压煤村庄就地重建技术应用
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摘要：大屯矿区地处华东平原，土地资源少，村庄密集，地表潜水位高，建筑物下压煤开采问题已成为制约煤矿企业发展的主要瓶颈，而在该矿区村庄搬迁开采是解放建筑物下煤炭资源的重要途径。为节约土地资源、解决搬迁村庄选址难问题，在采煤沉陷区研究及应用了抗采动变形技术，采取预垫高地基建抗变形结构楼房的方法，对压煤村庄实施就地重建，取得了较好的经济效益、社会效益及环境效益。
关键词：采煤沉陷区；压煤村庄搬迁；抗采动变形技术；就地重建技术；高潜水位矿区
中图分类号：TU712
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）29-0030-04
大屯矿区地处华东平原，土地资源少，村庄密集，地表潜水位高，村庄压煤量占矿区可利用储量区约30%，达2.47亿吨。随着矿井生产的不断发展，可正常开采的煤炭资源日趋减少，村庄压煤问题非常突出，已成为制约煤矿企业发展的主要瓶颈，而高潜水位矿区，村庄搬迁开采是解放建筑物下煤炭资源的主要途径。在大屯矿区实施压煤村庄搬迁，首先遇到的是压煤村庄异地搬迁选址非常困难，研究利用采煤沉陷区作为搬迁新址，应用抗采动变形技术对压煤村庄实施就地重建，可以解决这一难题。为实现高潜水位地区大型户群二层楼房下安全开采，进一步探索抗变形技术在抗变形结构楼房群中的应用，针对大屯矿区某矿西辅采区地质采矿条件，结合地下开采对地面建筑物的影响及本地区土地资源少的实际情况，充分利用老村址作为建筑场址，采用矸石预垫高地基就地建抗变形结构楼房的方法，对张庙、后三里两个压煤村庄实施就地重建。村庄搬迁后，既解决了建筑物下压煤开采问题，延长了矿井服务年限，又改善了村民居住条件，提高农民生活质量，实现了矿地共赢。
1 采区压煤概况
2 压煤村庄就地重建方案设计
对于土地资源较少、煤炭储量并不丰富的大屯矿区，若部分开采则煤炭资源回收率低，降低矿井的服务年限；若充填开采，则基本建设投资高，生产工艺复杂，生产成本高，在我国村庄下采煤尚无应用；若采用覆岩离层充填减沉技术，从目前国内应用情况看，还不能解决村庄下的采煤问题。而在高潜水位的采煤沉陷区，煤矸石回填造地用作建筑场址，既可改善矿区环境，又符合国家土地复垦政策，同时我国抗变形建筑技术的应用已日趋成熟。就地重建搬迁压煤村庄，解决了村庄搬迁选址难的问题，村民不远离故土，方便生产生活，易被村民所接受，也促进了社会主义新农村建设。因此，采用煤矸石回填预垫高地基建抗变形房屋，实施压煤村庄就地搬迁，是解决村庄下压煤问题的重要技术途径之一。
根据上述村庄下采煤技术途径分析，针对西辅采区的地质采矿条件、地下开采对村庄地表和建筑物的影响以及张庙、后三里村房屋等实际情况，表明在张庙、后三里两个村庄下采煤时，不能采取开采方法、岩层控制技术、建筑物保护技术的途径与方法进行村庄下开采。鉴于张庙村位于采区中央，采取异地搬迁重建，后三里村位于采区西边部，采取抗变形技术实施就地重建，因两个自然村庄同隶属于一个居委会，规划两村合并成一个新村，新村全部建成二层抗变形结构楼房，平面呈庭院行列式布置。
3 建筑场址选择
选择新村址是村庄搬迁的关键工作，既要合理地采出煤炭资源，又要考虑新村址的地面标高、排水条件、交通情况、环境质量以及农民生产生活方便程度等因素。采用就地重建的技术进行村庄下采煤时，新村址应选择在采区开采产生的地表移动与变形较小的区域，以满足房屋抗变形技术的要求。高潜水位地区，以地表下沉指标为特征值，选在预计下沉值小于1.5m的区域，防止矸石地基长期经受水体侵蚀，而降低地基稳定性。根据采区开采沉陷预计下沉等值线图，在采区边部地表最大下沉值小于1.5m的区域，避开地表变形较大区域，划出满足张庙、后三里两新村建设使用的区域约330亩，为使新村规划整齐，实际新址占地300亩，其中利用后三里老村址240亩，耕地60亩。
当西辅采区全部开采后，在新村址范围内，动态最大变形值为：地表下沉wmax=1450mm，倾斜变形ìmax=10mm/m，水平变形大部分为εmax=10mm/m，局部达到εmax=12.0mm/m，达到《“三下”采煤规程》规定的Ⅲ～Ⅳ级损坏等级。从整个新村址受开采影响程度来看，有70%的区域仅受到建筑物Ⅰ级损坏的地表变形影响，20%的区域将受到建筑物Ⅱ～Ⅲ级损坏的地表变形影响，10%将受到建筑物Ⅵ级损坏的地表变形影响。整体上新村址受到的地表变形影响不大，采用抗变形技术新建二层楼房，从目前国内抗变形技术水平及其应用效果上看，可以保证建筑物不受开采影响的破坏，满足建筑物使用和功能方面的要求。
