某化工基地一期工程項目地質災害勘查

崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

某化工基地一期工程項目地質災害勘查

崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

以某化工基地地質災害勘查為例，依據該勘查區自然地理與工程地質條件，采用地質調查與物探、鉆探相結合的綜合勘查手段，對該場區受溶洞及采空區影響的情況進行了分析探討，并提出了合理的處治方案。

勘查，地質災害，采空區，溶洞

1 勘查工作概況

1.1 勘查歷程

本場區詳勘階段部分鉆孔發現掉鉆現象，為查明掉鉆原因，對掉鉆區域進行了物探勘查工作，根據物探勘查的成果，對物探確定的異常區進行鉆探驗證，現場鉆探的同時，深入國土部門及周邊村莊、礦山進行詳細的調查、訪問本區采礦史。

1.2 勘查目的與任務

通過野外實地調查，收集區域的相關資料及對已有資料的深入分析，采用物探、鉆探等工作，查明該場地受溶洞及采空區影響情況并提出處理方案建議。

1.3 勘查及評判依據

本次采空區(溶洞)勘查工作主要依據以下標準和規范:

1)GB 50021-2001巖土工程勘察規范；2)GB 50007-2005建筑地基基礎設計規范；3)工程物探手冊，2011水利水電版；4)JGJ 87-92建筑工程地質鉆探技術標準；5)SH 3017-1999石油化工生產建筑設計規范；6)工程地質手冊，中國建筑第四版；7)JTG/T D31-03-2011采空區公路設計與施工技術細則。

1.4 勘查工作方法

勘查工作采用地質調查與物探、鉆探相結合的綜合勘查手段，其中地質調查包括區域地質調查、礦井地質調查；物探工作采用瞬變電磁法；鉆探采用取芯鉆探，用以揭示采空、冒落或礦層的深度、厚度和井巷富水情況。

2 勘查區自然地理與工程地質條件

2.1 自然地理條件

勘查區位于太行山脈南端西側、沁水盆地東南緣，地貌類型屬低山丘陵區,地表大面積為黃土層所覆蓋，基巖僅出露于廠區西南部(西寺莊村北側)。廠區內總的地勢為南部高東部低。

本區屬東亞暖溫帶大陸性氣候，一年內四季分明。

2.2 工程地質條件

區域位于太行山脈南端西側、沁水盆地的東南緣，晉(城)～獲(鹿)褶斷帶東側。晉(城)～獲(鹿)褶斷帶為區域性的一條大斷裂，其中南段稱晉(城)～高(平)褶斷帶，呈北北東走向，由一系列褶皺、斷裂組成，影響帶寬度達16 km～20 km，是控制本區地層、地貌、礦產分布的主構造帶。構造卷入地層有奧陶系、石炭系。該斷裂帶在陳溝以南發育于奧陶系中統灰巖中，由一系列強烈擠壓的緊密褶皺群組成，軸部走向NNE15°～35°并伴有同方向的壓扭性斷裂，地貌上組成串珠狀山梁。在陳溝以北為開闊不對稱的褶皺和地塹為主，褶皺呈隱伏狀。

區域內出露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系，上第三系及第四系松散沉積物廣泛覆蓋于上述各時代地層之上。

3 采空區(空洞)調查及特征

3.1 礦井地質與采掘調查

根據礦井地質調查，勘查區內所存在的空洞，可由兩部分組成，第一部分為受向斜構造影響，地下水沿構造富集，致微晶方解石膠結中K5灰巖中巖溶發育，形成較大規模的溶洞(在本項目詳勘查階段，3號鉆孔掉鉆4 m)，第二部分為近年小煤窯采掘9號煤層形成的空洞。

3.2 地表變形調查

勘查區內地表較為平坦，建設用地下伏采空區形成時間已在多年以上，現狀條件下地表未見變形、開裂跡象，未發現地裂縫、地面塌陷。原因可能在于該區為小礦生產，大多采用房柱式開采，回采面積較小，需較長時間才可能波及到地表，但是隨著保護煤柱的風化，采空區頂底板的逐漸破裂等多種內外地質應力的作用下，可能會發生地裂縫、地面塌陷地質災害。溶洞區現亦未見明顯地表變形，由于該區在歷史上未有大的人類活動影響，隨著廠區建設，溶洞頂板必將逐漸破裂，形成地裂縫、地面塌陷等地質災害。

4 物探勘查成果

4.1 物探工作方法

勘查區物探勘查主要采用瞬變電磁法，該方法為近十年發展起來的一種地球物理方法。

在正常情況下，采空塌陷區通常都比正常巖層含有更多的水分，與圍巖之間存在視電阻率差異，在地面上借助人工方法建立的電場，采集不同深度的視電阻率數據，來反映不同深度地質體的地電信息。通過條件試驗獲取已知采空塌陷區視電阻率參數，并以此解釋采空區變化情況。本次電法勘探對象，符合直流電法探測的物性前提。

4.2 物探工作量

根據委托方的要求分別以3號及379號為中心布設40 m×40 m的正方形勘探區，每個勘探區勘探面積1 600 m2，共布置18條測線，點距為3 m，線距為5 m，完成瞬變電磁法測點252個。測線點位采用地質羅盤控制方位，結合皮尺量距布置，每個測點用木樁標記(見圖1)。采用EMRS-3微機電磁勘探儀逐點勘探(見圖2)。

