1、1 开采损害与环境保护开采损害与环境保护课程是采矿工程专业课程体系中课程是采矿工程专业课程体系中具有十分重要地位的专业基础课，内容设置体现了科学研究具有十分重要地位的专业基础课，内容设置体现了科学研究的一般规律和环境保护与生态恢复的研究进展，对于学生科的一般规律和环境保护与生态恢复的研究进展，对于学生科学思维、综合素质的培养与实践能力的提高起着至关重要的学思维、综合素质的培养与实践能力的提高起着至关重要的作用。课程以岩石力学、煤矿地质学、采煤学、测量学、矿作用。课程以岩石力学、煤矿地质学、采煤学、测量学、矿山开采沉陷学、环境工程为先开课，通过课程学习使学生树山开采沉陷学、环境工程为先开课，通过
2、课程学习使学生树立正确而较为全面的矿山开采损害与环境保护的概念，培养立正确而较为全面的矿山开采损害与环境保护的概念，培养学生分析与解决实际问题的能力，对采矿工程专业相关课的学生分析与解决实际问题的能力，对采矿工程专业相关课的学习，乃至毕业生的培养有着十分重要的作用。学习，乃至毕业生的培养有着十分重要的作用。2 学生通过本课程的学习，了解矿山资源开采的同时各种地学生通过本课程的学习，了解矿山资源开采的同时各种地质损害（灾害）的类型及特征，开采损害的防治措施以及矿质损害（灾害）的类型及特征，开采损害的防治措施以及矿山环境保护技术的发展等。使在专业基础知识中所学到的理山环境保护技术的发展等。使在专业
3、基础知识中所学到的理论和方法进一步得到深化并运用到解决实际问题中去。通过论和方法进一步得到深化并运用到解决实际问题中去。通过本课程的教学，使学生树立正确而较为全面的矿山开采损害本课程的教学，使学生树立正确而较为全面的矿山开采损害与环境保护的概念，培养学生分析与解决问题的能力、实事与环境保护的概念，培养学生分析与解决问题的能力、实事求是的态度和严谨细致的作风，为后继课程的学习、毕业设求是的态度和严谨细致的作风，为后继课程的学习、毕业设计及将来在生产实践中应用打下基础。计及将来在生产实践中应用打下基础。3v为采矿工程毕业设计做准备为采矿工程毕业设计做准备 一般部分：矿井（采区）初步设计一般部分：矿
4、井（采区）初步设计 专题部分：论文专题部分：论文 设计中相关内容设计中相关内容：煤柱留设、开采上限、水体下采煤等：煤柱留设、开采上限、水体下采煤等v培培养学生适应不同条件下的采矿工作能力养学生适应不同条件下的采矿工作能力 特殊条件特殊条件三下一上（三下一上（建筑物下、铁路下、水体下和建筑物下、铁路下、水体下和承压水上）承压水上）特殊工艺特殊工艺短壁开采、条带开采、充填采煤、上行开采、短壁开采、条带开采、充填采煤、上行开采、水力采煤水力采煤4 1.郭惟嘉等编著，郭惟嘉等编著，矿井特殊开采矿井特殊开采，煤炭工业出版社，煤炭工业出版社，2008.10 2.何国清等编，何国清等编，矿山开采沉陷学矿山开
5、采沉陷学，中国矿业大学出版社，中国矿业大学出版社，1991.4 3.国家煤炭工业局制定，国家煤炭工业局制定，建筑物、水体、铁路及主要井巷煤建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程柱留设与压煤开采规程，煤炭工业出版社，煤炭工业出版社，2000.6 4.国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，煤矿煤矿防治水规定防治水规定，煤炭工业出版社，煤炭工业出版社，2009.11 5.国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，煤矿煤矿安全规程安全规程(2011版版)，煤炭工业出版社，煤炭工业出版社，
6、2011.25第一章第一章 开采沉陷损害类型及特征开采沉陷损害类型及特征第二章第二章 开采水动力损害开采水动力损害第三章第三章 开采大气损害开采大气损害第四章第四章 开采废弃物（尾矿）损害开采废弃物（尾矿）损害第五章第五章 开采对生态环境的影响开采对生态环境的影响课程主要内容课程主要内容第一篇第一篇 开采损害类型及特征开采损害类型及特征6第六章第六章 岩层移动变形机理岩层移动变形机理第七章第七章 开采沉陷的一般规律开采沉陷的一般规律第八章第八章 开采损害的监测与评价开采损害的监测与评价第九章第九章 保护煤（岩）柱或矿（岩）柱的留设保护煤（岩）柱或矿（岩）柱的留设第十章第十章 建筑物下采煤建筑物
