貴溪市采空塌陷對建設項目的危險性分析

■楊玉瓊呂超

（1贛中南地質礦產勘查研究院江西南昌330029；2云南省昆明市嵩明縣嵩明縣委組織部云南昆明650000）

貴溪市采空塌陷對建設項目的危險性分析

■楊玉瓊1呂超2

（1贛中南地質礦產勘查研究院江西南昌330029；2云南省昆明市嵩明縣嵩明縣委組織部云南昆明650000）

地面塌陷是地質災害的一種，具有發生突然、地點隱蔽的特點。本文介紹了貴溪市貴塘公路改擴建項目涉及羅塘石膏礦采空區，已產生5處采空區。本文對已發生的4處采空塌陷進行分析，并分析采空塌陷對擬改擴建公路的危險性，得出結論后提出意見建議。

采空區 地質災害 地面塌陷 危險性評價

1　工程概況

采空塌陷是指由于地下挖掘形成空間，造成上部巖土層在自重作用下失穩而引起的地面塌陷現象。貴溪貴塘公路擬改擴建項目于K6+500～K9+500路段通過羅塘石膏礦開采區，礦體賦存于白堊系上統贛州組(K2g)地層中，地層走向310～315°，傾向40～60°，傾角10～18°，巖性為紫紅色厚層狀鈣質粉砂巖、泥質粉砂巖、灰色含鈣石膏泥巖或灰色薄層狀石膏泥巖，底部為紫紅色厚層狀礫巖、砂礫巖，含礫粗砂巖。現已探明石膏礦層22個(其中4、7、11、18、20號為主礦層)，石膏礦體賦存標高+30—～130m，走向北西，傾向北東，傾角14°，走向長200～4300 m，傾向延深100～500m，最大厚度3.22 m，平均厚度2.43 m。

該礦區后期設置4個采礦權，均在開采，并產生采空區5處。各礦山采礦方式全為地下開采，采礦方法為房柱法(大部分礦房及港道基本穩定，但頂板存在緩慢冒落現象。地表無大規模切坡，井下采礦廢石量少且多已作場地填土用，采出礦石直接外銷，無明顯水土流失現象，未發現崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象，但近年發生多次采空塌陷現象。

表1　地面塌陷危險性現狀評估一覽表

2　采空塌陷特征及形成機理

2013年5月以來，在雷溪鄉桂嶺村、灣上村、樓梯村至今共發生4處地面塌陷。分述如下：

對于地面塌陷的成因分析有以下幾點：

①采礦形成了巨大的地下采空區。

②圍巖工程地質條件較差，巖石遇水后易膨脹，脫水后易碎裂。飽和抗壓強度平均值12.6～14.8MPa，屬軟質巖類，拱部無支護時可產生坍塌，爆破震動過大也易坍塌。

③地下水的作用。發生塌陷的礦山在閉坑（停產）后地下采空區均已不同程度進水，使圍巖和保安礦柱都處于飽水狀態，巖石層理發育，巖石浸水后表面開始出現細短裂紋，隨著時間延長，裂紋長度增大。礦柱和頂板泡水后有崩解的可能。

④采礦活動的影響。爆破地震波和沖擊波作用，使圍巖造成一定的損傷，在頂板和保安礦柱上形成一定的裂隙。

進入2015年以后，雷溪鄉石膏礦采空區地面塌陷趨緩，近一年來未發生大的地面變形，只是在桂嶺組北端貴塘公路兩側一帶發生過一些地面變形。

3　危險性分析

擬改建公路于穿過羅塘石膏礦開采區。各采區移動盆地中心部位以垂向下沉為主，而盆地邊緣及外緣裂隙拉伸帶則以傾斜位移和水平位移變形為主。因此，須對公路沿線各礦山開采區地面塌陷易發性及其對擬改建公路的影響進行預測評估。

礦區范圍內擬改建公路兩側地面標高在37.0～44.4m之間，松散層厚度5～10m，礦山開采標高均在～15m以下，礦山開采范圍內礦體埋深一般在60～80m之間，礦體最大厚度3.22m，平均厚度2.43m。采空區頂板為泥質粉砂巖，因此確定移動參數：沿礦體傾向方向移動角為5 0°，沿礦體走向移動角為55°，依據各礦山采礦證范圍、開采標高、開采對象和礦體走向儲量圈定端部邊界位置，利用勘探線剖面預測出區內各礦山開采后的移動盆地范圍，長 5400m，寬800～1800m，面積為7.42km2。移動盆地邊界平面形態詳見下圖。

按采空區高度2.51m，松散層厚度按8m計算，羅塘石膏礦開采～15m標高以下礦體形成的采空區冒落帶高度為6.78m，導水裂隙帶高度為23.64m，但移動盆地范圍內地表最大變形值大大超過國家規程允許變形值 (地表最大下沉值為1.757m，最大傾斜值為46.46mm/m，最大曲率為1.867mm/m2，最大水平位移為614. 95mm，最大水平變形為24.72mm/m)。擬改建公路沿線各礦山開采礦體地質特征、采深、圍巖工程地質特征、采礦方法等與羅塘石膏礦相類似，其地面變形特征應與羅塘石膏礦大致相似，本次評估對位于擬改建公路下方的二水石膏礦0線開采7號、8號礦體產生的地面變形量、冒落帶、導水裂隙帶高度進行驗算，以確定其對擬改建公路的影響。

①取7號、8號礦體平均厚度為∑M為1.23m(7號為1.16m,8號為1.30m),采深H為80m，移動角β取50°，水平移動系數(b) 取0.35，下沉系數q取0.70計算地面變形量：

走向主斷面上采空區邊界主要影響半徑

最大下沉值

最大傾斜值

最大曲率

最大水平變形值

垮落帶高度(Hm)

裂隙帶高度(H1i)

防水安全巖柱保護層厚度(Hb)=5A=5 x 1.23=6.15m

式中：A——采空區高度(取7號、8號礦體平均厚度1.23m)

由以上驗算結果預計各礦山采空區形成的冒落帶與裂隙帶一般不會發展到擬改建公路地表和松散層底部，其地面塌陷易發性為少發，但各采空區形成移動盆地范圍內地表變形值將大大超過有關規程地面允許變形值，采空區地面變形對擬改建公路安全有嚴重影響。

實際上，由于礦山企業未完全按照開采設計進行開采或礦柱浸水后強度大幅降低，采空區頂板整體下沉，下沉深度達1.5m甚至更深。

圖1　改建工程雷溪段地面塌陷采空地面塌陷預測評估圖

4　結論

對通過石膏礦開采區的部分路段，預測的移動盆地范圍地表最大變形值大大超過國家規程允許變形值，設計時應加強本段公路的勘察，根據勘察結果制定科學的防治方案：改線、灌漿充填或對路基采取合適的加強措施，灌漿填充范圍應不小于公路及其兩側各30m以下的采空區。

對雷溪鄉石膏礦采空區以上的路段，需作適宜性專項評價，建議改線或進行專門的勘察、設計、施工，確保公路的安全。

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F287.6[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～473～2

楊玉瓊（1990～），女，碩士，助理工程師。