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专题部分届毕业设计科研训练

第二部分

采空区地基沉降规律的研究

采空区地基沉降规律的研究

摘要：

随着我国经济的迅猛发展和城市化的快速发展，工业和基础设施建设的数量和范围也在不断的扩大，土地资源显得日益紧缺，煤矿采空区上部常常作为高速路或小区建设用地，但煤矿采空区的沉降机理问题是一类特殊的岩土工程问题，受诸多因素控制和影响。

在工程建设中一般要尽量避开，但矿区采空区往往星罗棋布，工程建设不可避免地要穿越或坐落在采空区，这会给路基、路面及其他桥梁等构筑物的施工带来风险和潜在的危害，然而为了最大化的重新利用采空区土地资源，工程界急待解决采空区的地表变形和稳定性评价难题。

本文主要对采空区的情况、煤矿采空区的地基沉降规律、地基稳定性评价及主要解决措施加以阐述。

关键字：

采空区；地基沉降；沉降规律；稳定性；处理措施；质量控制

煤炭是我国主要能源之一，多年的开采在全国各地形成了很多大范围、大规模的采空区。

随着国民经济的高速发展，土地资源越来越宝贵，同时由于采矿企业生产转型和可持续发展的要求，许多工业与民用建筑工程、交通运输工程需要建设在新、老采空区内。

但是，地表附加荷载导致采空区“活化”或加大、加速变形，从而危害所建工程。

目前，国内外还缺少对此方面的系统理论研究和工程实践。

因此，开展采空区综合治理和工程应用技术的研究显得尤为重要，具有现实意义。

在过去的几十年中，中西部煤炭资源的开发对国民经济的发展做出了巨大贡献，但是同时中西部的一些老能源基地也造成了大范围、大规模采空区。

同时地表出现了裂隙、房屋出现倒塌，造成了很大的负面效应。

现在我国西部大开发和可持续发展战略的实施，许多公路、铁路、厂房等需要建立在或穿越采空区，由于对采空区缺乏深入的理论研究及较少工程实践，工业和民用建筑及交通设施等在附加荷载和运输工具的动荷载影响下采空区在部分地区出现了“活化”，导致地表残余变形过大，影响了正常使用甚至发生了事故。

所以，从降低成本，确保安全的角度出发，使所建工程能够安全、有效的发挥作用，对采空区的稳定性进行深入、系统的研究就显得十分有研究价值。

1煤矿采空区

1.1采空区概念

所谓采空区是指地下固体矿床开采后所留下的空间区域。

当矿体（如煤、金属矿石等）从地下被开采出来后，上部覆岩体失去支撑而导致平衡破坏。

为达到新的平衡，应力进行重分布，在此过程中，采空区上部岩体变形和移动会向上波及地表，地层内部岩石的强度和内聚力也会大大降低，并在地表呈现出塌陷、裂缝和台阶等多种形式的变形，直到上覆岩层整体下沉。

这些地表变形和破坏的区域或范围统称为采空区。

1.2采空区类型

采空区有不同的分类方法，按采煤方法与顶板管理方法，可以分长壁陷落法采空区、短壁陷落法采空区、巷柱或房柱式采空区、条带法或填充法采空区。

所谓长壁陷落法采空区是由长壁大冒顶采煤法形成的采空区；短壁陷落法采空区是由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区；巷柱或房柱式采空区是由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区；条带法或填充法采空区是由条带或填充采煤法形成的采空区。

按采煤深厚分又可分为以下几类：

1.浅层采煤区：

开采深、厚比小于40的采空区；2.中深层采空区：

开采深、厚比大于40，但小于200的采空区；3.深层采空区：

开采深、厚比等于或大于200的采空区。

按煤矿采空区形成和停采的时间分类，可以分为新采空区和旧采空区两种。

所谓新采空区是指现采空的采空区（采煤后放顶或刚放顶的采空区）。

其地表移动、变形尚未发生或正在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。

老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区（或指新采空区以前的采空区），其地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。

1.3采空区概貌

我国金属与非金属矿产分布范围广、储量丰富，其开发、开采的规模也很大。

尤其是煤炭储量和产量，分别居世界第三位和第一位。

煤炭是我国当前的主要能源，据统计，国内一次能源的生产和消费中，煤炭约占四分之三。

预计今后三、五十年里，煤炭作为我国第一能源的地位不会改变。

据调查，我国除上海市外，各省（区）、直辖市都有煤炭资源及其采空区的分布，金属和其他矿床及采空区的分布范围，远远小于煤矿采空区的分布范围。

1.4国内外研究现状及进展

有关采空区问题的研究，国内外主要是在煤炭、冶金、军事和交通等部门进行，如波兰、前苏联、英国和中国等主要产煤国家，从20世纪50年代开始就对“三下”采煤技术（建筑物下、铁路下、水体下）进行了详细研究。

