山東某煤礦老采空區上方大型工程建設案例

陳紹杰，張立波，江 寧，尹大偉，高志友,2，郭惟嘉，ХОРЕШОК Алексей Алексеевич

(1.山東科技大學 能源與礦業工程學院，山東 青島 266590；2.山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南 250200；3.庫茲巴斯國立技術大學 礦業工程學院，俄羅斯 克麥羅沃市 650000)

煤炭資源開采后在地下形成采空區，這種不良地質體的產生和存在對地表建(構)筑物的安全修建和穩定運營產生嚴重威脅。采煤沉陷區是指煤炭開采導致地表沉陷深度大于10 mm的區域，采煤沉陷區內因地下煤炭開采導致減產和絕產的農用地以及受影響的建設用地和未利用地稱為采煤塌陷地。目前，我國采煤沉陷區面積已達20 000 km，分布在23個省(市區)151個縣(市區)，部分城市的采煤沉陷面積超過其區域總面積的10%，這嚴重影響區域經濟持續健康發展、社會和諧穩定以及人民生活水平提升。習近平總書記在撫順考察時作出重要指示，開展采煤沉陷區綜合治理，要本著科學的態度和精神，搞好評估論證，做好整合利用這篇大文章。目前，大多數礦業城市轉型發展空間受限、建設用地不足等問題日益凸顯，迫切需要開展采煤塌陷地建設利用，保障城市建設用地供應，促進城市轉型發展。

近年來，眾多學者對采煤塌陷地治理與利用開展了大量的研究工作。胡炳南等通過采煤沉陷區調研和建筑利用需求分析，總結歸納了沉陷區建筑利用關鍵技術；李樹志等基于濟寧市采煤塌陷地損毀特征，提出了適用于濟寧市采煤塌陷地的綜合治理模式；徐艷等對我國采煤塌陷區生態修復技術進行了分類與評價；王劍龍等采用景觀格局指數定量分析了太平國家濕地公園的景觀格局和空間異質變化，探討了生態修復景觀格局變化及其研究方法；渠俊峰等從生態和社會角度揭示了沛北礦區水土資源的演替規律，為該區域土地生態治理提供依據；滕永海等提出了建筑荷載影響深度與采空覆巖垮落裂縫帶高度是否重疊的采空區地基穩定性評價方法；郭文兵等研究并實施了高聳構筑物地基精準注漿加固技術，有效保護了采空區上方廣播電視信號鐵塔；李東陽等通過超載破壞試驗研究了某城市地下小型采空區的巖層穩定性；王正帥研究了老采空區進入衰退期后概率積分參數的時變規律，進而評價了老采空區上方建筑地基穩定性；江寧研究了建筑荷載作用下長壁老采空區失穩機理，提出了注漿加固治理技術；朱磊等提出了垮落帶矸石漿體充填技術，研究了不同濃度矸石漿體在采空區垮落巖塊間空隙內的流動擴散規律。

上述研究為采煤塌陷地治理與利用提供了理論與技術支撐。我國現有的采煤塌陷地治理與利用模式主要為土地復墾或構建濕地公園等，小體量建(構)筑物已成功在塌陷地上修建。筆者以山東某地采煤塌陷地大型工程建設利用為例，首先對采空區進行了精細勘查，在揭示3層采空區賦存特征的基礎上，分析了地表殘余變形對擬建建筑物穩定性以及建筑荷載對采空地層穩定性的影響，評價了建筑場地穩定性；采用“無壓自流+加壓擴散”高效注漿技術與工藝對3層采空地層進行加固治理；分析了擬建的大跨度、高層建筑受采空區地表變形影響特征，進行了相應的抗變形設計；實現了大跨度、高標準數據處理中心以及22層綜合樓等大型建筑群在3層采空區上的安全修建與運營。

1 工程背景

1.1 擬建建筑物情況

研究區內擬建建筑物與采空區的相對位置如圖1所示，建筑物概念性規劃設計如圖2所示。研究區占地129畝，建筑面積82 000 m，主要包括北部東西向排列的4棟高層建筑物，其層數分別為22層(69 m)、18層(56 m)、14層(45 m)和18層(56 m)，南部和東部為多棟小型建筑，層數均小于6層，西部為數據處理中心，為現澆鋼筋混凝土多層多跨框架結構，平面尺寸65 m×85 m，地下1層、地上4層，該數據中心須滿足國標A級及國際Uptime institute Tier Standard Ⅲ數據中心設計規范要求。