7、下采煤第十一章第十一章 铁路下采煤铁路下采煤第十二章第十二章 水体下采煤水体下采煤第十三章第十三章 承压含水层上采煤承压含水层上采煤第二篇第二篇 开采损害防治开采损害防治7第十四章第十四章 村庄、城镇建筑物的地上保护措施村庄、城镇建筑物的地上保护措施第十五章第十五章 开采沉陷盆地土地治理开采沉陷盆地土地治理第十六章第十六章 矿山固体废弃物处理矿山固体废弃物处理第十七章第十七章 矿区水环境与水资源化矿区水环境与水资源化第十八章第十八章 矿山环境质量评价矿山环境质量评价第十九章第十九章 开采损害防治新理论、新技术及其应用开采损害防治新理论、新技术及其应用第二十章第二十章 矿区环境与可持续发展矿区环
8、境与可持续发展第三篇第三篇 矿山环境保护矿山环境保护8第一节第一节 开采沉陷土地损害开采沉陷土地损害第二节第二节 开采沉陷房屋损害开采沉陷房屋损害第三节第三节 开采沉陷地面及地下构筑物损害开采沉陷地面及地下构筑物损害第四节第四节 开采井筒煤柱导致的工业广场设施及井筒损害开采井筒煤柱导致的工业广场设施及井筒损害第五节第五节 开采沉陷导致的工程地质损害开采沉陷导致的工程地质损害第六节第六节 近地表开采（挖）损害近地表开采（挖）损害9 矿山开采包括露天开采和地下开采两大类。下面以地下开矿山开采包括露天开采和地下开采两大类。下面以地下开采损害为主，阐述各类损害及其特征。采损害为主，阐述各类损害及其特征
9、。第一节第一节 开采沉陷土地损害开采沉陷土地损害一、开采沉陷土地损害现状一、开采沉陷土地损害现状 目前，我国目前，我国采矿业采矿业每年占用和破坏的土地约达每年占用和破坏的土地约达3.4万公顷，万公顷，其中仅每年煤炭开采形成的地面塌陷就约达其中仅每年煤炭开采形成的地面塌陷就约达3.0万公顷，累计万公顷，累计已达约已达约50万公顷。万公顷。10二、沉陷土地损害形式二、沉陷土地损害形式 开采沉陷引起土地损害的形式开采沉陷引起土地损害的形式可归纳为以下几种形式：可归纳为以下几种形式：（一）开采沉陷引起的地表裂（一）开采沉陷引起的地表裂缝、台阶下沉、塌陷坑及滑坡破缝、台阶下沉、塌陷坑及滑坡破坏。坏。这种
10、地表非连续变形破坏对这种地表非连续变形破坏对土地的损害也最为严重。土地的损害也最为严重。陕西开陕西开采时间最长的铜川矿区，由于开采时间最长的铜川矿区，由于开采形成的地裂缝比比皆是（图采形成的地裂缝比比皆是（图1-1），），市区内因采动引起的新老滑市区内因采动引起的新老滑坡坡154处，崩塌和坠落体处，崩塌和坠落体351处。处。图图1-1 采动地表裂缝破坏采动地表裂缝破坏11 澄合矿区巨厚湿陷澄合矿区巨厚湿陷性黄土覆盖层开采地性黄土覆盖层开采地表裂缝经雨水冲刷、表裂缝经雨水冲刷、侵蚀后形成塌陷破坏侵蚀后形成塌陷破坏坑（图坑（图1-2）和泥石）和泥石流等地质灾害。流等地质灾害。图图1-2 采动地表塌
11、陷坑破坏采动地表塌陷坑破坏12(二二)降低了地表标高，形成低洼积水坑或沼泽地。降低了地表标高，形成低洼积水坑或沼泽地。(三三)开采引起湿陷性黄土裂缝损害。开采引起湿陷性黄土裂缝损害。湿陷性黄土的抗拉伸变形能力很小，采动极易形成垂直裂湿陷性黄土的抗拉伸变形能力很小，采动极易形成垂直裂缝地表破坏。在地表水冲刷和地下水流动的作用下，采动地缝地表破坏。在地表水冲刷和地下水流动的作用下，采动地表裂缝扩大，裂缝间联通形成地表塌陷坑或冲刷沟破坏。其表裂缝扩大，裂缝间联通形成地表塌陷坑或冲刷沟破坏。其次当这种采动裂缝出现在坡体位置时，会导致大面积的滑坡、次当这种采动裂缝出现在坡体位置时，会导致大面积的滑坡、坍
12、塌灾害发生。坍塌灾害发生。13三、土地沉陷损害分级三、土地沉陷损害分级 开采沉陷土地损害程度与开采深度关系相当密切，一般条开采沉陷土地损害程度与开采深度关系相当密切，一般条件下，当深厚比件下，当深厚比H/m 40时，地表将产生极为严重的裂缝，时，地表将产生极为严重的裂缝，塌陷坑破坏，土地损害严重；当深厚比塌陷坑破坏，土地损害严重；当深厚比H/m=40200时，地时，地表产生不同程度的变形破坏，土地受到一定程度的损害；深表产生不同程度的变形破坏，土地受到一定程度的损害；深厚比厚比H/m 200时，土地损害较轻。时，土地损害较轻。14 我国目前还没有关于土地沉陷损害的分级标准，根据土地我国目前还没
13、有关于土地沉陷损害的分级标准，根据土地沉陷的特点一般可将土地沉陷损害分为沉陷的特点一般可将土地沉陷损害分为4个等级个等级(见表见表)。等级等级下沉量下沉量对土地的影响对土地的影响A级级下沉大于下沉大于100mm，小于，小于500mm对土地影响轻微对土地影响轻微B级级下沉大于下沉大于500mm，小于，小于1500mm对土地产生明显的影响对土地产生明显的影响C级级下沉大于下沉大于1500mm，小于，小于3000mm对土地产生严重的影响对土地产生严重的影响D级级下沉大于下沉大于3000mm一般积水而无法耕作一般积水而无法耕作表表1-1 1-1 土地沉陷损害分级土地沉陷损害分级注：对于地表沉陷裂缝带，