同时，对采空区地表构筑物保护和防治技术也进行了大量试验研究，积累了宝贵的经验。

目前，对采空区关键技术的研究主要集中在以下4个方面：

1.地下采空区的探测技术；2.采空区的稳定性评价技术；3.采空区的治理技术；4.采空区的质量监控技术。

对于采空区的探测，国内外主要是以采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以变形观测、水文试验等。

其中，美国等西方发达国家以物探方法为主，而我国目前以钻探为主，物探为辅。

在美国，采空区等地下空洞探测技术发展比较全面，电法、电磁法、微重力法、地震法等都有很高的水平。

其中，高密度电阻率法、高分辨率地震勘探技术尤为突出，且近年来地震CT技术也迅速发展。

[7]俄罗斯在工程物探技术方面发展也较全面，曾用地震反射法完成了莫斯科100km的地震剖面勘察，成功的圈定了裂缝及岩溶分布范围。

他们常用直流电法和瞬变电磁法勘察采空区，在这方面具有很高的水平。

同时他们在井间电磁波透视、声波透视及射气测量技术方面也发展较快。

日本工程物探技术在国外同行业中处于领先地位，应用最广泛的是地震波法。

此外，电法、电磁法及地球物理测井等方法也应用比较多。

特别是日本VIC公司80年代开发研制的“GR-810”型佐藤式全自动地下勘察机，在采空区、岩溶等空洞探测中效果良好，且后续推出的一系列产品都处于国际领先水平。

近年来，国内在利用地球物理勘探技术查明地下采空区方面作了大量的工作，开发了多种方法，有些技术甚至超过了国际水平。

如瞬态瑞利波法、地质雷达、弹性波CT、超声成像测井等都具有很高的水平。

随着我国物探技术测量精度和信息处理速度的提高，工程物探越来越成为探明地下采空区的有效勘探手段。

对于采空区稳定性分析评价，针对地基开采沉陷及“三下”采煤技术，国内外均进行了大量研究，形成了矿山开采沉陷学等学科。

2煤矿采空区沉降基本规律

2.1采空区上覆岩体移动模式

矿体开采破坏地应力的分布，应力受到扰动而重分配，重分布后形成的应力则称为二次应力或诱导应力。

地下空间的开采必然使围岩应力场和变形场重新分布并引发围岩和覆岩损伤，严重时导致失稳、垮塌和破坏直到新平衡，发生岩移现象。

地下开采后形成的巷道、采空区数量大，形状复杂，因此岩层移动过程和岩体破坏形式复杂多样。

下面简单描述采动岩体移动的基本形式：

（1）上覆岩层的弯曲是岩层移动的主要形式，当地下矿体被采出后覆岩中的各个分层，从直接顶开始，沿法线方向，依次向采空区方向弯曲。

在整个弯曲范围内，岩层可能出现数量不多的微小裂缝，基本上保持连续性和层状结构。

当采空区跨度较大时，弯曲的岩层可能产生破断、跨落。

（2）矿体上方岩石垮落由于矿体被开采，在自重作用下，岩体内部应力超过岩石的破坏极限，部分岩石就会脱离，破碎成大小不一的岩块。

（3）上覆岩层的裂隙是指在采空区不大时或在跨落岩石堆积到一定程度时，其上方的岩层只产生断裂和离层而不跨落。

（4）矿体被挤出矿体采出后，采空区顶板岩层出现悬空，其上覆压力转移到周围矿柱上，形成高应力区，周围矿体在附加应力的作用下，一部分矿体被压碎，并挤向采空区，导致片帮现象。

（5）岩石岩层面滑移在倾斜岩层条件下，岩石自重力方向与岩层的层理面斜交.由于采空区下部应力释放，在重力作用下岩石将沿层理方向移动，随着岩石倾角的逐渐增大，岩石岩层节理面的滑移越明显，其结果将导致采空区上山方向的部分岩层受拉，甚至被剪断，而下山方向部分岩层被压缩。