圖1 研究區擬建建筑物情況Fig.1 Situation of proposed buildings in the study area

圖2 建筑物概念性規劃設計Fig.2 Building conceptual planning and design

1.2 煤層及工程地質情況

研究區地層綜合柱狀圖如圖3所示，區內共開采3層煤，分別為4，9和10-2煤層。4煤層賦存于山西組中下部，埋深在22～60 m，平均厚度為0.67 m，遭受剝蝕嚴重，屬于不穩定的局部可采煤層，頂板為粉砂巖，底板為黏土巖，煤層開采歷史較長，1972年勘查時已經存在老采空區，開采時間截止到2003年。9煤層賦存于太原組下部，埋深在102～185 m，平均厚度為0.90 m，煤層結構簡單，屬較穩定煤層，開采時間自2007—2013年。10-2煤層賦存于太原組下部，埋深在137～210 m，平均厚度為1.18 m，煤層結構簡單，屬較穩定煤層，開采時間自2002—2013年。

研究區內巖、土體按工程地質特征，大體分為巖體和土體2種類型。巖層主要為石炭、二疊系地層，二者呈不整合接觸；巖性為堅硬厚層狀灰巖或堅硬-半堅硬砂巖、泥巖夾薄層灰巖，未發現脹縮性土及其他特殊土，其巖層的工程地質條件較好，為較好的天然地基持力層，可作為一般工程建筑的天然地基。該區位于山前傾斜平原，土層厚度12～35 m，總體上由南向北增厚；土體主要為粉質黏土、黏土和粉土，呈松散狀，力學強度較低，且層位比較復雜，工程地質條件及地基承載力變化較大。

注：數據格式圖3 地層綜合柱狀Fig.3 Comprehensive histogram of stratum

2 采空區精細勘查

2.1 地球物理綜合勘查

在對擬建區域采空區調查與測繪基礎上，采用高密度電法、大地電磁法、瞬變電磁法等多種地球物理勘查方法對采空區進行勘查，并采用鉆探進一步驗證、完善勘查結果，確定采空區范圍和特征。研究區測線與鉆孔布置如圖4所示。

地球物理綜合勘查結果如圖5所示，勘查范圍內電阻率等值線呈由西向東傾斜的特征，這與該區域地層傾向基本一致。煤層開采后，地層電性發生變化，導致局部電阻率等值線傾向特征發生改變，據此可推斷解釋采空區分布位置及深度。高密度電法勘查結果顯示，電阻率等值線層狀形態明顯，自地表至深部逐漸增大，反映了淺部第四系、深部基巖不同電性特征，在研究區域中、東部淺部地層出現低阻反映，結合已有地質資料，推斷確定為4煤層采空區。根據大地電磁探測法勘查結果(圖5(a))，勘查范圍內主要分布有4條斷裂結構，水平0～52 m、埋深100～134 m，水平150～275 m、埋深120～161 m，水平328～479 m、埋深144～175 m范圍的低阻反映，結合已有地質資料，推斷確定為9煤層采空區。根據瞬變電磁法勘查結果(圖5(b))，水平0～35 m、埋深115～135 m，水平100～250 m、埋深130～165 m，水平325～520 m、埋深150～185 m以及水平575～644 m、埋深182～194 m等范圍出現低阻反映，結合已有地質資料，推斷確定為9煤層采空區。

圖4 研究區測線與鉆孔布置Fig.4 Layout of survey lines and boreholes in the study area

圖5 物探結果Fig.5 Results of geophysical prospecting

2.2 鉆探勘查

對研究范圍進行鉆探鉆探勘查，鉆孔鉆遇各煤層采空區時出現進尺快、全漏水、巖心破碎，部分鉆孔有掉鉆現象，個別鉆孔打出了支護木棍、布條等采礦遺留物品。鉆探明確了五至一灰及4煤層、9煤層、10-2 煤層或采空區，對比鉆孔資料及各標志層，確定了研究區內揭露的煤層或采空區的特征：4煤層采空區主要位于研究區中東部；9煤層采空區分布不連續，在研究區西部和東部均有較大范圍分布；10-2煤層采空區零星分布于研究區南側。鉆探結果基本驗證了地球物理勘查結果。

對鉆孔進行孔內電視觀測，結果如圖6所示，發現孔壁破碎、不完整、有空洞等采空區特征，4煤層采空區未發現積水，東部9煤層采空區、10-2煤層采空區積水水位距地表103.60～111.50 m，西部9煤層采空區水位距地表88.40～95.00 m，水位以下采空區均已充水。