14、塌陷坑等无法耕种的沉陷损害，均可归于注：对于地表沉陷裂缝带，塌陷坑等无法耕种的沉陷损害，均可归于D D级损害级损害15第二节第二节 开采沉陷房屋损害开采沉陷房屋损害 地下开采对地表房屋的损害主要是由采动地表在垂直方向的地下开采对地表房屋的损害主要是由采动地表在垂直方向的移动变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲）和水平方向的移动变形移动变形（下沉、倾斜、曲率、扭曲）和水平方向的移动变形（水平移动、拉伸与压缩变形）以及地表平面内的剪应变引起。（水平移动、拉伸与压缩变形）以及地表平面内的剪应变引起。一、开采沉陷房屋损害类型一、开采沉陷房屋损害类型 1.下沉对房屋的损害下沉对房屋的损害 一般，当房屋所处的地表
15、出现均匀下沉时，房屋的结构不会一般，当房屋所处的地表出现均匀下沉时，房屋的结构不会产生附加应力，因而对其本身也就不会带来损害。产生附加应力，因而对其本身也就不会带来损害。地表下沉量大，地下水位又很高地表下沉量大，地下水位又很高不均匀下沉不均匀下沉16 2.倾斜对房屋的损害倾斜对房屋的损害 地表倾斜后，将引起房屋的歪斜。房屋倾斜会导致房屋重地表倾斜后，将引起房屋的歪斜。房屋倾斜会导致房屋重心偏离，产生附加倾覆力矩，承载结构内部将产生附加应力，心偏离，产生附加倾覆力矩，承载结构内部将产生附加应力，基础承载压力重新分布。地表倾斜尤其对高层建筑物的损害基础承载压力重新分布。地表倾斜尤其对高层建筑物的损
16、害明显，甚至会引起楼房底层发生下水道倒流等现象，影响正明显，甚至会引起楼房底层发生下水道倒流等现象，影响正常生活和使用。常生活和使用。17 3.地表曲率对房屋的损害地表曲率对房屋的损害 地表曲率变形将原来房屋的平面基础变为曲面形状。这样，地表曲率变形将原来房屋的平面基础变为曲面形状。这样，建筑物的荷载与基础土壤反力间的初始平衡状态就遭到了破建筑物的荷载与基础土壤反力间的初始平衡状态就遭到了破坏。在正负曲率作用下，房屋都会受到损害。房屋在受到正、坏。在正负曲率作用下，房屋都会受到损害。房屋在受到正、负曲率影响下，将使地基反力重新分布，而使房屋墙壁在竖负曲率影响下，将使地基反力重新分布，而使房屋墙
17、壁在竖直面内受到附加的弯矩和剪力的作用，其值超过房屋基础和直面内受到附加的弯矩和剪力的作用，其值超过房屋基础和上部结构的极限强度时，房屋就会出现裂缝。图上部结构的极限强度时，房屋就会出现裂缝。图1-3是地面房是地面房屋在正负曲率作用下的受力状态。屋在正负曲率作用下的受力状态。18 在正曲率作用下，房屋产生倒八字形裂缝，裂缝最大宽度在其上在正曲率作用下，房屋产生倒八字形裂缝，裂缝最大宽度在其上端；在负曲率作用下，房屋产生正八字形裂缝，裂缝的最大宽度在端；在负曲率作用下，房屋产生正八字形裂缝，裂缝的最大宽度在其下端。在采深较小、建筑物整体尺寸较大的条件下，地表曲率变其下端。在采深较小、建筑物整体尺
18、寸较大的条件下，地表曲率变形对建筑物的损害较严重，一般当采深采厚比形对建筑物的损害较严重，一般当采深采厚比H/m 30时，地表将产时，地表将产生较为严重的裂缝、塌陷坑等非连续移动变形破坏，对房屋损害也生较为严重的裂缝、塌陷坑等非连续移动变形破坏，对房屋损害也极为严重；当深厚比极为严重；当深厚比H/m 300时，地表曲率变形对房屋影响就较小。时，地表曲率变形对房屋影响就较小。图图1-3 a1-3 a）正曲率作用下房屋的受力状态）正曲率作用下房屋的受力状态 b)b)负曲率作用下房屋的受力状态负曲率作用下房屋的受力状态FRFR地表曲率附加力地表曲率附加力 MRMR地表曲率附加力矩地表曲率附加力矩19
19、 4.地表水平变形对房屋的损害地表水平变形对房屋的损害 地表水平变形对房屋的破坏作用很大，尤其是拉伸变形。地表水平变形对房屋的破坏作用很大，尤其是拉伸变形。由于房屋的抵抗拉伸能力远小于抵抗压缩的能力，所以较小由于房屋的抵抗拉伸能力远小于抵抗压缩的能力，所以较小的地表拉伸变形就能使房屋产生开裂性裂缝，砖砌体的结合的地表拉伸变形就能使房屋产生开裂性裂缝，砖砌体的结合缝，房屋的结构点（如房梁）易被拉开。当压缩变形较大时，缝，房屋的结构点（如房梁）易被拉开。当压缩变形较大时，可使房屋墙壁、地基压碎，地板鼓起产生剪切和挤压裂缝，可使房屋墙壁、地基压碎，地板鼓起产生剪切和挤压裂缝，可使门窗洞口挤成菱形，纵
