本溪小市煤礦采空區建設項目地質災害危險性評估

盧明

摘要：擬于本溪縣建設米高楓葉公寓建設項目本溪小市煤礦采空區上，為確保該工程的安全性、穩定性，有效地防治地質災害，按照《國土資源部關于加強地質災害危險性評估工作的通知》（國土資發[2004]69號文件）、遼寧省國土資源廳《關于加強地質災害危險性評估工作的通知》（遼國土資發2004]198號文件）及遼寧省國土資源廳《關于印發遼寧省建設項目地質災害危險性評估管理辦法的通知》遼國土資發[2007]42號文件等精神，對擬建項目場地進行地質災害危險性評估。

關鍵詞：地質災害；評估；活化

評估區所在區域位于原本溪縣小市煤礦區域，該煤礦原為本溪縣國有煤礦，煤礦開采歷史較長，2003年閉礦停采，停采前處于回采、采殘煤階段。建有主付斜井一對。依據“三帶”理論計算采空區及巷道對地表的影響，對在附加荷載作用下采空區活化做出評價。

1.工程及場地概況

評估區地貌單元為本溪縣丘陵地區，地貌屬剝蝕低丘地貌單元，地勢高程變化較大，自然地面坡度6～8°，地面高差相對在37.80米。地貌條件中等，地形條件中等，地層構造條件簡單，水文地質條件簡單，地質環境條件復雜程度屬復雜類別，評估級別確定為二級，評估區地形條件中等，地貌類型中等。地層巖性主要為二迭系為下統山西組（P11）和下石河組（P12）。所屬大地構造單元為中朝準地臺（Ⅰ）—膠遼臺隆（Ⅰ1）—太子河～渾江臺陷（Ⅰ12）—遼陽～本溪凹陷（Ⅰ12-1）。地下水主要分布于基巖的風化裂隙及構造裂隙中，根據鉆探結果，地下水位埋深8～10m，基巖整體較為完整，局部裂隙較為發育，富水性較差，評估區內水文地質條件簡單。

小市煤礦煤礦原為本溪縣國有煤礦，2003年閉礦停采，停采前處于回采、采殘煤階段。主井井口位于馬皮匠溝南山北側，井口標高為229.56m，井筒方位210°，傾角23～25度，開拓巷道650m。付井井口位于馬皮匠溝南山西側，井口標高為200.79m，井筒方位90°轉140°，傾角23～25度，開拓巷道600m。主付井多處貫通，分10個水平回采殘煤，在標高100米以上全部回采，從10道-140至4道100m間，尚余殘存量不多。

2.公寓建設引發地質災害評估

根據收集的煤礦礦區開采資料以及實地調查鉆孔取芯結果，綜合分析各種已有資料，可以確定評估區內15～18號住宅樓地段處于煤礦開采范圍之內，在標高為130～140m位置存在一近南北方向的平巷，采煤位置也處于這一深度處，煤層傾向139°左右，傾角45°，單煤層厚度不足1m，根據收集的煤礦資料分析，巷道在評估區內距地表深度90m左右。

