井田采區范圍內房屋裂縫影響調查淺析

宋麗君

(山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011)

地質調查工作是個系統工程，煤礦采區附近，造成房屋墻體裂縫、地面塌陷的因素是多方面的，應綜合分析，采用多種調查手段結合，文中所列的勘查實例是通過地面調查、周邊水井調查、井下測量手段等，經室內整理分析、理論計算后得出較為科學的結論，以解決煤礦與廠區、村民的矛盾，服務社會。

1 工程概況及調查方法內容

1.1 工區概況

山西天地王坡煤業有限公司（以下簡稱王坡煤業）井田橫跨晉城市澤州縣下村鎮和沁水縣樊莊鄉，井田北部有山西武神山泉水有限公司（以下簡稱山泉水業），位于下村鎮裴莊村西北約360m，廠房占地面積約1000m2，見圖1。因廠區懷疑墻體裂縫是由于煤礦開采影響造成的，為此進行調查工作。

調查區屬構造剝蝕中低山區，溝谷發育，切割較破碎，地形坡度多為10°～20°，地勢為東北部高，西南部低，最高點位于東部山梁上，海拔1253.07m，最低點位于西南部溝谷內，海拔962.42m。

村級公路東西向貫穿調查區，山泉水業廠房位于裴莊村西北359.05m村級公路旁，山泉水業出水點位于廠房南部，村級公路南溝谷下，為下降泉，出水層為二疊系上石盒子組中細粒砂巖裂隙含水層。王坡煤業3215工作面位于調查區東部，沿北偏東向展布，距離西部裴莊村500.41m。山泉水業廠房距離3215工作面859.46m。

1.2 調查內容及調查思路

本次針對山泉水業廠房開裂與王坡煤業3215工作面回采產生地面裂縫是否存在關系，進行了實地調查、實地測量，主要包括以下幾個方面：

（1）實地調查了3215工作面北部地裂縫分布發育特征，裴莊村民居房體開裂分布及發育特征，裴莊村民井水位變化調查；

（2）山泉水業廠房房體開裂實地調查及測量；

（3）對王坡煤業井巷系統進行定測，校驗井巷坐標系統；

（4）通過實地調查及測量工作，整理分析3215工作面回采產生地裂縫分布特征及范圍；

（5）整理分析山泉水業廠房房體開裂特征；

（6）理論計算3215工作面回采產生地裂縫分布范圍；

（7）綜合分析比對，廠房開裂是否與3215工作面回采存在關系。本次技術路線圖見圖2。

圖2 本次調查工作技術路線

2 調查工作分析

2.1 煤礦3215工作面北部地裂縫實地調查及測量

本次實地調查于3215工作面北部兩側共計調查地裂縫11條，延伸方向北偏東向，延伸長度2.5～20m不等（大部分地裂縫被村民耕地時填埋，無法追蹤），地裂縫性質多為拉張性，局部處于工作面采空上方為擠壓性質，均處于發展中。

2.2 裴莊村民居房體開裂實地調查及測量

此次對全村進行了調查，共發現5戶民居房體開裂，調查結果如下：

（1）開裂房屋一（KL1）位于裴莊村東部，村級公路北，僅見房體東面墻體垂向開裂，其余墻面未見開裂，裂縫寬3～6cm，開裂時間不詳（房屋無人?。迩f路面未見明顯開裂。

（2）開裂房屋二（KL2）位于裴莊村東部，村級公路北10m左右，戶主侯君社，建房時間2006年，2013～2014年出現開裂，東屋、南屋及北屋均出現墻體開裂，房屋南側墻體見明顯開裂，房屋北面墻體未見明顯開裂，墻體未見明顯變形，地面見明顯裂縫，裂縫寬度0.1～0.5cm，延伸長度10m，延伸方向北偏東向。

（3）開裂房屋三（KL3）位于裴莊村東部，村級公路北28m，戶主侯江同，建房時間1995年，2013年出現開裂，南屋、北屋出現墻體開裂，墻體未見明顯變形，地面見明顯裂縫，裂縫寬度0.1～0.5cm，延伸長度15m，延伸方向北偏東向。

（4）開裂房屋四（KL4）位于裴莊村東部，村級公路南80m，戶主侯廣茂，建房時間2011年，2014年出現開裂，西屋墻角出現開裂，地面未見明顯裂縫，裂縫寬度0.2～0.5cm。

（5）開裂房屋五（KL5）位于裴莊村東部，村級公路南30m，戶主侯旭正，地面發現裂縫，裂縫寬度0.1cm。

從上述調查可以發現，裴莊村內地裂縫（房體開裂）延伸方向基本為北偏東向，分布于村莊東側，并未向西部發展。

2.3 水井調查

調查水井位于裴莊村東部，村級公路南60m左右，坐標X：3953408，Y：653101，建于1982年，石砌，井徑0.8m，井深18m，水位埋深10m，井口標高+1097m，含水層時代為第四系中上更新統粉砂土、粉砂，水位隨季節變化，雨季時水位埋深9～10m，旱季時水位埋深17.6～17.7m，跟往年同期水位相比，水井水位未見明顯下降。

2.4 山泉水業廠房墻體開裂調查

山泉水業廠房建筑面積約1000m2，坐北朝南而建。其中廠房北墻與東墻出現明顯開裂，其余墻面未出現開裂，墻面開裂呈剪切開裂形態，裂縫寬度0.1～0.5cm，墻體出現明顯變形，北墻向北外側變形，東墻向西內側變形，地面未見明顯連通裂縫。