20、墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起。可使门窗洞口挤成菱形，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起。205.剪切变形对房屋的损害剪切变形对房屋的损害 当房屋处于下沉盆地主断面上，但其方位与回采区段斜交，当房屋处于下沉盆地主断面上，但其方位与回采区段斜交，或者房屋处于下沉盆地非主断面位置时，在地表剪切变形作或者房屋处于下沉盆地非主断面位置时，在地表剪切变形作用下，房屋的纵横基础间将产生相对转动，从而使房屋改变用下，房屋的纵横基础间将产生相对转动，从而使房屋改变了原有的平面形状。了原有的平面形状。6.扭曲变形对房屋的损害扭曲变形对房屋的损害 由于两个横墙处的地表倾斜值不同，导致了地表沿房屋的由于两个横墙处的地表倾斜值
21、不同，导致了地表沿房屋的纵轴中心线产生了扭曲变形，导致房屋扭转变形的产生。纵轴中心线产生了扭曲变形，导致房屋扭转变形的产生。21 开采引起的房屋损害类型见图开采引起的房屋损害类型见图1-4所示。所示。22二、开采房屋损害程度分级二、开采房屋损害程度分级 我国在我国在建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程开采规程（以下简称（以下简称“三下采煤三下采煤”规程）中将长度或变形规程）中将长度或变形缝区段内长度小于缝区段内长度小于20m的砖混结构房屋破坏分为四个等级，的砖混结构房屋破坏分为四个等级，见表见表1-2，其它结构类的建（构）筑物可参照表其它
22、结构类的建（构）筑物可参照表1-2执行。执行。23损坏损坏等级等级建建 筑筑 物物 损损 坏坏 程程 度度地地 表表 变变 形形 值值损坏损坏分类分类结构结构处理处理水平变形水平变形 mm/m曲率曲率K10-3/m倾斜倾斜imm/m 自然间砖墙上出现宽度自然间砖墙上出现宽度1-2mm的裂缝的裂缝 2.0 0.2 3.0极轻微极轻微损坏损坏不修不修 自然间砖墙上出现宽度小于自然间砖墙上出现宽度小于4mm的裂缝；多条裂的裂缝；多条裂缝总宽度小于缝总宽度小于10mm轻微轻微损坏损坏简单简单维修维修 自然间砖墙上出现宽度小于自然间砖墙上出现宽度小于15mm的裂缝，多条的裂缝，多条裂缝总宽度小于裂缝总宽
23、度小于30mm；钢筋混凝土梁、柱上裂缝；钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于长度小于1/3截面高度；梁端抽出小于截面高度；梁端抽出小于20mm；砖；砖柱上出现水平裂缝，缝长大于柱上出现水平裂缝，缝长大于1/2截面边长；门窗截面边长；门窗略有歪斜略有歪斜 4.0 0.4 6.0轻度轻度损坏损坏小修小修 自然间砖墙上出现宽度小于自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝，多条的裂缝，多条裂缝总宽度小于裂缝总宽度小于50mm；钢筋混凝土梁、柱上裂缝；钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于长度小于1/2截面高度；梁端抽出小于截面高度；梁端抽出小于50mm；砖；砖柱上出现小于柱上出现小于5mm的水平错动；门窗严重变形的水
24、平错动；门窗严重变形 6.0 0.6 10.0中度中度损坏损坏中修中修 自然间砖墙上出现宽度大于自然间砖墙上出现宽度大于30mm的裂缝，多条的裂缝，多条裂缝总宽度大于裂缝总宽度大于50mm；梁端抽出小于；梁端抽出小于60mm；砖；砖柱出现小于柱出现小于25mm的水平错动的水平错动 6.0 0.6 10.0严重严重损坏损坏大修大修 自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝，以及墙体严重外鼓、歪斜；钢筋混凝土梁、柱，以及墙体严重外鼓、歪斜；钢筋混凝土梁、柱裂缝沿截面贯通；梁端抽出大于裂缝沿截面贯通；梁端抽出大于60mm砖柱出现大砖柱出现大于于25mm的水
