小窯煤礦采空區勘察及工程實例

何忠育

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

關鍵詞：小窯煤礦采空區；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

我國煤礦采空區分布范圍較廣，屬于隱蔽、復雜、地表變形范圍大、容易引發地質災害的不良地質場地，采空區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。隨著社會的不斷發展和我國建筑業的快速發展，尤其是高層建筑的興建和土地的合理規劃利用，在采空區修建高層建筑物對采空區的穩定性提出了更高的要求。本文就小窯煤礦采空區的勘察工程實例對采空區煤礦巖土工程勘察問題進行了分析和探討。

1.小窯采空區工程地質勘察

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；采空區也是巷道或倉房，尤其是生產過程中不注意匯集各種資料，導致井下情況不明，小煤礦采空區塌陷規律也很難尋。

小窯采空區巖土工程勘察應采用搜集資料、調查訪問，地質測繪、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，分析區域地質資料和水文地質條件，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，建筑層數均為18F。該場區內及周邊存有煤礦采空區，有關采空區的大小與現狀還不清楚，現需要進行采空區巖土工程勘察。

2.2采空區勘察工作概述

（1）調查情況。勘察區內9號煤層位于太原組地層中下部，煤層厚度在區內約1.5m，煤層厚度及層位比較穩定，煤層頂板為石灰巖，底板為泥質砂巖。

調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。其開采屬于無規律開采，沒有較好的開挖計劃，故在開采過程中出現過兩個煤礦的巷道打通現象，產生了重復開采，甚至交叉開采了其它煤礦保安煤柱的現象。

（2）物探勘查。本次工作按9#煤層開采影響范圍結合地形特點布設剖面，按規范從西南角起，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lOm，瞬變電磁測點56個，另完成質量檢查點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。鉆孔根據國家有關規范，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試驗共計53件。均布置在物探勘查劃定異常區域內，均穿透9#煤層。勘察區內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，煤層傾角約5度～6度，小于15度，接近水平。煤層頂板為石灰巖，底板為泥質砂巖，野外鉆探中8個鉆孔均在9號煤層層位附近出現間斷掉鉆或卡鉆，并有大漏水現象，鉆探提取物為破碎狀砂質泥巖、石灰巖、煤泥、煤渣，且存在吸風現象，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象，判定為受采空區影響，為采空影響區。發現煤層頂板塌陷的鉆孔占發現9號煤層采空鉆孔總數約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、石灰巖巖芯采取率在60%-70%之間。采空區頂板局部冒落，采空區上部巖層裂隙較為發育，采空區充水。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，該帶可認為直接發育至地表。

（4）礦井停采時間約15年，地表變形基本結束，屬于殘余移動期采空區，根據現場調查資料，目前場地內9#煤采空區引起的地表移動和變形在空間上和時間上是不連續的，地表移動和變形沒有嚴格的規律性，地表主要表現為裂縫，該采空區引起的地表變形屬于非充分開采條件下非連續的地表變形。經計算評價，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#號煤層采空區不穩定。

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

3.結束語

通過資料搜集、調查、物探、鉆探等手段綜合勘察，基本查明了采空區影響范圍及規模，取得了較好的效果，能滿足采空區治理施工圖設計的要求，

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