3 測量

3.1 井下測量

采用井下測量對山西天地王坡煤業有限公司按15″級要求施測井下導線，并對武神飲用水廠以及地質災害點進行了測量。

礦區周邊有礦方近井點 S（E級GPS)、S1（E級GPS)、G1（7″級導線點)、G2（7″級導線點)上述點位標志完整，保存完好。其成果為1954北京坐標系，3°帶投影，中央子午線為114°，1956黃海高程系。在上述G1、G2兩個地面控制點的基礎上使用全站儀采用測距導線法沿副斜井、集中輔運大巷到3215回采工作面運輸順槽繞道內積水點；再沿集中輔運大巷到3215回采工作面回風順槽繞道口按15″級要求施測導線。

3.2 水廠與地質災害點測量

在上述4個控制點的基礎上，使用靈銳S86T雙頻雙星RTK GPS接收機（3臺/套）使用動態測量模式，數據鏈選用自設基準站電臺，進行地形測繪。

在控制點的基礎上進行地形點、地質災害點測繪。地形測繪以地物的特征點逐點進行測量，外業繪制草圖，標注地物等特征點點號及其走勢。

地質災害點的數據采集工作在相關人員的帶領下，測繪作業人員依據災害點的形狀逐點進行了測繪，并繪制外業草圖，標注點號。在控制點G2、G1的基礎上用Excel計算得到導線點成果。經檢查無誤后，運用ZH?MAP3.0數字化成果軟件將井下實測巷道、地物的特征點、地質災害點標繪于圖上，明確其相對位置關系。

本次測量共施測15″級導線3.8km、武神飲用水廠、地質災害點43個。經內業計算機成圖，與王坡煤業井下巷道系統吻合。

4 理論計算

我國習慣上采用邊界角確定開采沉陷邊界；用移動角確定有害影響邊界；用裂縫角確定沉陷區的地表裂縫邊界（邊界角、移動較及裂縫角示意圖如圖3所示）。這些確定開采沉陷不同影響范圍的角度參數主要與覆巖性質、開采方法和開采程度有關。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》中主要礦區實測的比較完整的地表移動資料，本礦3215工作面沿煤層走向布設，計算采用走向移動角δ 67°及走向裂縫角參數δ″78°，松散表土層移動角采用45°，厚度取20m。

圖3 邊界角、移動角及裂縫角示意圖

選取工作面順槽A、B、C、D、E、F六個點，分別予以計算六點有害影響邊界S1及地表裂縫邊界寬度S2（公式見下文），連線圈出有害影響邊界與地表裂縫邊界，具體見表1。

4.1 計算公式

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》，理論計算公式：

式中：S1——有害影響邊界寬度，m；

S2——地表裂縫邊界寬度，m；

S——留取的圍護帶寬度，m；

h1——巖層厚度，m；

h2——黃土層厚度，m；

δ——巖層走向移動角，（°）；

δ″——巖層走向裂縫角，（°）；

ψ——黃土層移動角，（°）。

4.2 參數選取

（1）村莊房屋屬于Ⅲ級保護對象，圍護帶寬度（S）取10m；

（2）黃土層覆蓋層（h2）取20m；

（3）松散層移動角（ψ）取45°；

（4）巖層走向移動角（δ）取67°；

（5）巖層走向裂縫叫（δ″）取78°；

（6）巖層厚度（h1）：根據地面點的標高不同，相應點的巖石層厚度也不同，將其劃定范圍內村分段來計算各段相應巖石厚度。

5 對比分析

（1）通過對3215工作面北部地裂縫實地調查發現，村級公路上及兩側發現的地裂縫延伸方向同3215工作面布設方向呈相關性，大部為近南北向，大致為直線形態。

（2）裴莊村民居開裂里KL2、KL3延伸方向呈近南北向，通過調查裴莊村內地裂縫（房體開裂）僅分布在村莊東部，西部并未發現。

（3）通過理論計算，我們得出地表裂縫邊界寬度134.71～160.95m，有害影響邊界寬度239.10～291.50m，也并未發展至村莊西側。

（4）通過對山泉水業廠房開裂實地調查發現，廠房開裂主要呈剪切開裂形態，與房屋墻體變形引起的剪切力有關，且地面也無發現明顯連通裂縫。

（5）通過井下測量，并經內業計算機成圖，與王坡煤業井下巷道系統吻合。

綜合實地調查、理論計算及對比分析，得出山泉水業廠房開裂與王坡煤業回采工作面形成的地裂縫沒有直接關系。

6 結論

本次地質調查工作，通過實地、井下測量等手段，運用理論計算及對比，得出廠房裂縫成因與煤礦開采在現階段無直接影響關系的結論，階段性解決了廠區與煤礦之間矛盾問題，隨著煤礦采掘活動的進行，可能會產生后繼影響，就現有資料收集而言，獲得了比較客觀、真實反映實際的綜合資料解釋圖件，不足之處是對房屋裂縫、地裂縫成因未能查明其原因，進行對地下巷道的實測、其邊界基于理論計算分析，建議今后工作中可針對性開展綜合調查、勘查方法的使用，利用物探、鉆探等方法可以有效解決煤礦采區影響等地質任務。

表1 理論計算統計表