25、平错动；有倒塌危险的水平错动；有倒塌危险极度严极度严重损坏重损坏拆建拆建24表表1-3 建筑物（土筑平房）破坏（保护）等级与地表变形的关系建筑物（土筑平房）破坏（保护）等级与地表变形的关系损坏损坏等级等级建建 筑筑 物物 损损 坏坏 程程 度度地地 表表 变变 形形 值值结构结构处理处理水平变形水平变形 mm/m曲率曲率K10-3/m倾斜倾斜imm/m一一基础及勒脚出现基础及勒脚出现1mm左右的细微裂缝左右的细微裂缝 1.0 0.05 1.0不修不修二二勒脚处裂缝增大，并扩展到窗台下，勒脚处裂缝增大，并扩展到窗台下，梁下支撑处两侧墙壁开始出现裂缝梁下支撑处两侧墙壁开始出现裂缝1.02.00.0
26、50.1 1.01.5小修小修三三窗台下裂缝扩展到门窗洞上角，梁下窗台下裂缝扩展到门窗洞上角，梁下墙壁裂缝继续扩展墙壁裂缝继续扩展2.07.00.10.31.53.0中修中修四四裂缝扩展到檐口下，裂缝裂缝扩展到檐口下，裂缝20mm以上以上，房屋呈菱形，墙角裂开，房屋呈菱形，墙角裂开7.0110.30.53.04.0大修或大修或拆拆 除除 表表1-3给出了土筑平房破坏等级与地表变形的对应关系。给出了土筑平房破坏等级与地表变形的对应关系。25第三节第三节 地面及地下构筑物损害地面及地下构筑物损害 开采沉陷地面及地下构筑物损害包括：地面铁路、公路、开采沉陷地面及地下构筑物损害包括：地面铁路、公路、高
27、压输电线塔、线路、索道、电视转播塔、烟囱等高层建高压输电线塔、线路、索道、电视转播塔、烟囱等高层建（构）筑物、堤坝、桥涵、管路及地下埋藏的各类建（构）（构）筑物、堤坝、桥涵、管路及地下埋藏的各类建（构）筑物等。筑物等。一、对铁路、公路及其构筑物的损害一、对铁路、公路及其构筑物的损害 按开采沉陷引起地表变形特点，可将沉陷对铁路、公路的按开采沉陷引起地表变形特点，可将沉陷对铁路、公路的损害分为：损害分为：1.地表横向倾斜移动变形损害地表横向倾斜移动变形损害 横向不均匀移动变形将导致铁路轨道横向移动扭曲变形横向不均匀移动变形将导致铁路轨道横向移动扭曲变形（图（图1-5），两条轨道分离或挤压，使高速行
28、驶的火车行使困），两条轨道分离或挤压，使高速行驶的火车行使困难，脱轨掉道，甚至发生翻车事故。难，脱轨掉道，甚至发生翻车事故。26图图1-5 采动引起轨道横向扭曲变形采动引起轨道横向扭曲变形272.地表纵向倾斜移动变形损害地表纵向倾斜移动变形损害 地表纵向倾斜变形使道路爬行坡度增大，两站之间的区间地表纵向倾斜变形使道路爬行坡度增大，两站之间的区间坡度大于坡度大于1:80（12.5）时车辆行使困难，可能会破坏列车）时车辆行使困难，可能会破坏列车的正常运行和调车场的工作，为此需要增加列车的牵引力和的正常运行和调车场的工作，为此需要增加列车的牵引力和制动力。采动线路中出现高差大于制动力。采动线路中出现
29、高差大于200mm的鞍形断面或盆形的鞍形断面或盆形断面时，为了恢复轨道的正常坡度，必须进行大量的维修作。断面时，为了恢复轨道的正常坡度，必须进行大量的维修作。3.地表波浪起伏沉陷损害地表波浪起伏沉陷损害 开采地表压缩变形的挤压力，通过路基传递给路面，一般开采地表压缩变形的挤压力，通过路基传递给路面，一般情况下公路路面的抗挤压能力很小，在挤压变形作用下，公情况下公路路面的抗挤压能力很小，在挤压变形作用下，公路路面波浪起伏，在这种条件下高速行驶的车辆会腾空，引路路面波浪起伏，在这种条件下高速行驶的车辆会腾空，引发翻车事故，同时在行车的作用下会加速路面的破坏。发翻车事故，同时在行车的作用下会加速路面
30、的破坏。284.地表拉伸变形损害地表拉伸变形损害 纵向水平移动变形会引起钢轨衔接处鱼尾板的断裂、轨缝纵向水平移动变形会引起钢轨衔接处鱼尾板的断裂、轨缝闭合、以及钢轨的纵向弯曲表现为侧向弯曲或向上凸起，严闭合、以及钢轨的纵向弯曲表现为侧向弯曲或向上凸起，严重时会导致轨道脱离路基悬空，引起火车掉道、行车事故。重时会导致轨道脱离路基悬空，引起火车掉道、行车事故。采动地表纵向移动变形会引起公路路基、路面开裂破坏或挤采动地表纵向移动变形会引起公路路基、路面开裂破坏或挤压隆起形成波浪起伏路面。公路路面开裂后，雨水浸入路面压隆起形成波浪起伏路面。公路路面开裂后，雨水浸入路面在热胀冷缩及冻溶作用下，路面更易破
31、坏。在热胀冷缩及冻溶作用下，路面更易破坏。295.开采沉陷引起路基稳定性损害开采沉陷引起路基稳定性损害 采动地表沉陷过程的拉伸、压缩、倾斜变形减小了路基的采动地表沉陷过程的拉伸、压缩、倾斜变形减小了路基的内摩擦力和内聚力，会引起路基承载能力的下降，导致边坡内摩擦力和内聚力，会引起路基承载能力的下降，导致边坡的滑移甚至滑坡灾害发生。的滑移甚至滑坡灾害发生。6.铁路、公路保护等级铁路、公路保护等级 我国在我国在“三下规程三下规程”中规定：一等火车站、高速公路为中规定：一等火车站、高速公路为级保护对象；二等火车站、一级公路为级保护对象；二等火车站、一级公路为级保护物；三、四级保护物；三、四等火车站，
