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[摘 要]随着我国煤炭工业生产和矿区建设的发展，矿区土地资源破坏和地表建设用地紧张的问题日益突出。根据相关研究表明：煤矿地下开采后的采空区地表移动具有空间性和时间性的特征，空间上，地表移动影响范围有限；时间上，随着时间延伸，岩层裂隙和孔隙逐渐填充，地表移动逐渐趋于稳定。这些特征使得开发利用老采空区上方土地成为可能。
[关键词]稳定性；煤矿；地下开采；建筑物；影响
中图分类号：TH213 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
众所周知，煤矿地下开采在实施的过程中，或多或少均会影响地表建筑物的稳定性，阻碍地表工程项目的施工建设，需要对影响地表建筑物稳定性的因素进行深入的剖析，以便可以在煤矿开采过程中采取具有针对性的措施，本文利用ABAQUS有限元分析软件，建立了煤矿开采过程对地表建筑物稳定性影响的模型，通过模型分析，最终得出了相应的结论，以供业内人士借鉴和参考。
1 煤炭开采过程中影响地表稳定性的因素
在煤炭的开采过程中，受其影响的岩体的大多数岩石变形是随着煤炭开采逐渐发展的。煤炭开采在岩体内产生的位移和应力随着时间发生变化，当时间足够长，位移和应力逐渐趋于某一终值。随着时间流逝和开采的推进，岩体内及地表的影响范围不断扩大。
地下空区类型复杂多变，包括涉及岩溶地下空区、地下采空区、隧道开挖等。采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区，按矿产被开采的时间，可分为老采区、现采区和待采区。煤炭采空区对地表的影响受煤层因素、地质构造因素、煤层周围岩体的岩性因素及开采条件等限制，在对该问题进行处理时时，通常会根据地表移动变形的观测资料、煤炭开采区与地表移动盆地的相对位置等粗略地估算矿层采空区对地表的影响，但不能笼统地定性考虑外部荷载的大小、采空区与场区的空间相对位置、介质的力学性质和构造条件等对地表的影响，如图1、图2。
煤炭采空区的地表可能产生连续性或非连续性变形，其危害主要表现在以下几个方面：采空区的失稳冒落，使地表剧烈的移动变形，产生塌陷、台阶等；采空区地表沉陷，产生连续或非连续变形，由此带来一系列环境岩土工程问题，如道路裂缝、房屋倒塌、耕地减少、平地积水、农田减产等，给矿区的工程项目建设埋下了较大的安全隐患。
岩体结构的复杂性，造成了岩体中发生现象的复杂性，而现象的复杂性又导致了对这些现象进行定性和定量描述的困难。岩体中应力和应变以极为复杂的方式不断变化。
按照薄板弯曲的相关平衡公式，可以把岩层中的各个分层当做是由复合层板组成的，而针对地面到任一岩层，均符合下列公式：
（1）
令为常数，则当岩层发生移动时的微分方程为：
（2）
式中为徽分双调和算子；
W是薄板的挠度（m）；
H是单层薄板的厚度（m）；
是泊松比。
2 利用有限元软件预测煤矿开采对建筑物稳定性的影响
2.1 有限元软件相关概述
有限元分析（FEA）主要针对结构力学分析而兴起的新型计算方法，其最早应用于五十年代的连续体力学领域-飞机结构静、动态特性分析中，随后便在电磁场、求解热传导、流体力学等问题中得到了广泛应用，目前起主要应用在土建、机械、冶金、造船、宇航、核能、地震、水声、力学、物理学等，几乎涵盖了所有科研及工程领域。另外，基于有限元分析（FEA）算法编制的软件被称为有限元分析软件，一般按照软件的适用范围，可将其分为专业有限元软件、大型通用有限元软件。
ABAQUS解决问题的范围，从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。
2.2 地下煤炭开采时影响地表稳定性的结论性分析
2.2.1 影响开采深度及上覆岩层性质
