采空區(qū)地質(zhì)勘查與研究

凌爽

摘 要：本文通過對勘查區(qū)采空區(qū)地表移動(dòng)變形范圍、采空區(qū)的預(yù)測下沉變形影響范圍進(jìn)行了精細(xì)的計(jì)算。為查明采空區(qū)地表變形規(guī)律，分析采空區(qū)發(fā)展程度及后期穩(wěn)沉評價(jià)等提供了必要的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠通過計(jì)算監(jiān)測采空區(qū)變形規(guī)律，為以后各項(xiàng)工作開展提供預(yù)警及防治措施。

關(guān)鍵詞：采空區(qū);地質(zhì)災(zāi)害;采空區(qū)監(jiān)測;防治措施

1、項(xiàng)目背景：

該項(xiàng)目是國家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)、保障國家戰(zhàn)略安全、精準(zhǔn)扶貧革命老區(qū)于一體的內(nèi)蒙古自治區(qū)政府大力推進(jìn)的國家級(jí)重大項(xiàng)目。由于2017年2月，在產(chǎn)業(yè)園區(qū)南部出現(xiàn)三條大小不等的地裂縫，通過初步調(diào)查核實(shí)，該裂縫疑似地下采空區(qū)所形成，如發(fā)生大面積地面塌陷，對建設(shè)項(xiàng)目的總體布置將產(chǎn)生重大影響。為盡快查清和妥善治理該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患，本次勘查工作收集了勘查范圍及附近的區(qū)域地質(zhì)，礦山地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)及氣象水文資料;同時(shí)開展調(diào)查訪問工作，調(diào)查了勘查區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境特征;調(diào)查訪問了勘查區(qū)內(nèi)地裂縫地質(zhì)災(zāi)害的分布、特征、發(fā)生時(shí)間、發(fā)展情況。

為了基本查明壓覆礦區(qū)采空區(qū)范圍及采空區(qū)頂板物理力學(xué)性質(zhì)，了解地下采空區(qū)的空間分布、采空區(qū)頂板冒落帶分布、采空區(qū)充填物質(zhì)及充填程度，在勘查區(qū)進(jìn)行了物探和鉆探工作，根據(jù)勘查成果的綜合分析，基本查明了勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的分布、形狀、大小等，基本查明了勘查區(qū)各巖土物理力學(xué)性質(zhì)。同時(shí)對巖土樣品進(jìn)行了測試，并且最終根據(jù)地質(zhì)、水文、物探、鉆探、巖石力學(xué)等綜合成果評價(jià)該工作區(qū)內(nèi)采空區(qū)的危險(xiǎn)性分區(qū)分級(jí)。

2、工程布置

2.1物探

通過實(shí)驗(yàn)表明，采用高密度電阻率法可以對煤礦采空區(qū)進(jìn)行科學(xué)、有效、準(zhǔn)確的探測。

高密度電阻率法勘測結(jié)果表明，該地區(qū)采空區(qū)多為充水采空區(qū)，表現(xiàn)為低阻異常特征【1】，因此后期工作區(qū)解譯時(shí)，測量結(jié)果中高阻中包圍低阻異常結(jié)合該處實(shí)際地質(zhì)特征，可以作為圈定采空區(qū)的異常判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2工程地質(zhì)

鉆孔的布置主要根據(jù)高密度電法解譯成果，對勘查區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)進(jìn)行鉆探工作。依據(jù)重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)考慮的原則，鉆孔主要布置在勘查區(qū)東部哈日諾爾蘇木板房處的地裂縫地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)域和勘查區(qū)西部興通煤礦現(xiàn)有采空區(qū)北部物探探測異常峰值位置。依據(jù)實(shí)際情況，共計(jì)布置了16個(gè)鉆孔，鉆探總進(jìn)尺為1244m，滿足勘查實(shí)際工作的要求【2】。由鉆探工作和物探高密度電阻率法野外剖面的結(jié)果分析表明，勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)為充水采空區(qū)。

本次勘查工作先利用物探手段確定勘查區(qū)內(nèi)異常區(qū)，再利用鉆探手段來驗(yàn)證物探異常是否為采空區(qū)，最后根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果圈定采空區(qū)范圍【3】。