32、为等火车站，为级保护物。国外将国铁、高等级公路列为级保护物。国外将国铁、高等级公路列为保护物，普通公路列为保护物，普通公路列为保护物。保护物。30二、开采沉陷对高压输电线塔、线路、索道、电视转播塔、二、开采沉陷对高压输电线塔、线路、索道、电视转播塔、烟囱等高层烟囱等高层 建（构）筑物的损害建（构）筑物的损害 这些属于点式高层构筑物，由于基础面积小，因而抗拉压这些属于点式高层构筑物，由于基础面积小，因而抗拉压变形能力较强，但是它们对倾斜变形非常敏感。变形能力较强，但是它们对倾斜变形非常敏感。这种高层构这种高层构筑物因倾斜偏心矩的作用，在塔体任意截面内产生自重附加筑物因倾斜偏心矩的作用，在塔体任意
33、截面内产生自重附加弯矩，在弯矩的作用下，可能沿塔体中部某截面发生断裂破弯矩，在弯矩的作用下，可能沿塔体中部某截面发生断裂破坏，同时使得基底承载压力发生变化（图坏，同时使得基底承载压力发生变化（图1-6）。）。这种偏心矩这种偏心矩对基底产生的偏心压力超过了基底的强度时，塔体即可能发对基底产生的偏心压力超过了基底的强度时，塔体即可能发生倾覆破坏或倒塌。生倾覆破坏或倒塌。31图图1-6 塔体倾斜平衡力系的变化塔体倾斜平衡力系的变化1塔体原始状态；塔体原始状态；2塔体倾斜状态；塔体倾斜状态；3地表原始状态地表原始状态4地表沉陷状态；地表沉陷状态；5基础应力状态；基础应力状态；p作用力；作用力；c倾斜角
34、倾斜角32三、开采沉陷对地下管线的损害三、开采沉陷对地下管线的损害 城镇地下管道可分为带压管道城镇地下管道可分为带压管道输油、供水、供气、供输油、供水、供气、供暖等；自流管道暖等；自流管道生活废水、工业废水、雨水排水管道；生活废水、工业废水、雨水排水管道；电缆（通讯）管线三类。这些管（道）线对纵向水平变形和电缆（通讯）管线三类。这些管（道）线对纵向水平变形和局部下沉形成的曲率变形比较敏感。局部下沉形成的曲率变形比较敏感。埋设各类地下管线在通过矿区沉陷区时，都应事先论证，埋设各类地下管线在通过矿区沉陷区时，都应事先论证，根据预计的下沉引起的各种有关的变形值及埋设管线、材料、根据预计的下沉引起的各
35、种有关的变形值及埋设管线、材料、土质类型等论证，其抗变形能力是否超过其允许变形值，若土质类型等论证，其抗变形能力是否超过其允许变形值，若小于则安全，否则应采用特殊措施加以安全保护。小于则安全，否则应采用特殊措施加以安全保护。33第四节第四节 开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的工业广场设施及井筒损害工业广场设施及井筒损害一、概述一、概述 随着开采煤层深度的加深和开采煤层层数的增多，井筒与随着开采煤层深度的加深和开采煤层层数的增多，井筒与工业广场煤柱的压煤量也越来越大。井筒煤柱的煤层一般赋工业广场煤柱的压煤量也越来越大。井筒煤柱的煤层一般赋存稳定，开采条件好，开拓开采都十分方
36、便。同时运输距离存稳定，开采条件好，开拓开采都十分方便。同时运输距离短，耗电量少，吨煤成本低能取得较好的经济技术效益。短，耗电量少，吨煤成本低能取得较好的经济技术效益。井筒煤柱开采系指要利用原有的井筒及其它的主生产系统，井筒煤柱开采系指要利用原有的井筒及其它的主生产系统，来回收自身的保护煤柱，因此井筒煤柱的开采涉及井筒、主来回收自身的保护煤柱，因此井筒煤柱的开采涉及井筒、主要生产系统及其工业广场建筑设施三大系统的保护，故具有要生产系统及其工业广场建筑设施三大系统的保护，故具有它的特殊性和复杂性。它的特殊性和复杂性。34第四节第四节 开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的开采井筒煤柱不均匀沉陷导致的工业广
37、场设施及井筒损害工业广场设施及井筒损害二、井筒煤柱开采对井筒本身的损害二、井筒煤柱开采对井筒本身的损害 井筒煤柱开采可分为正常地质条件和特殊地质条件下两种井筒煤柱开采可分为正常地质条件和特殊地质条件下两种情况。所谓正常地质条件，系指没有较大的断层切割井筒和情况。所谓正常地质条件，系指没有较大的断层切割井筒和开采煤层；特殊地质条件，系指有较大的断层或明显的软弱开采煤层；特殊地质条件，系指有较大的断层或明显的软弱层穿过井筒。层穿过井筒。井筒煤柱的开采对井筒的损害主要表现在以下井筒煤柱的开采对井筒的损害主要表现在以下几个方面：几个方面：35图图1-7 1-7 井筒将发生偏斜变形井筒将发生偏斜变形1.
