小窯煤礦采空區(qū)勘察及工程實例

何忠育

摘要：高層建筑的興建和土地的合理規(guī)劃利用，在采空區(qū)修建高層建筑物對采空區(qū)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文就小窯煤礦采空區(qū)的勘察工程實例對采空區(qū)煤礦巖土工程勘察問題進行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：小窯煤礦采空區(qū)；巖土工程勘察；工程實例分析

中圖分類號：U212.22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-88-01

前言

我國煤礦采空區(qū)分布范圍較廣，屬于隱蔽、復雜、地表變形范圍大、容易引發(fā)地質(zhì)災害的不良地質(zhì)場地，采空區(qū)地表的不均勻下沉和水平變形、垮塌等災害給工程建設及運營帶來了較為嚴重的的安全隱患。隨著社會的不斷發(fā)展和我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，尤其是高層建筑的興建和土地的合理規(guī)劃利用，在采空區(qū)修建高層建筑物對采空區(qū)的穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文就小窯煤礦采空區(qū)的勘察工程實例對采空區(qū)煤礦巖土工程勘察問題進行了分析和探討。

1.小窯采空區(qū)工程地質(zhì)勘察

煤礦小窯開采特點：小煤礦投資小，急功近利，采煤沒有規(guī)律，哪兒有煤朝哪兒采，哪兒煤好朝哪兒采。小煤礦采煤方法落后，因開采設備落后，基本上采用巷道式、房柱式采煤；采空區(qū)也是巷道或倉房，尤其是生產(chǎn)過程中不注意匯集各種資料，導致井下情況不明，小煤礦采空區(qū)塌陷規(guī)律也很難尋。

小窯采空區(qū)巖土工程勘察應采用搜集資料、調(diào)查訪問，地質(zhì)測繪、物探和鉆探等綜合勘察手段，了解開采歷史、開采方式、開采能力等，分析區(qū)域地質(zhì)資料和水文地質(zhì)條件，初步確定開采層位，圈定采空范圍和采空程度，以物探為先導，指導鉆探驗證采空范圍。

2.工程實例分析

2.1項目概況介紹

該項目位于山西省晉城市澤州縣，該項目主體為2棟高層建筑，建筑層數(shù)均為18F。該場區(qū)內(nèi)及周邊存有煤礦采空區(qū)，有關(guān)采空區(qū)的大小與現(xiàn)狀還不清楚，現(xiàn)需要進行采空區(qū)巖土工程勘察。

2.2采空區(qū)勘察工作概述

（1）調(diào)查情況。勘察區(qū)內(nèi)9號煤層位于太原組地層中下部，煤層厚度在區(qū)內(nèi)約1.5m，煤層厚度及層位比較穩(wěn)定，煤層頂板為石灰?guī)r，底板為泥質(zhì)砂巖。

調(diào)查主要走訪了附近小煤礦原礦上工作人員，基本屬于私挖亂采的情況，當時并沒有形成文字資料。場地內(nèi)9號煤層開采時間為1990-2000年，開采方式主要為巷柱式開采，巷道寬度約2.0m。局部存在房柱式開采，開采工作面寬度最大達到8m。巷道及采區(qū)支護主要為臨時支護，采煤完成后，任其自由垮落。其開采屬于無規(guī)律開采，沒有較好的開挖計劃，故在開采過程中出現(xiàn)過兩個煤礦的巷道打通現(xiàn)象，產(chǎn)生了重復開采，甚至交叉開采了其它煤礦保安煤柱的現(xiàn)象。

（2）物探勘查。本次工作按9#煤層開采影響范圍結(jié)合地形特點布設剖面，按規(guī)范從西南角起，測線由西向東由南向北增大，

瞬變電磁法剖面線共7條，剖面總長520m，基本點距l(xiāng)Om，瞬變電磁測點56個，另完成質(zhì)量檢查點3個物理點。

高密度電法剖面共布置5條，剖面總長725m，點距5m，完成測點145個，另完成質(zhì)量檢查點8個物理點。

地震映像法剖面共布置10條，剖面長53-85m，偏移距2m，道間距1m，剖面間距10-15m。

（3）鉆探驗證。鉆孔根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范，布置勘察孔13個，鉆探總進尺829.0米。對不同巖體進行取樣并進行室內(nèi)試驗共計53件。均布置在物探勘查劃定異常區(qū)域內(nèi)，均穿透9#煤層。勘察區(qū)內(nèi)9#煤層采厚1.5～1.8m，平均1.64m，開采深度為37.8m～41.8m，采深采厚比為23.6～26.1，平均為24.9，屬于淺層采空區(qū)，煤層傾角約5度～6度，小于15度，接近水平。煤層頂板為石灰?guī)r，底板為泥質(zhì)砂巖，野外鉆探中8個鉆孔均在9號煤層層位附近出現(xiàn)間斷掉鉆或卡鉆，并有大漏水現(xiàn)象，鉆探提取物為破碎狀砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、煤泥、煤渣，且存在吸風現(xiàn)象，判斷該地段為9號煤層開采后煤層頂板塌陷，使得上部巖體垮落。剩余5個鉆孔均存在大量漏水現(xiàn)象，判定為受采空區(qū)影響，為采空影響區(qū)。發(fā)現(xiàn)煤層頂板塌陷的鉆孔占發(fā)現(xiàn)9號煤層采空鉆孔總數(shù)約2/3。9#煤層上覆巖層中泥巖巖芯采取率約40%、砂巖巖芯采取率在65%-80%之間、石灰?guī)r巖芯采取率在60%-70%之間。采空區(qū)頂板局部冒落，采空區(qū)上部巖層裂隙較為發(fā)育，采空區(qū)充水。垮落帶高度約5.0～6.0米，斷裂帶高度約11.5～21.0米，由于受9號煤層地表變形的影響，該帶可認為直接發(fā)育至地表。

（4）礦井停采時間約15年，地表變形基本結(jié)束，屬于殘余移動期采空區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料，目前場地內(nèi)9#煤采空區(qū)引起的地表移動和變形在空間上和時間上是不連續(xù)的，地表移動和變形沒有嚴格的規(guī)律性，地表主要表現(xiàn)為裂縫，該采空區(qū)引起的地表變形屬于非充分開采條件下非連續(xù)的地表變形。經(jīng)計算評價，9#煤層剩余下沉值為535mm，大于容許值400mm，剩余曲率值為2.25mm，大于容許值0.2mm；最大剩余傾斜值28.2mm/m，大于容許值10.0mm/m；最大剩余水平變形值10.7mm/m，大于容許值6.0mm/m，由此判斷9#號煤層采空區(qū)不穩(wěn)定。

（5）勘察結(jié)果表明：煤層深厚比（H/m）值均小于30，地表移動變形值超過容許值，說明采空區(qū)處于充填狀或半充填狀態(tài)，采空區(qū)地表變形還未結(jié)束。9#煤層采空區(qū)剩余變形量足以引起地面塌陷，直接影響著建筑物的質(zhì)量和安全，必須對采空區(qū)進行治理。

3.結(jié)束語

通過資料搜集、調(diào)查、物探、鉆探等手段綜合勘察，基本查明了采空區(qū)影響范圍及規(guī)模，取得了較好的效果，能滿足采空區(qū)治理施工圖設計的要求，

采空區(qū)擬建建筑物的處理措施包括采空區(qū)治理、地基基礎處理與設計及建筑物的建筑、結(jié)構(gòu)設計。該場地對應的地下采空區(qū)尚未完全、充分垮落，為確保擬建建筑物的功能可靠、結(jié)構(gòu)安全，建議應對采空區(qū)進行注漿治理。