要的说明。

1.1塌陷现状

第一，采空区分布。从整体上来看，采空区自身的大小与各地的产煤量两者之间实际上是有着非常直接的联系的。在过去的五十多年里，山西基本上可以说是原煤产量贡献最多的一个省份，然后就是河南和河北，再然后是黑龙江和山东。这些地区的产煤量都是很高的，并且绝大多数都是由井工对其进行开采的，因此这些省份的采空区分布相对来说也是比较密集的。

第二，对矿区发展的负面影响呈现出上升的趋势。就目前的情况来看，国家的治理方式还是有着一些问题的，有一些政府一直都在执行“关小上大”的政策，导致一些小企业不得不关闭，而大企业又不需要不断拼命的进行开采工作，这也是造成采空区越来越多的一个非常重要的原因，并且对于原本已经存在的采空区也没有在第一时间予以治理，将会进一步导致塌陷问题的出现。同时，对于一些资源枯竭型的城市来说，有很多的老矿区存在，并且随处可见采空区，基本上没有办法对其进行治理，即便是治理基本上也是处于一个恶性循环当中，导致当地经济得不到很好的提升。

1.2制约采空塌陷灾害治理的主要因素

首先，在1997年之前，国家针对矿区采空区的塌陷问题还没有一个明确的治理制度规定，也没有相应的配套体系，比如说资金等对该工作进行支持，因此在很多矿区都会有这类问题存在着。其次，从煤炭行业发展的角度上看，其基本上会在很长的一段时间里都处于一个亏损的状态，同时也有一部分企业会因为没有办法承担和负责起由于采煤而导致的塌陷事故。一方面找不到相应的资金，另一方面也没有充足的人力来支持，这也在很大程度上导致了矿区塌陷问题普遍存在着。再次，采空区的地质灾害问题实际上并不是都发生在矿产资源被采空的时候，而是有着一定的滞后性，这就使得很难对有关的责任人进行追求，特别是在一些企业的矿区当中，大部分都是在企业已经搬走，或者是企业之间发生了合并以后，这些塌陷问题才出现，相关的责任人是很难被找到的。最后，有一些城市正是因为有着丰富的煤炭矿区，才逐渐发展起来的，但是其发展成本却是比较高的，特别是对于一些资源枯竭型的城市来说，其发展是非常困难的。

2.煤矿采空塌陷区的结构设计的措施

2.1地质钻探

在分析采空地带地质钻探数据的过程中，确定采空地带地下岩层有无断裂带出现，岩层是否完整，还有岩层的稳定性有没有收到采空的影响等。根据建筑结构设计的特点还有要求，严格的使用一些合理的措施对建筑工程进行施工。

2.2主建筑结构型式

在矿区内，对于主厂房、洗煤车间、烟囱、污水处理车间等建筑物来说，主要应该采用以下四种结构设计形式来进行相应的结构设计。第一，针对主厂房的结构设计。矿区主厂房的结构设计的主要应该是由现浇的钢筋混凝土制作而成的土框排架结构。应该把柱底的荷载设计为弯矩、剪力、轴力的相应数值。不仅如此，气机间的排架应该设计为由现浇的钢筋混凝土制作而成的框架，并设计好整个框架的檐高，同时配置好一台载重吊车。第二，针对洗煤车间的结构设计。通常情况下粉尘污染问题最严重的一个流程就是洗煤车间，因此在对洗煤车间进行建筑结构的设计时，一定要应用一些积极有效的措施来实现防尘，在最大程度上降低洗煤车间在日常的运行过程当中可能给生态环境带来的污染。一定要在洗煤工艺和污染源都已经得到明确了的前提条件下，再使用局部通风除尘和全面通风换气等技术相结合的方式，对设备在运行过程中可能产生的污染问题进行合理的控制和降低。第三，针对烟囱的结构设计。一般情况下，在设计矿区烟囱时，都会选择采用由钢筋混凝土浇灌而成的简装结构来进行设计。第四，针对污水处理车间的结构设计。在很长一段时间的实践应用当中可以了解到，要想把水中一级阴阳离子等有害物质充分的清除掉，效果比较显著的就是应用一级反渗透装置，这一装置在煤矿污水处理车间的污水处理工作当中受到了非常广泛的应用。

2.3结构的处理措施

因为矿区场地通常会有一些限制性因素，导致矿区的主要建筑的位置一般是没有办法轻易有所调整的。所以，为了地基变形所带来的影响能够得到一定的环节，有关部门需要采取一系列积极有效的赢多措施，不断加大针对建筑基础结构设计研究工作的力度，在最大程度上减少可能由于地下采空而给地面建筑物稳定性带来的不良影响。比如说，主要以现浇钢筋混凝土筒状结构为主的冷却塔，冷却塔的整体刚度通常都比较大。所以，可以通过在采空影响线内部，增设高度为1.5米和宽度为0.8米的钢筋混凝土浇筑而成的土地梁，这样的方式来进行施工。通过对建筑设计方案进行修改的方式，不断对现有的建筑结构设计方案进行优化，通过对建筑结构的设计方案进行设计的方式，一方面从最大程度上防止了地下采空区给地面建筑物稳定性带来的不利影响，另一方面也保证了地面建筑物的实用性。除此之外，为了防止采空区建筑物楼板出现不连接的线性，设计人员一定要严格根据采空区建筑物的刚度、层数还有高度的有关要求，来对建筑物的结构进行设计，并且采取竖向，亦或是平面布置的方式，来对建筑物的整体布局与规划进行设计，从而在最大程度上的减小不均匀沉降地基可能给建筑物的稳定性带来的任何影响。并且为了进一步的保证厂房整体结构自身的稳定性，可以尝试在每个跨柱中间加设一个基本的柱间支撑。反之，还应该减轻框架结构当中的部分结构自身的重量，使地震等自然灾害可能带来的不利影响得到进一步的降低，如果将通常所设计的钢筋混凝土的煤斗加以更改，变成一个钢煤斗，则能够最大程度降低柱底的轴力还有自然灾害发生时带来的水平的剪力。

结语：综上所述，为有效的降低矿区采空区安全事故发生率，设计人员在进行采空塌陷区土建工程结构设计时，必须严格的按照要求做好采购塌陷区的现场地质情况勘查和分析工作，然后根据最终的分析结构，制定切实可行的处理方案，才能在促进煤矿采空塌陷区处理质量的基础上，为煤矿企业的安全生产奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]任勇.煤矿采空塌陷区的土建结构设计及施工[J].山西建筑,2015,(36):69-70.

[2]李啸虎.煤矿采空塌陷区的土建结构设计及施工[J].建筑·建材·装饰,2019,(8):209.