38、立井的偏斜变形立井的偏斜变形 立井偏斜变形，主要受开采立井偏斜变形，主要受开采煤层产状、覆岩性质和开采方煤层产状、覆岩性质和开采方法影响。例如，急倾斜煤层立法影响。例如，急倾斜煤层立井保护煤柱开采时，位于开采井保护煤柱开采时，位于开采煤层底板内的井筒，不论采用煤层底板内的井筒，不论采用什么样的开采技术措施，总是什么样的开采技术措施，总是要向采空一侧发生偏斜变形要向采空一侧发生偏斜变形（图（图1-7），这是由煤层产状决），这是由煤层产状决定的。定的。36图图1-8 1-8 井筒将产生错动损坏井筒将产生错动损坏1 1地表；地表；2 2断层断层2.井筒的错动井筒的错动 在特殊地质条件下开在特殊地质条
39、件下开采立井井筒保护煤柱时，采立井井筒保护煤柱时，由于采动的影响，岩体由于采动的影响，岩体沿断层破碎带或软弱岩沿断层破碎带或软弱岩层面发生滑动，致使井层面发生滑动，致使井筒产生错动（图筒产生错动（图1-8）。）。37井 壁 类 型岩体竖向压缩允许的变形值（mm/m）整体水泥井壁0.62砖砌井壁0.73钢质连续井壁0.63钢质丘宾筒1.00钢质水泥丘宾筒2.00表表1-4 1-4 常见井壁允许岩体竖向压缩变形值常见井壁允许岩体竖向压缩变形值3.井筒的竖向变形井筒的竖向变形 井筒围岩的竖向变形，使井筒产生竖向拉伸或压缩变形。井筒围岩的竖向变形，使井筒产生竖向拉伸或压缩变形。井筒的拉伸变形，可使井筒
40、的井壁在个别地段断裂，如果井井筒的拉伸变形，可使井筒的井壁在个别地段断裂，如果井筒对防水没有特殊的要求，井壁的断裂一般不会影响生产。筒对防水没有特殊的要求，井壁的断裂一般不会影响生产。井壁的压缩变形，可造成井壁在个别地段的局部塌落，同时井壁的压缩变形，可造成井壁在个别地段的局部塌落，同时造成井筒内罐道的弯曲，影响罐道的使用。井壁允许围岩的造成井筒内罐道的弯曲，影响罐道的使用。井壁允许围岩的压缩变形值与井壁的结构类型有关，表压缩变形值与井壁的结构类型有关，表1-4给出了常用井壁允给出了常用井壁允许的岩体竖向压缩变形值。许的岩体竖向压缩变形值。384.立井水平断面的变形破坏立井水平断面的变形破坏
41、在开采水平及缓倾斜煤层时，井筒的竖向变形是主要危害在开采水平及缓倾斜煤层时，井筒的竖向变形是主要危害指标。但在倾斜和急倾斜煤层开采时，立井水平断面的水平指标。但在倾斜和急倾斜煤层开采时，立井水平断面的水平变形对井壁的破坏起着重要的作用。立井水平断面的变形与变形对井壁的破坏起着重要的作用。立井水平断面的变形与破坏，基本上出现在围岩软弱层通过井壁处。在采动影响下，破坏，基本上出现在围岩软弱层通过井壁处。在采动影响下，围岩处于竖向受压状态，因软弱层抵抗变形的能力较弱，所围岩处于竖向受压状态，因软弱层抵抗变形的能力较弱，所以必然产生较大的横向膨胀或流动，这将使井壁受到径向加以必然产生较大的横向膨胀或流
42、动，这将使井壁受到径向加载，造成井筒横断面的收缩。一般情况下，这种附加水平应载，造成井筒横断面的收缩。一般情况下，这种附加水平应力场是非均匀的。在非均匀附加水平应力场的作用下，井筒力场是非均匀的。在非均匀附加水平应力场的作用下，井筒的横断面收缩将使圆形井筒变为椭圆形。井筒横断面的收缩的横断面收缩将使圆形井筒变为椭圆形。井筒横断面的收缩使井壁破坏、掉块或塌落，同时由于罐道梁的作用，将使罐使井壁破坏、掉块或塌落，同时由于罐道梁的作用，将使罐道弯曲，从而影响提升。道弯曲，从而影响提升。395.立井的弯曲立井的弯曲 若井筒保护煤柱开采顺序选择不当，可能导致井筒产生非若井筒保护煤柱开采顺序选择不当，可能
43、导致井筒产生非均匀倾斜，即井筒沿纵向产生弯曲变形，从而影响矿井提升。均匀倾斜，即井筒沿纵向产生弯曲变形，从而影响矿井提升。立井井筒保护煤柱的开采，引起立井井壁发生各种变形破坏。立井井筒保护煤柱的开采，引起立井井壁发生各种变形破坏。立井井壁的变形破坏主要集中在围岩软弱层通过井壁处，这立井井壁的变形破坏主要集中在围岩软弱层通过井壁处，这已被实践所证实。特别是井筒围岩以坚硬岩层为主，而且在已被实践所证实。特别是井筒围岩以坚硬岩层为主，而且在两层坚硬岩层间有软弱岩层存在时，若井壁处于受压状态，两层坚硬岩层间有软弱岩层存在时，若井壁处于受压状态，井壁通过软弱岩层处，必然发生破坏。井壁通过软弱岩层处，必然
44、发生破坏。40三、工业广场设施及井筒内设施的损害三、工业广场设施及井筒内设施的损害 井筒保护煤柱的开采不但会引起井筒本身的损害，而且会井筒保护煤柱的开采不但会引起井筒本身的损害，而且会引起井口地面生产系统中的设施及井筒内设施的损害。引起井口地面生产系统中的设施及井筒内设施的损害。1.井口设施的损害井口设施的损害 包括井架、扇风机和绞车的损害。包括井架、扇风机和绞车的损害。开采非均匀沉陷还会影响井口的地面装车系统、选煤系统开采非均匀沉陷还会影响井口的地面装车系统、选煤系统等的正常运转。等的正常运转。2.井筒设施的损害井筒设施的损害 “三下采煤三下采煤”规程中对矿区建（构）筑物保护等级划分见规程中
