煤礦采空區勘察與地基穩定性評估技術

■康杰 朱濤

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院云南昆明650000）

煤礦采空區勘察與地基穩定性評估技術

■康杰 朱濤

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院云南昆明650000）

近年來我國在礦區工業領域的開發力度不斷加大，礦區范圍內建設用地的情況也越來越嚴峻，這種情況下煤礦采空區的合理應用顯得非常重要。基于此，文章結合筆者多年來的實際工作經驗，從煤礦采空區勘察和地基穩定性評估兩方面展開了分析和研究，希望本文的分析可以為同行業人士的研究提供一些參考與借鑒。

煤礦采空區 勘察 地基穩定性 評估

隨著近年來我國社會經濟的快速發展，礦區工業的開發力度不斷加大，縱觀當前我國煤礦產業的發展情況，采空區面積巨大，其應用前景非常廣闊，據相關資料研究，當前我國71個原國家統配煤礦踩空沉陷區面積為4027.4km2，其他統配礦和地方礦踩空沉陷區面積合計有4000km2。我國在80年代開始對煤礦采空區利用情況進行研究，取得了很多成果，但是當前始終沒有形成技術規范，尤其是對于老采空區，存在失穩破壞的潛在危險。因此，在保證地面工程的基礎上，應對煤礦采空區進行合理應用。下面讓我們一同針對煤礦采空區勘察與地基穩定性評估技術展開分析，相信一定可以為大家帶來一些啟示。

1 煤礦采空區勘察

進行采空區勘察的目的在于明確采空區的平面分布情況，并對采空區及其覆巖現狀進行觀測與分析，為地基穩定性評估提供有效依據。煤礦采空區勘察工作不僅需要對地質采礦資料進行收集，同時還要對鉆探、物探及彩色鉆孔電視等多種手段進行有效利用。

1.1 物探勘察

物探方法有很多種，例如瞬變電磁法，這種方法屬于時間域電磁測探法，充分利用階躍波形電磁脈沖，向地下發射一次場，在一次場間歇之間，對由地下介質產生的感應二次場進行測量，隨著時間的變化達到尋找地質目標體，高密度電法是一種新型的陳列勘探方法，主要以靜電場理論為依據，對目標體電性差異進行探測，是一種集電測和電剖面于一體的勘探方法。在選擇物探方法時，應結合采空區的埋深及相關干擾因素進行最終確定，如果采空區并埋深比較大，可以選擇E11-4，如果勘察區存在高壓電線干擾，可以選擇高密度電法，或者在開始物探之前展開分辨率對比試驗，最終對物探方法進行確定。

1.2 鉆探勘察

鉆探應在物探基礎上進行，其目的在于查清采空區的大小及具體分布情況，利用鉆探巖樣力學試驗，對采空區覆巖力學強度進行測試。在鉆探過程中要求第四系層段應利用泥漿進行沖洗，基巖層應利用清水進行沖洗，還要將不返水鉆孔深度進行記錄。

1.3 彩色鉆孔電視觀測

彩色鉆孔電視觀測的主要目的是確定煤礦采空區覆巖破壞的具體情況，該系統主要包括控制器、探頭及電纜等多部分，結合沖洗液漏失量，對“兩帶”發育高度進行觀測，以提升準確度。該系統可以攝取360°的全孔壁圖像。

2 地基穩定性評估

采煤沉陷區地基和一般建筑物地基相比，不僅要受到地表建筑荷載的影響，同時還要受到下方覆巖破壞帶的影響，如果有較大外力傳遞到裂縫帶巖土層，其地表可能會出現較大突變，對建筑物地基整體穩定性造成影響。所以，有必要對煤礦采空區覆巖破壞帶的高度、建筑物荷載等方面的空間位置關系進行分析。

2.1 裂縫待高度計算

沉陷區覆巖中存在裂縫帶、垮落帶及彎曲帶，這些巖塊之間存在較大空洞，裂縫待中巖層可能會出現離層、破裂等問題，彎曲帶碳層會整體連續下沉。裂縫帶與垮落帶都是不連續變形破壞，其抗剪強度和抗壓強度明顯比原始巖體的強度低。如果建筑物荷載傳遞到了垮落帶和裂縫帶，勢必會使建筑物的不均勻沉降加大，嚴重時甚至會出現建筑物斷裂的問題。因此有必要對裂縫帶和垮落帶高度進行計算。

式中，M表示煤層綜合采厚，m、a、b都是和覆巖性質相關的系數。

2.2 荷載影響深度計算

荷載影響深度需要結合建筑物荷載產生的附加應力以及和地基自重應力之間的關系進行確定。通常情況下，如果地基中附加應力和相應位置上自重應力的20%相等時，這時可以忽略不計該位置上構筑物荷載產生的影響，因為地基屬于破裂巖體沉陷區上方地基，這時可以將20%提升到5%～10%。

地基中附加應力的計算過程比較復雜，通?？梢岳脧椥岳碚撏茖С鼍唧w的方法。作用在地基上的荷載通常很少會有集中力形式，都是將基礎分部在一定面積上。如果基礎底面為規則矩形，那么應該按照疊加原理積分的方式來求解，這樣就可以得到地基中附加應力分布。

按照建筑物設計情況、地質條件可以計算出附加荷載影響深度。通常覆巖裂縫帶的高度和荷載影響深度之間的關系有以下幾方面：第一，荷載影響深度和覆巖裂縫帶高度之間有安全距離，這時附加荷載不會對裂縫帶的穩定性造成影響；第二，荷載影響深度如果與裂縫帶頂部相接觸，這時即處于臨界狀態中；第三，荷載影響深度到了裂縫帶頂部，這時附加荷載將會對裂縫帶的穩定性造成影響，同時建筑物也會受到不均勻沉降的影響，這種情況下需要采取相應措施對地基進行處理。

3 結語

綜上所述，我國土地越來越珍貴，礦區建設用地也日趨緊張，這種情況下合理應用踩空沉陷區土地，是當前這方面發展的一個主要趨勢。因為煤礦采空區地基存在一定的特殊性，要想保證建筑物的安全性與可靠性，必須充分重視煤礦采空區的勘查以及地基穩定性評估等工作，此外，還要加強對治理方案的編制，充分重視施工質量管理與控制，還要注意對治理效果進行詳細的檢查。煤礦采空區中的建筑物，按照其使用要求與重要性，應該注意選擇有針對性的抗變形措施。

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X752[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-233-2