4.3 物探勘查成果

A區9條線均發現明顯的高阻異常，異常區面積約1 275 m2；B區9條測線均發現明顯的高阻異常，異常區面積約673 m2。

5 鉆探驗證及成果

5.1 鉆探方法

鉆探工作是本次勘查工作的重點之一，其目的是對物探圈定的異常體范圍進行驗證。采用清水鉆進，填土層中采用套管護壁，觀察記錄鉆探過程中的漏水情況。

5.2 鉆孔布設與目的

根據最初的物探結果，對物探確認的明顯異常中心和較為模糊的異常邊界部位共計布設了7個鉆孔，詳細查明勘查區內的地基地質結構和特征，進一步掌握采空區的要素。

5.3 鉆探結果

5.3.1 A區鉆探結果分析

A區共布設并施鉆11個鉆孔，最初布設4個孔位于物探范圍之內，孔號為A1～A4，4個鉆孔全部掉鉆，之后在物探區之外布設A5～A11等7個鉆孔，其中A9號孔在灰巖處漏漿，漏漿后再不返水，A10號孔見溶洞充填物，充填物成分為粘土及砂巖、灰巖碎塊，厚度2.5 m，A11號孔掉鉆，全部掉鉆孔中掉鉆落距最大4.0 m(為建材太原地質勘查院原詳勘3號孔)，最小0.5 m(A4號孔)，平均約1.8 m，掉鉆同時伴隨孔內泥漿全部漏失，且孔口存在吸風現象。A10號孔所取溶洞充填物見圖3，A3號孔所取巖芯中溶孔見圖4。

通過以上分析得出A區主要掉鉆區集中在K5灰巖范圍內，確定了該區空洞為溶洞，在晉城地區很少見到如此大的溶洞，A區物探驗證孔結果見表1。

表1 A區物探驗證孔結果一覽表

5.3.2 B區鉆探結果分析

B區共布設11個鉆孔，實際施鉆9個鉆孔，驗證孔的鉆探情況，與物探異常區的性質相一致，由于異常區有向物探區之外延伸的趨勢，在物探范圍之外再次布設了8個驗證孔，作為對采空區邊界的控制。通過本次鉆探驗證使采空區的性質、埋深得以確定，局部邊界得到了確定。同時確定9號煤層厚度接近4.0 m，為可采煤層。B區物探驗證孔結果見表2。

表2 B區物探驗證孔結果一覽表

6 勘查綜合分析與評價

本次勘查成果分析，由于本場地溶洞規模大、埋深淺將溶洞參照采空區特征進行分析。

6.1 勘查綜合分析與結論

通過地質調查、物探、鉆探等三個手段的綜合勘查，按照三個勘查手段得到的結論進行相互反復對比分析與綜合研究，最終依據物探解譯資料，及鉆探成果對空洞區邊界進行了圈定。勘查區內按區域分為A區、B區，首先采用物探確定了物探區的空洞范圍，通過驗證鉆孔確定了空洞的性質、規模。勘查區A區為巖溶空洞。勘查區B區為采煤空洞。

6.2 采空區要素與空洞體體積估算

6.2.1 A區溶洞要素

根據鉆探成果，本勘查區內采空區的要素如下：埋深及標高：地表埋深35.0 m～38.5 m，標高：752.28 m～747.2 m。礦層采厚：0.5 m～4.0 m，平均1.8 m。礦層頂板及特征：砂泥巖，厚度20.5 m～22.0 m。采深采厚比：21.4。空洞率：根據鉆探結果，溶洞掉鉆孔全部吸風，判斷為連續空洞，取值100%。冒落塌陷率：根據地表變形和鉆探揭示，地表未見塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的100%左右。

6.2.2 B區采空區要素

根據鉆探成果，本勘查區內采空區的要素如下：埋深及標高：地表埋深33.7 m～39.0 m，標高：752.3 m～746.7 m。礦層采厚：1.0 m～3.6 m，平均1.9 m。礦層頂板及特征：砂泥巖，厚度16.3 m～17.5 m。采深采厚比：20。回采率：根據調查及鉆探結果，本區9號煤層為小窯破壞區，回采率約40%。冒落塌陷率：根據地表變形和鉆探揭示，地表未見塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的95%左右。

6.2.3 采空區空洞體積估算

采空區剩余空洞體積見表3。

表3 采空區剩余空洞體積一覽表

6.3 采空區(溶洞)處治方案建議

由于該場地地面建筑物為廠區各裝置，為確保建筑物的安全，本報告建議采用全充填注漿法對溶洞及采空區進行治理。

全充填壓力注漿法。在地表施工鉆孔，鉆孔深度達到采空底板，將注漿管密封在煤礦采空區上覆巖層中，采用泥漿泵，將漿液注入采空塌陷區和其上覆的巖層裂隙帶中，漿液的結石體阻止上覆巖層及地表的進一步變形，從而達到治理采空區之目的。

此方案優點是：施工簡單、安全可靠、經濟合理；缺點是：施工周期長，材料用量較大。

Geological disaster survey on the chemical base first-stage engineering project

CUI Yu-cheng

(ShanxiJinchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Jincheng048000,China)

Taking the chemical base geology disaster survey as an example, according to its natural location and engineering geology, the paper applies geology survey and geophysical prospecting and drilling survey methods, and analyzes karst and mined-out area influencing conditions, and finally puts forward rational processing scheme.

survey, geological disaster, mined-out area, karst

1009-6825(2014)30-0103-03

2014-08-14

崔玉成(1972- )，男，工程師

P694

A