45、对矿区建（构）筑物保护等级划分见表表1-5。41保护等级主 要 建（构）筑 物国务院明令保护的文物和纪念性建筑物；一等火车站，发电厂主厂房，在同一跨度内有两台重型桥式吊车的大型厂房，平炉，水泥厂回转窑，大型选煤厂主厂房等特别重要或特别敏感的、采动后可能导致发生重大生产、伤亡事故的建（构）筑物；铸铁瓦斯管道干线，大、中型矿井主要通风机房，瓦斯抽放站，高速公路，机场跑道，高层住宅楼等。高炉，焦化炉，220KV以上超高压输电线路杆塔，矿区总变电所，立交桥；钢筋混凝土框架结构的工业厂房，设有桥式吊车的工业厂房，铁路煤仓、总机修厂等较重要的大型工业建（构）筑物；办公楼，医院，剧院，学校，百货大楼；二等火
46、车站，长度大于20m的二层楼房和三层以上多层住宅楼；输水管干线和铸铁瓦斯管道支线；架空索道，电视塔及转播站，一级公路等。无吊车设备的砖木结构工业厂房，三、四等火车站，砖木、砖混结构平房或变形缝区段小于20m的两层楼房，村庄砖瓦民房；高压输电线路杆塔，钢瓦斯管道等。农村木结构承重房屋，简易仓库等。表表1-5 1-5 矿区建（构）筑物保护等级划分矿区建（构）筑物保护等级划分42第五节第五节 开采沉陷导致的工程地质损害开采沉陷导致的工程地质损害一、开采沉陷导致的工程地质损害类型一、开采沉陷导致的工程地质损害类型 开采沉陷导致的工程地质灾害主要为：地质构造活化；地开采沉陷导致的工程地质灾害主要为：地质
47、构造活化；地表裂缝、塌陷坑、岩溶塌陷；山体滑坡、崩塌；冲击地压、表裂缝、塌陷坑、岩溶塌陷；山体滑坡、崩塌；冲击地压、矿震、煤与瓦斯突出等灾害。矿震、煤与瓦斯突出等灾害。1.地质构造活化地质构造活化 开采沉陷是矿物开采后，其上覆岩层内部剧烈移动变形传开采沉陷是矿物开采后，其上覆岩层内部剧烈移动变形传递到地表的结果。这种移动变形使开采破坏了岩层内部平衡递到地表的结果。这种移动变形使开采破坏了岩层内部平衡后需要形成新的平衡的过程，同时也会诱发一些地质构造的后需要形成新的平衡的过程，同时也会诱发一些地质构造的活化，导致工程地质灾害发生。开采沉陷导致的地质活化包活化，导致工程地质灾害发生。开采沉陷导致的
48、地质活化包括：断层的活化；古（老）滑坡稳定区甚至古岩溶陷落柱的括：断层的活化；古（老）滑坡稳定区甚至古岩溶陷落柱的活化等。活化等。432.冲击地压、矿震及煤与瓦斯突出冲击地压、矿震及煤与瓦斯突出 煤矿冲击地压是指在一定条件的高地应力作用下，井巷或煤矿冲击地压是指在一定条件的高地应力作用下，井巷或回采工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬间释放而产生破坏回采工作面周围的煤岩体由于弹性能的瞬间释放而产生破坏的矿井动力现象，伴随着巨大的声响，煤岩体被抛向采掘空的矿井动力现象，伴随着巨大的声响，煤岩体被抛向采掘空间和产生巨大气浪等现象。它往往造成采掘空间中支护设备间和产生巨大气浪等现象。它往往造成采掘空间中
49、支护设备的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的的破坏以及采掘空间的变形，严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏，甚至导致地表塌陷而引起局部地震。毁坏，甚至导致地表塌陷而引起局部地震。443.山体滑坡、崩塌、地裂缝山体滑坡、崩塌、地裂缝 矿山开采沉陷引起的滑坡是在山区地表条件下，开采引起矿山开采沉陷引起的滑坡是在山区地表条件下，开采引起沿地层弱面发生大的滑移或具有厚度较大表土层条件下，而沿地层弱面发生大的滑移或具有厚度较大表土层条件下，而导致的山体重力失稳的滑坡灾害。导致的山体重力失稳的滑坡灾害。在特厚黄土覆盖层的冲沟或山区条件下，开采沉陷在地表在特厚黄土覆盖层的冲沟或山区条件下，开采沉陷
50、在地表首先形成裂缝破坏，在雨水侵蚀作用下，裂缝破坏加剧，常首先形成裂缝破坏，在雨水侵蚀作用下，裂缝破坏加剧，常常造成黄土高陡坡失稳形成大的滑坡或崩塌灾害。如：常造成黄土高陡坡失稳形成大的滑坡或崩塌灾害。如：陕西陕西省省耀县梅七铁路线耀县梅七铁路线30km长的地段就有长的地段就有38处发生滑坡；处发生滑坡；韩城韩城矿务局厚煤层放顶煤开采地表滑坡、大裂缝破坏非常严重矿务局厚煤层放顶煤开采地表滑坡、大裂缝破坏非常严重（图（图1-9，图，图1-10）。）。45图图1-9 1-9 开采引起山体滑坡开采引起山体滑坡图图1-10 1-10 开采引起山体切落式大裂缝开采引起山体切落式大裂缝46二、开采沉陷地质