2.1采空區地基的空間穩定性分析

（1）巷道穩定性驗算

式中：P0——建筑物基底單位壓力（kN/m2），擬建建筑物平面尺寸按50m×12m、建筑物最大荷重60000 kN計算，取100kN/ m2；

B——巷道寬度（m），取值2.0；

——巖層的重度（kN/m3），取值26；

——巖層的內摩擦角（°），取值51.7。

由計算結果分析，臨界深度H0=16.21m，安全深度為24.30m，巷道頂板的埋藏深度H為90m，H>1.5 H0，地基穩定。

（2）采空區活化影響分析

在采空區上興建建筑物，建筑物所帶來的附加應力使地基土中原有的應力狀態發生變化，從而引起采空區“活化”。的安全開采深度H應滿足下列要求：

>

式中： ——采空區冒落帶最大高度；

?——采空區導水裂隙帶高度；

——建筑物荷載影響深度。

a、覆巖破壞高度計算。

依據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》，選取計算公式如下：

式中：∑M——每個煤層的累計采厚，m。

開采平均厚度按2.0m，代入公式計算得Hm =4.8～9.2m，Hli=23.8～35.0m。由計算結果可知，裂隙帶的最高發育高度位于上煤層之上44.2m，即裂隙帶位于地表45.8m之下。根據現場鉆探勘察，場地在50～60m深度內，未發現采空區上部巖層導水裂隙帶，巖層總體較為穩定。

b、建（構）筑物荷載影響深度計算

地基中自重應力用下式計算：

σc=γ1h1+γ2h2+…+γnhn

式中：γ1、γ2、…、γn—為地基中自上而下各層土或巖石的容重，kN/m3；

h1、h2、…、hn—為地基中自上而下各層土或巖石的厚度，m。

第四系表土層厚取1.5m，表土層計算容重取20kN /m3，以下巖層計算容重取26kN /m3。

地基附加應力按下式計算：

σz=k·P0

式中：

k—各種荷載（矩形、方形、條形荷載等）下的豎向附加應力系數（計算時按建筑物中心點下部附加應力，k值為4倍角點下豎向附加應力系數）；

P0—作用于基礎底面平均附加壓力，kN/m2；

P0= P - γ0D

P——建（構）筑物基礎底面處豎向均布荷載，擬建建筑物平面尺寸按50m×12m、建筑物最大荷重60000 kN計算，取100kN/ m2；

γ0——基礎底面標高以上天然土層的容重，γ0=20kN/m3；

D——基礎埋深，取1.5m。

按上述方法計算，建筑物荷載影響深度為22m。

通過上面計算得出：地下采空區的安全開采深度H=Hm + Hli + H影 =50.6～66.2m，評估區內采空區煤層深度在90m左右，建筑物附加應力的影響深度不足以達到導水裂隙帶巖層。通過上述分析，可以認為：在無其他因素的影響下，上部建筑物地基是穩定的，目前工程設計的建筑荷載不會使采空區“活化”。

2.2采空區地表移動時間效應分析

根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》的規定，當無礦區實測資料時，采空區地表移動的延續時間（T）可按下式進行計算：

T=2.5H（d）

試中H——工作面平均采深（m）。

評估區內采空區H≈90m，故T≈225天。故按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》計算出的地表移動延續時間不超過一年，而評估區內實際采煤停止時間已達8年以上，因此，評估區內受采空影響的地表移動期已經結束。

本次評估過程中，在擬建場地布置了7個地表移動變形監測點，經過30天的對比監測，未發現有明顯的沉降變形。

綜合上述分析，目前的工程設計荷載對地基的穩定性影響較小，場地內巷道上部地基穩定，工程設計的建筑荷載也不會使采空區“活化”。因而認為在評估區內的采空區范圍內存在建設工程可能引發采空區地面塌陷的可能性，其發生的可能性小，危險性中等。

2.3建筑物地基不均勻沉降

建筑場地地處山坡部位，自然地面坡度6～8°，地面相對高差在37.80米。場地地表為人工填土或坡積形成的粉質粘土及粉土，第四系厚度變化較大，為0.5～13.5m，巖土層均勻性較差，建筑物基礎采用淺基礎形式，以夯實后的人工填土及粉質粘土作為基礎持力層，因而工程建設存在引發建筑物地基不均勻沉降的可能性，可能性中等，危險性中等。

3.綜合結論分析

本溪小市煤礦采空區工程建設可能引發、加劇的地質災害有：采空區地面塌陷，其發生的可能性小，危險性中等；人工邊坡滑塌，其可能性中等，地質災害危險性中等；建筑物地基不均勻沉降，可能性中等，危險性中等。

參考文獻

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（作者單位：遼寧省第一水文地質工程地質大隊）