通过应用有限元软件建立相应的模型，综合考虑得出煤矿地下开采对地表建筑物的影响。一，开采深度的影响。在开采深度不断增加的情况下，地表沉降会逐渐递减，并且水平形变的最大值也发生递减，但是下沉盆地的范围有所扩大，同时变得愈加平缓；二，上覆岩层性质的影响。在岩层硬度不断增加的条件下，地表的最大水平向位移与最大竖向位移均明显减少，在复合型的岩层中，下硬上软型的沉降位移要比水平移动的位移有所减少，而且其下沉盆地地形走势较平缓。
2.2.2 地表建筑物出现沉陷
在进行煤矿地下开采的过程中，或多或少均会对地表建筑物的稳定性产生影响，甚至发生建筑物塌陷的严重后果，所以在进行煤矿地下开采时要严格勘查地形，谨慎处理煤矿开采深度与建筑物稳定性的关系。此外，在煤矿开采的过程中引起的地表沉陷曲线，动态地演示了沉陷过程和沉陷区范围变化，随着开采的不断推进，沉陷位移在不断增加，影响范围也在逐渐扩大，最大沉陷位移逐步向开采方向前移，下數值计算结果与现场实践基本吻合，说明ABAQUS是一种可应用于煤矿开采领域的有效的数值模拟分析软件。
2.2.3 地表移动
进行水平煤层开采时，地表移动盆地的主要特点表现在如下几点：地表移动盆地处在采空区的正上方位置，盆地的中心位置（也就是最大下沉点所处的位置）与采空区的中心在同一直线上，同时，盆地的平底部分处在采空区中部的正上方。另外，地表移动盆地的形状与采空区对称，如果采空区的形状为矩形，则移动盆地的平面形状为椭圆形，移动盆地内外边缘区的分界点，大致位于采空区边界的正上方或略偏离。
结束语
总而言之，若对煤矿地下开采过程没有进行有效的管理或控制，那么势必会影响地表建筑物的稳定性，使建筑物发生水平及垂直方向的位移，使建筑物的整体结构受到不同程度的影响，甚至还会造成建筑物的沉陷等严重后果，通过构建影响因素评估模型，有效评判煤矿地下开采对地表建筑物稳定性的实际影响。
参考文献
[1] 夏翔.采動区半刚性门式刚架平面稳定性研究[D].中国矿业大学，2016.
[2] 辛纯涛.采空区场地稳定性研究[D].长安大学，2016.
[3] 韩芳.开采沉陷对地表构筑物的影响分析[D].太原理工大学，2015.
[关键词]稳定性；煤矿；地下开采；建筑物；影响
中图分类号：TH213 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
众所周知，煤矿地下开采在实施的过程中，或多或少均会影响地表建筑物的稳定性，阻碍地表工程项目的施工建设，需要对影响地表建筑物稳定性的因素进行深入的剖析，以便可以在煤矿开采过程中采取具有针对性的措施，本文利用ABAQUS有限元分析软件，建立了煤矿开采过程对地表建筑物稳定性影响的模型，通过模型分析，最终得出了相应的结论，以供业内人士借鉴和参考。
1 煤炭开采过程中影响地表稳定性的因素
在煤炭的开采过程中，受其影响的岩体的大多数岩石变形是随着煤炭开采逐渐发展的。煤炭开采在岩体内产生的位移和应力随着时间发生变化，当时间足够长，位移和应力逐渐趋于某一终值。随着时间流逝和开采的推进，岩体内及地表的影响范围不断扩大。
地下空区类型复杂多变，包括涉及岩溶地下空区、地下采空区、隧道开挖等。采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区，按矿产被开采的时间，可分为老采区、现采区和待采区。煤炭采空区对地表的影响受煤层因素、地质构造因素、煤层周围岩体的岩性因素及开采条件等限制，在对该问题进行处理时时，通常会根据地表移动变形的观测资料、煤炭开采区与地表移动盆地的相对位置等粗略地估算矿层采空区对地表的影响，但不能笼统地定性考虑外部荷载的大小、采空区与场区的空间相对位置、介质的力学性质和构造条件等对地表的影响，如图1、图2。