（6）跨落岩石的下滑矿层采出后，采空区被岩块填充。

如果矿层倾角较大，上部跨落的岩石下滑充填采空区。

跨落岩石下滑后，其上部岩石失去支撑而跨落，造成跨落和裂隙向上发展。

如果岩层倾角很大，开采边界距地表越近，跨落就可能发展直到地表，形成抽冒现象。

（7）底板隆起如果开采矿层底板岩石很软且倾角较大，在矿体被开采后，底板在侧压力作用下向采空区方向隆起，形成底板岩石移动。

在有地下水时，地板可能破裂。

2.2采空区上覆岩体空间破坏特征

在大面积全部、跨落法管理顶班条件下，覆岩破坏呈现出明显的分区域特点采空区范围较小而采深较大时，采空区上覆岩体的移动可能并不会波及地表。

而当采空区范围较大而采深较小时，其上覆岩体的移动将会波及到地表，并引起地表下沉，下沉所涉及的整个范围称为下沉盆地。

在矿区称为塌陷区，当开采空间跨度足够大，即使完整坚硬的顶板，会因强度超过极限而垮塌、冒落。

实际上多数岩体都含有各类地质弱面将岩体切割成一系列弱联接的嵌合体或各式各样的组合体，这种岩块体在围岩应力与自重共同作用下，当矿体被采空后，在紧靠采空区的块体被暴露以后，临空块体就发生移动，满足失稳的力学和几何条件的块体先行垮落，并将这种过程传递给相邻的岩块体，随之垮落相继发生，顶板岩块的移动逐渐发展，破裂区逐渐扩大。

同时，垮落岩体发生一定程度的碎胀和剪胀，当碎胀和剪胀的体积之和等于采出空间时，垮落终止。

垮落终止后岩体的应力状态逐渐恢复平衡。

在此过程中，上覆岩层因下方采动而产生的移动、变形从性质上可以分为垮落带、断裂带、弯曲带。

垮落带是指用全部垮落法管理顶班时，回采工作面放顶后引起煤层顶板岩层产生垮落破坏区段。

其高度主要取决于采出厚度和上覆岩石的碎胀系数，通常为采出厚度的3-5倍。

断裂带又称为裂隙带，位于垮落带之上。

主要由岩层离层及相对滑移而生成，与冒落带没有明显的界限。

在采空区上覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍然保持层状结构的那部分岩层及所属范围，称为断裂带。

其断裂裂缝形式具有垂直或接近垂直的规律性。

岩层断裂带和冒落带没有明显的界限，合称为透水裂隙带，在靠近冒落带的岩层，断裂。

弯曲带位于断裂带之上直到地表。

在垂直剖面图上，其上下各部分的沉降差异很小，一般不会出现离层现象.岩层在自重力的作用下产生层面法向弯曲在水平方向处于双向受压缩状态，而且其沉陷过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝，贯通性很差。

其弯曲带的高度主要受开采深度影响。

以上划分的三个岩层移动带，在水平和缓倾斜煤层开采时较明显。

三带的划分是为了研究方便，实际上覆岩的破坏是连续的，它们之间存在着一定的过渡高度。

2.3采空区地表的变形特征

当地下开采影响到大地表以后，在采空区上方地表将形成一个凹陷盆地，或称为地表移动盆地。

一般来说，地表移动盆地的范围要比采空区面积大很多形状近似椭圆形。

在矿层平缓和充分采动情况下，发育完全的地表移动盆地可分为三个区域，中间区位于采空区正上方，其地表下沉均匀，地面平坦，一般不出现裂缝，地表沉降值最大。

内边缘区位于采空区内侧上方，其地表下沉不均匀，地面向盆地中心倾斜，呈凹形，一般不出现明显的裂缝。

外边缘区位于采空区外侧矿层上方，其地表下沉不均匀，地面向盆地中心倾斜，称凸形，常有张裂缝出现。

地表移动盆地的外边界，常以地表下沉10mm为标准来圈定。

图2.1地表移动盆地

3采动影响与建（构）筑物破坏关系

3.1地表移动与变形

煤层开采后，采空区上覆岩层产生垮落带、断裂带、弯曲带，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图3.1。