4 就地重建技术应用
4.1 煤矸石地基回填技术
根据房屋抗变形技术要求，利用矿井废弃物煤矸石作为回填材料，实施新村址回填。
4.1.1 回填前，对回填场地原地表进行推平、碾压，碾压次数不少于2遍。当地表土壤含水量较大时，铺设一层粒径为100～150mm、厚度为200～300mm的矸石压实。
4.1.2 回填矸石粒径级配均匀，最大粒径不大于200mm，否则应予破碎，含水率控制在7%～10%，矸石粒径较大时，含水量为较低值，矸石粒径较小时，含水量为较高值。当矸石含水率低于7%时，压实时适当洒水。
4.1.3 一般采用前进式回填方法进行回填，分层覆矸，分层压实；每层覆矸厚度（碾压前）300～500mm，每层碾压不少于4遍，最终用水准仪实测同一点相邻两次碾压的高差值小于5mm。
4.1.4 用不小于14t液压振动压路机进行碾压，采用“慢驶、多次、重叠”的方法，碾压方向从两边逐渐压向中间，碾轮每次重叠宽度100～200mm，行驶速度不大于2～3km/h。
4.1.5 两相邻施工段间的接茬处，先填完者做放坡处理，放坡坡度不大于30°，且接茬处碾压遍数不少于6遍。
4.1.6 特殊地表处理，遇有较大的土墙块，先进行破碎，适当洒水后再推平碾压；无水坑塘，先用推土机将坑边推成较缓顺坡，坡度不大于30°；有积水坑塘，经排水、清淤后，边坡修成台阶状，每台阶高300～500mm，宽1000～1500mm，然后自坑底分层回填，每层填厚不大于500mm，分层压实至原地表标高后，再大面积回填矸石。
4.1.7 矸石地基承载力试验，选择压实强度较强、中等和较弱的三个特征测点进行静载测试，要求较弱点能够满足设计要求。后三里新址地基测试结果：3个测点的承载能力均达到200kN/m2以上，满足设计承载力150kN/m2的设计要求。
4.2 新村房屋平面布置
根据抗变形结构房屋设计要求，结合社会主义新农村建设与小城镇规划建设，进行后三里新村
规划。
4.2.2 主街道2条，一条南接煤泥路，位于新村西侧，另一条位于新村中部，南北走向，道路红线宽均为12m；次街道4条，东西走向，其中10m宽2条（位于新村南部集中住户区），8m宽2条；每排民房门前道路宽6.5m；新村道路宽
4～6m。
4.3 变形区域划分
4.3.2 房屋变形等级划分，房屋基础坐落在一级变形区内，该房屋为Ⅰ级抗变形设计，房屋基础坐落在二级变形区内，该房屋为Ⅱ级抗变形设计，以此类推，共4个等级；房屋基础坐落在两个级别的变形区之间，按高一等级变形区域设计房屋抗变形等级，以保证房屋的安全性。如房屋基础坐落在一至二级变形区，按二级抗变形等级设计。
4.4 施工质量控制
4.4.1 为确保新村抗变形结构楼房施工质量满足设计要求，建设方委托工程建设监理，对后三里新村房屋建设进行工程监理。一户一档，记录该栋房屋自开始至竣工全过程的建筑施工情况，严格控制每一道工序施工质量。
4.4.2 根据新村房屋建筑施工以住户为单位、各自为战的特点，对竣工房屋分批分期进行竣工验收，一栋或多栋房屋竣工、经施工单位自行评定后，向监理单位提交工程竣工验收申请。监理单位根据该栋房屋的建筑档案，组织有关单位人员按《建筑工程质量标准验收规范》和抗变形设计要求进行联合验收，签署验收记录。
4.5 采煤沉陷后新村房屋状况
后三里新村落成后，大屯矿区某矿西辅采区按常规布置开采工作面，正常开采了6个工作面，受开采影响的后三里新村，抗变形楼房仅按地表变形规律产生10～100mm的整体水平移动，楼房主体未因采煤影响而受损，在抗变形楼房附近预留的一些原有砖木结构平房，受到开采影响已严重破坏。新村内受开采影响较大区域的道路，出现了不同程度的裂缝，裂缝走向遇到房屋时，绕过基础到相邻两栋楼房变形缝处延伸，说明抗变形技术在楼房建筑群中的应用是成功的。
5 结语
在大屯矿区利用矸石回填建筑物场地，采用抗变形技术建二层楼房的方法实施村庄就地重建，技术可行，经济合理。应用该技术，不仅可以解决迁村选址难的问题，安全搬迁压煤村庄，充分开采矿井煤炭资源，提高矿井服务年限，而且村庄搬迁后，改变了农村环境，改善了农民住房条件；同时利用废弃矸石做新村址回填材料，搬走煤矿矸石山，节约了矸石山占地，减少了矿山污染，改善了矿区环境，取得了显著的经济效益、环境效益和社会效益，该项技术在高潜水位矿区具有较好的应用前景。
参考文献
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作者简介：殷锦屏（1973-），女，江苏姜堰人，大屯煤电集团有限责任公司龙东煤矿地区科工程师，研究方向：采煤沉陷区综合治理。