煤炭采空区的地表可能产生连续性或非连续性变形，其危害主要表现在以下几个方面：采空区的失稳冒落，使地表剧烈的移动变形，产生塌陷、台阶等；采空区地表沉陷，产生连续或非连续变形，由此带来一系列环境岩土工程问题，如道路裂缝、房屋倒塌、耕地减少、平地积水、农田减产等，给矿区的工程项目建设埋下了较大的安全隐患。
岩体结构的复杂性，造成了岩体中发生现象的复杂性，而现象的复杂性又导致了对这些现象进行定性和定量描述的困难。岩体中应力和应变以极为复杂的方式不断变化。
按照薄板弯曲的相关平衡公式，可以把岩层中的各个分层当做是由复合层板组成的，而针对地面到任一岩层，均符合下列公式：
（1）
令为常数，则当岩层发生移动时的微分方程为：
（2）
式中为徽分双调和算子；
W是薄板的挠度（m）；
H是单层薄板的厚度（m）；
是泊松比。
2 利用有限元软件预测煤矿开采对建筑物稳定性的影响
2.1 有限元软件相关概述
有限元分析（FEA）主要针对结构力学分析而兴起的新型计算方法，其最早应用于五十年代的连续体力学领域-飞机结构静、动态特性分析中，随后便在电磁场、求解热传导、流体力学等问题中得到了广泛应用，目前起主要应用在土建、机械、冶金、造船、宇航、核能、地震、水声、力学、物理学等，几乎涵盖了所有科研及工程领域。另外，基于有限元分析（FEA）算法编制的软件被称为有限元分析软件，一般按照软件的适用范围，可将其分为专业有限元软件、大型通用有限元软件。
ABAQUS解决问题的范围，从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。
2.2 地下煤炭开采时影响地表稳定性的结论性分析
2.2.1 影响开采深度及上覆岩层性质
通过应用有限元软件建立相应的模型，综合考虑得出煤矿地下开采对地表建筑物的影响。一，开采深度的影响。在开采深度不断增加的情况下，地表沉降会逐渐递减，并且水平形变的最大值也发生递减，但是下沉盆地的范围有所扩大，同时变得愈加平缓；二，上覆岩层性质的影响。在岩层硬度不断增加的条件下，地表的最大水平向位移与最大竖向位移均明显减少，在复合型的岩层中，下硬上软型的沉降位移要比水平移动的位移有所减少，而且其下沉盆地地形走势较平缓。
2.2.2 地表建筑物出现沉陷
在进行煤矿地下开采的过程中，或多或少均会对地表建筑物的稳定性产生影响，甚至发生建筑物塌陷的严重后果，所以在进行煤矿地下开采时要严格勘查地形，谨慎处理煤矿开采深度与建筑物稳定性的关系。此外，在煤矿开采的过程中引起的地表沉陷曲线，动态地演示了沉陷过程和沉陷区范围变化，随着开采的不断推进，沉陷位移在不断增加，影响范围也在逐渐扩大，最大沉陷位移逐步向开采方向前移，下數值计算结果与现场实践基本吻合，说明ABAQUS是一种可应用于煤矿开采领域的有效的数值模拟分析软件。
2.2.3 地表移动
进行水平煤层开采时，地表移动盆地的主要特点表现在如下几点：地表移动盆地处在采空区的正上方位置，盆地的中心位置（也就是最大下沉点所处的位置）与采空区的中心在同一直线上，同时，盆地的平底部分处在采空区中部的正上方。另外，地表移动盆地的形状与采空区对称，如果采空区的形状为矩形，则移动盆地的平面形状为椭圆形，移动盆地内外边缘区的分界点，大致位于采空区边界的正上方或略偏离。
结束语
总而言之，若对煤矿地下开采过程没有进行有效的管理或控制，那么势必会影响地表建筑物的稳定性，使建筑物发生水平及垂直方向的位移，使建筑物的整体结构受到不同程度的影响，甚至还会造成建筑物的沉陷等严重后果，通过构建影响因素评估模型，有效评判煤矿地下开采对地表建筑物稳定性的实际影响。
参考文献
[1] 夏翔.采動区半刚性门式刚架平面稳定性研究[D].中国矿业大学，2016.
[2] 辛纯涛.采空区场地稳定性研究[D].长安大学，2016.
[3] 韩芳.开采沉陷对地表构筑物的影响分析[D].太原理工大学，2015.