描述地表移动盆地内移动和变形的指标是下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等。

下沉盆地内任一点的地表移动过程可分为三个阶段：

初始期、活跃期和衰退期。

一般规定衰退期从活跃期结束时开始，到六个月内下沉值不超过30mm为止。

在按照规程规定的“移动稳定”后，实际上地表还有少量残余下沉量，这个残余下沉量将持续相当长一段时间，与开采深度、覆岩性质、顶板管理方法等有关。

在老采空区上方新建建（构）筑物时，应根据开采结束时间，估计残余下沉的影响。

图3.1地表移动盆地示意图

3.2地表移动与变形对建（构）筑物的影响

地下开采引起的地表移动和变形，对座落在影响范围内的建（构）筑物将产生影响，这种影响一般是由地表通过建（构）筑物的基础传到建（构）筑物上部结构的。

在不同的地表变形及大小作用下，对建（构）筑物将产生不同的影响果。

（1）地表下沉和水平移动对建（构）筑物的影响地表大面积、平缓、均匀的下沉和水平移动，一般对建（构）筑物影响很小，不致引起建（构）筑物破坏，故不作为衡量建（构）筑物破坏的指标。

如建（构）筑物位于盆地的平底部分，最终将呈现出整体移动，建（构）筑物各部件不产生附加应力，仍可保持原来的形态。

但当下沉值很大时，有时也会带来严重的后果，特别是在地下水位很高的情况下，地表沉陷后盆地积水，使建（构）筑物淹没在水中，即使其不受损害也无法使用。

非均匀的下沉和水平移动，对工农业和交通线路等有不利影响。

（2）地表倾斜对建（构）筑物的影响移动盆地内非均匀下沉引起的地表倾斜，会使位于其范围内的建（构）筑物歪斜，特别是对底面积很小而高度很大的建（构）筑物，如水塔、烟囱、高压线铁塔等，影响较严重。

倾斜会使公路、铁路、管道、地面上下水系统等的坡度遭到破坏，从而影响它们的正常工作状态。

倾斜变形还使设备偏斜，磨损加大或不能正常运转。

（3）地表曲率变形对建（构）筑物的影响曲率变形表示地表倾斜的变化程度。

建（构）筑物位于正曲率（地表上凸）和负曲率（地表下凹）的不同部位，其受力状态和破坏特征也不相同。

前者是建（构）筑物中间受力大，两端受力小，甚至处于悬空状态，产生破坏时，其裂缝形状为倒八字，后者是中间部位受力小，两端处于支撑状态，其破坏特征为正八字形裂缝。

曲率变形引起的建（构）筑物上附加应力的大小，与地表曲率半径、土壤物理力学性质和建（构）筑物特征有关。

一般是随曲率半径的增大，作用在建（构）筑物上的附加应力减小；随建（构）筑物长度的增大、底面积增大，建（构）筑物产生的破坏也加大。

（4）地表水平变形对建（构）筑物的影响地表水平变形是引起建（构）筑物破坏的重要因素。

特别是砖木结构的建（构）筑物，抗拉伸变形的能力很小，所以它在受到拉伸变形后，往往是先在建（构）筑物的薄弱部位（如门窗上方）出现裂缝，有时地表尚未出现明显裂缝，而在建（构）筑物墙上却出现了裂缝，破坏严重时可能使建（构）筑物倒塌。

拉伸变形能把管道和电缆拉断，使钢轨轨缝加大。

压缩变形则能使建（构）筑物墙壁挤碎、地板鼓起，出现剪切或挤压裂缝，使门窗变形、开关不灵等。

水平变形对建（构）筑物的影响程度与地表变形值的大小，建（构）筑物的长度、平面形状、结构、建筑材料、建造质量、建筑基础特点，建（构）筑物和采空区的相对位置等因素有关。

其中地表变形值的大小及其分布，又受开采深度、开采厚度、开采方法、顶板管理方法、采动程度、岩性、水文地质条件、地质构造等因素的影响。

地表水平变形对甲醇厂的设备影响很大。

由于独立设备基础面积较小，刚度较大，水平变形对其影响不大，但对具有两个或两个以上相互独立基础的设备危害很大，水平变形能使其两个独立基础之间的距离拉长或缩短，从而使设备不能正常运转，甲醇厂的大多数建（构）筑物都是由两个或两个以上独立基础支撑的，因此，水平变形对甲醇厂设备影响很大。