2.3巖土樣品測試

為了解勘查區(qū)各巖層及采空區(qū)頂板巖石特征，對各巖層、采空區(qū)頂板、底板的巖芯進(jìn)行了工程地質(zhì)試驗(yàn)，多角度、多層次分析巖石的物理力學(xué)參數(shù)，綜合確定巖石的物理力學(xué)性質(zhì)。為提高試驗(yàn)成果的質(zhì)量和增加試驗(yàn)成果的可比性，按國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。本次鉆探工作布設(shè)了16個(gè)鉆孔，取試驗(yàn)巖芯樣17組，分別對樣品進(jìn)行天然塊體密度、天然吸水率、飽和吸水率、飽和單軸抗壓強(qiáng)度、飽和單軸壓縮變形、三軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等項(xiàng)目試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)，試驗(yàn)成果滿足勘查工作需要，為后續(xù)工作提供了可靠的分析和模擬計(jì)算依據(jù)。

3、采空區(qū)變形特征分析

3.1 采空區(qū)地表移動(dòng)變形值計(jì)算

首先采用概率積分法進(jìn)行采空區(qū)地表移動(dòng)變形值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采空區(qū)地表移動(dòng)變形值下列公式計(jì)算：

式中：r——等價(jià)計(jì)算工作面的主要影響半徑;

Li——等價(jià)計(jì)算工作面各邊界的直線段。

通過以上計(jì)算，計(jì)算采空區(qū)地表最大移動(dòng)角、變形值，依據(jù)地表移動(dòng)變形值確定場地穩(wěn)定性等級(jí)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，綜合評估其采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級(jí)為不穩(wěn)定【4】。

3.2采空區(qū)的預(yù)測影響范圍

勘查區(qū)地表被第四系覆蓋，第四系巖性為全新統(tǒng)粉質(zhì)粘土、風(fēng)成砂土、底部有時(shí)有礫石層，厚度為3.15—24.95m。采空區(qū)頂?shù)装鍨橄掳讏捉y(tǒng)霍林河組（K1h） 地層，巖性為深灰色～灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥、長石石英砂巖及粉砂巖。依據(jù)【5】計(jì)算采空區(qū)下沉變形影響范圍（R）的計(jì)算公式：

R =H/tgβ

式中：r—地表影響半徑（m）

H—開采深度（m）

β—移動(dòng)角，第四系取值45°，地層取66°

根據(jù)采空區(qū)影響半徑，推算出采空Ⅰ區(qū)地表移動(dòng)盆地影響范圍，面積為79286m2;推算出采空Ⅱ區(qū)地表移動(dòng)盆地影響范圍，面積為378518m2。

3.3勘查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)

本次勘查依據(jù)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度、采空區(qū)分布、采空區(qū)預(yù)測影響范圍等，在勘查區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)。地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)遵循可能性大就大原則，根據(jù)采空區(qū)地表剩余變形值確定采空區(qū)對工程的影響程度分級(jí)，確定勘查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果。本次工作勘查范圍面積為0.576km2，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)占勘查區(qū)總面積的78.58%。勘查區(qū)內(nèi)除地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)外均為地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小區(qū)，該區(qū)域總面積為123394m2，占勘查區(qū)總面積的21.42%。

4、采空區(qū)防治措施及建議

針對勘查區(qū)地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測分區(qū)，本著“以人為本”的思想，以保護(hù)勘查區(qū)建設(shè)項(xiàng)目安全生產(chǎn)和恢復(fù)勘查區(qū)生態(tài)環(huán)境，對采空區(qū)進(jìn)行統(tǒng)合治理，最大程度上消除采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患。對勘查區(qū)內(nèi)受地下采空影響較大的區(qū)域，建議建設(shè)方根據(jù)情況進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目避讓同時(shí)做好地質(zhì)災(zāi)害安全教育及監(jiān)管工作、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警工作、地質(zhì)災(zāi)害巡查與監(jiān)測工作，確保勘查區(qū)建設(shè)項(xiàng)目安全生產(chǎn)。

本次工作對勘查區(qū)采空區(qū)地表移動(dòng)變形范圍、采空區(qū)的預(yù)測下沉變形影響范圍進(jìn)行了精細(xì)的計(jì)算。為查明采空區(qū)地表變形規(guī)律，分析采空區(qū)發(fā)展程度及后期穩(wěn)沉評價(jià)等提供了必要的數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠通過計(jì)算監(jiān)測采空區(qū)變形規(guī)律，為以后各項(xiàng)工作開展提供預(yù)警及防治措施。

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