3.3建（构）筑物破坏与地表变形的关系

地表变形使建（构）筑物的基础及其结构产生附加应力，从而使建（构）筑物遭受到某种程度的损害。

建（构）筑物受开采影响的损害程度取决于地表变形值的大小和建（构）筑物本身抵抗采动变形的能力。

对于长度或变形缝区段内长度小于20m的砖混结构建（构）筑物，其损坏等级划分见表3.1。

其它结构类型的建（构）筑物参照表3.1的规定执行。

表3.1砖混结构建筑物损坏等级

损坏

等级

建筑物损坏程度

地表变形值

损坏

分类

处理

方式

水平变形

ε（mm/m）

曲率

k（10-3/m）

倾斜

（mm/m）

Ⅰ

自然间砖墙上出现宽度1～2mm的裂缝

≤2.0

≤0.2

≤3.0

极轻微损坏

不修

自然间砖墙上出现宽度小于4mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于10mm

轻微损坏

简单

维修

Ⅱ

自然间砖墙上出现宽度小于15mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于30mm，钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/3截面高度；梁端抽出小于20mm；砖柱上出现水平裂缝，缝长大于1/2截面边长；门窗略有歪斜

≤4.0

≤0.4

≤6.0

轻度损坏

小修

Ⅲ

自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于50mm，钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/2截面高度；梁端抽出小于50mm；砖柱上出现小于5mm的水平错动；门窗严重变形

≤6.0

≤0.6

≤10.0

中度损坏

中修

续表3.1

Ⅳ

自然间砖墙上出现宽度大于30mm的裂缝；多条裂缝总宽度大于50mm；梁端抽出小于60mm；砖柱出现小于25mm的水平错动

＞6.0

＞0.6

＞10.0

严重损坏

大修

自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝，以及严重外鼓、歪斜；钢筋混凝土梁、柱裂缝沿截面贯通；梁端抽出大于60mm；砖柱出现大于25mm的水平错动；有倒塌危险

极度严重损坏

拆建

3.4断层对地表移动与变形的影响

断层对地表移动与变形产生影响的原因在于断层带处岩层的力学强度大大地低于周围岩层的力学强度。

由于应力的集中作用，故使该处成为岩层变形集中的有利位置，地下煤层开采后，在上覆岩层发生移动与变形的同时，岩层还沿着断层面发生滑动，于是在断层露头处的地表就出现台阶状的破坏。

同时，由于断层的变形集中作用，也使盆地内移动与变形的正常分布发生改变。

在断层露头处的地表变形加剧，大大地超过了正常值。

位于断层露头两侧附近的地表变形变得缓和，小于正常值。

为此，在建筑物平面布置时，重要建筑物应尽量避开断层露头带。

4地基稳定性分析与评价

4.1采空区地表稳定性

地表移动观测站的现场实测说明地下开采结束以后，经过一定时间，地表不再继续下沉与移动，其变形也不再变化，此时采空地表的开采影响具有稳定状态。

如在此采空地表不进行大规模工程建设，其他外因也未变化，地表将保持这种稳定状态。

但实际上由于多种因素的影响和变化，开采对地表影响还远未最终结束。

地表可能发生少量的移动与变形，如绝大多数部分开采后形成的采空区在开采后很长时间内均属于此类。

未稳定采空地表建房应按采动区建筑方法解决。

事实上，长壁开采后形成的采空区，在开采后若干年甚至数十年，地表会一直发生少量残余沉降，但残余沉降小到一定程度，对新建建筑不会产生明显影响时，可认为此类地表处于稳定状态。

当拟建建筑物建在稳定采空地表时，其地基稳定性评价只需考虑建筑载荷对采空地表的作用；当拟建建筑物建在非稳定采空地表时，还需同时考虑开采残余沉降的影响。

4.2采空区建筑物地基的稳定性分析

老采空区建筑地基的危害程度及稳定性评价在国内外都属于一个较新的课题。

在老采空区上方修建建筑物的关键问题是对老采空区建筑地基的稳定性评价问题。

目前，我国的相关分析方法有以下三种。

（1）力平衡分析法

图4.1采空区顶板稳定性示意图

如图3所示，矿层采空后其顶板岩块ABCD因重力W的作用而下沉，两边的楔体ABM和CDN也对其施加水平压力P。

因此，在AB和CD两个面上又受到因P的作用而产生的摩阻力f的抵抗。

现取采空段（巷道）单位长度为计算单元，则作用在巷道顶板的压力为:

Q=W-2f

W=BHγ

f=Ptanφ=

γH2（45°-

）

P=

tan2（45°-

）

式中:

Q—巷道单位长度顶板上所受的压力，kN/m；

W—巷道单位长度顶板上所受的总重力，kN/m；

P—楔体ABM和CDN作用在AB和CD面上的主压应力的最大值，kN/m；

f—巷道单位长度侧壁的摩阻力，kN/m；

H—巷道顶板的埋藏深度，m；

B—巷道宽度，m；

φ—岩层的内摩擦角,°；

当建筑物建在采空区上时（设建筑物基底单位压力为P0），根据力平衡分析，有:

Q=W+BP0-2f

即:

Q=W+BP0-2f

=γH[B-Htanφtan2（45°-

）]+BP0

当H增大至某一深度，使顶板岩层恰好保持自然平衡状态（即Q=0），此时的H称为临界深度H0，可得临界深度的计算公式:

H0=

当H

该方法仅适用于埋深较浅、地质条件简单的小煤窑采空区场地。

（2）附加应力法

附加应力法是以建筑物荷载影响深度与采空区冒落裂隙带发育高度是否重叠来确定建筑物层数、判断采空区地基稳定性的方法。

冒落裂隙带发育高度与建筑物荷载影响深度之间存在三种情况，其中建筑物荷载影响深度是由地基产生的附加应力决定，即当地基中附加应力σz=0.1σc（σc为自重应力）时，把此时的深度z作为建筑物荷载影响深度。

1）当建筑物荷载影响深度与冒落裂隙带顶界面之间有一定的距离时，这种情况不会影响冒落裂隙带的稳定性；2）当建筑物荷载影响深度与冒落裂隙带顶界面正好接触时，在这种情况下建筑物荷载为临界荷载；3）当建筑物荷载影响深度进入冒落裂隙带内时，这种情况建筑物荷载会影响冒落裂隙带的稳定性，建筑物会受到较大不均匀沉降的影响。

该方法难以考虑上覆岩层复杂的地质构造条件及冒落裂隙带的后期变化，而且也只能算作一种定性分析方法。

（3）　数值分析法

国外学者在20世纪80年代后期运用有限元和边界元法研究采动覆岩产生垮落的开采条件和垮落高度、覆岩产生离层裂缝的力学条件及离层裂缝的位置和高度等。

20世纪末国内学者康建荣运用相似材料模拟和离散元法研究了采动覆岩离层形成的过程、机理及基本规律，并开发了适用于任意形状、多工作面、多开采线段的开采沉陷预计系统。

这些研究成果为进一步研究老采空区在建筑物荷载作用下的地基稳定性问题奠定了基础。

常江以弹塑性理论为依据，将老采空区地层概化为一个连续介质和碎裂介质的耦合体，运用有限元法分析了不同覆岩组合对采空区建筑地基稳定性的影响。

老采空区建筑地基稳定性的力学分析是一个极其复杂的问题。

它不仅和开采煤层的厚度、倾角、埋深、上覆岩层的岩性、物理力学性质、厚度、赋存状态、场地地形地貌、地质构造、水文地质条件以及煤矿开采方法、开采面积、开采次数、顶板管理方法等地质采矿条件有关，而且也和新建建筑物荷载的大小、位置、基础类型等密切相关。

4.3建筑荷载作用下采空区地基稳定性评价

煤层开采后，上覆岩层形成垮落带、断裂带和弯曲带。

一般来说，垮落带和断裂带的岩体内部结构遭到破坏，而弯曲带的岩层性态改变较小。

在已稳定的采空区地表新建建筑物时，建筑物荷载影响到地表以下一定深度，如果建筑荷载的影响深度足以触及到开采所形成的垮落带、断裂带时，就会破坏其业已平衡状态而重新发生移动，使稳定地表重新沉降；如建筑荷载仅影响断裂带时，残余沉降相对较小；如建筑荷载影响到垮落带时，残余沉降相对要大的多，对建筑物的危害也较大。

垮落带和断裂带的发育高度主要与煤层开采厚度、倾角、开采尺寸、覆岩岩性、顶板管理方法等因素有关，一般情况下，垮落带的发育高度为煤层采厚的3～5倍，断裂带的发育高度为煤层采厚的9～35倍。

建筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生变化，建筑物荷载向地基下的影响深度随高度的增加而增大。

由于建筑物荷载在地基中产生的附加应力随着深度的增加逐渐减小，而地基土层的自重应力随着深度的增加逐渐增大。

对于采空区，当建筑物荷载在地基中产生的附加应力等于相应深度处地基土层的自重应力的10%时，可认为建筑物荷载对该深度处的地层不产生多大影响，该深度即为建筑物荷载影响深度。

建筑物荷载影响深度与建筑物的结构、基础型式、基础埋深、荷载大小等有关，一般浅