圖6 鉆孔電視觀測結果Fig.6 Results of drilling TV

通過地球物理綜合勘探的剖面異常特征解釋和鉆探異常結果分析，獲得研究范圍內采空區賦存特征及參數見表1。

表1 研究區內采空區情況

3 塌陷地大型建筑場地穩定性評價

3.1 地表殘余變形對擬建建筑穩定性影響分析

根據顆粒體介質力學理論，假設在巖層移動變形過程結束后所有采動空隙均被充分充填并壓實，形成的地表移動盆地應是理想的隨機介質模型(概率積分模型)下沉分布形式，如圖7中曲線′()，最大下沉量等于煤層開采厚度與極限下沉系數′的乘積。

圖7 采空區上方理想下沉和實際下沉曲線[3]Fig.7 Ideal and actual sinking curves above the goaf[3]

地表極限下沉分布曲線為

(1)

式中，′()為理想的隨機介質模型下沉曲線；為煤層開采厚度，m；′為極限下沉系數；erf為誤差函數；為主要影響半徑，m；為距采空區邊界的距離，m。

在采礦過程中，由于破裂巖體碎脹和采空區邊界處頂板不充分垮落作用，地表實際下沉曲線為

(2)

式中，()為實際的隨機介質模型下沉曲線；為一般下沉系數，<′<1；為拐點偏移距，m。

因此，采空區“活化”引起的地表附加下沉()為

()=′()-()=

(3)

采空區“活化”引起的地表附加水平變形()和傾斜變形()分別為

(4)

式中，為水平移動系數。

概率積分法計算地表移動與變形值所需的5個基本參數分別為下沉系數、主要影響角正切tan、水平移動系數、開采影響傳播角和拐點偏移距，研究區域殘余變形計算參數取值見表2，其中，為煤層開采深度。

表2 殘余變形參數

根據式(3)和(4)，獲得研究區地表因采空區“活化”引起的附加下沉為260 mm，附加水平變形(東西)為1.0 mm/m，附加水平變形(南北)為-1.1 mm/m，附加傾斜變形(東西)為1.8 mm/m，附加傾斜變形(南北)為1.8 mm/m，其中，附加下沉值超過了《建筑地基基礎設計規范》允許的多層及高層建筑物在施工和使用期間地基變形要求，若不對采空區進行處理，將威脅新建建筑物的安全修建與使用。

3.2 建筑荷載對采空地層穩定性影響分析

地下煤層采出后，當地表半年內累計下沉量小于30 mm時，可認為地表移動期基本結束。在此采空區地表不進行大規模工程建設時，地表會長期保持這種穩定狀態。若在此采空區地表新建建(構)筑物，當建筑荷載影響深度與采空區覆巖垮落裂縫帶高度發生重疊時，采空地層將發生活化失穩，導致地表再次發生較大不均勻沉降。

裂隙帶發育高度主要與煤層厚度、傾角、開采尺寸、覆巖巖性、頂板管理方法等有關，參照《建筑物、水體、鐵路及井巷煤柱留設與壓煤開采規范》，選取如下公式計算：

(5)

式中，為裂隙帶發育高度，m；∑為地基中自上而下各層土或巖石的厚度，m。

地基中自重應力用下式計算：

=++…+

(6)

式中，，，…，為地基中自上而下各層土或巖石的容重，kN/m；，，…，為地基中自上而下各層土或巖石的厚度，m。

基底附加應力按下式計算：

=

(7)

式中,為豎向附加應力系數；作用于基礎底面平均附加壓力，kN/m。

=-

(8)

式中，為建筑物基礎底面處豎向均布荷載，kN/m；為基礎底面標高以上天然土層的容重，kN/m；為基礎埋深，m。

圖8 建筑荷載附加應力影響深度與采空區關系Fig.8 Relationship between the depth of the additional stress of building load and the mined-out area

研究區內第四系表土層厚度約為10 m，容重為20 kN/m；表土層以下巖層計算容重取25 kN/m，地下水位以下巖層取浮容重為15 kN/m，根據式(5)，(7)計算得出，研究區9煤層采空區裂縫帶高度最大為26 m，建筑荷載影響深度最大為66 m，2者之和為92 m，而該區域范圍內9煤層采空區與上覆4煤層采空區最小間距85 m(西部)，最大間距130 m(東部)，如圖8所示，其中，為建筑物荷載；為地下巖層的自重應力。因此，研究區域范圍內部分建筑物地基穩定性差，若不對采空區進行處理，將威脅新建建筑物的安全修建與使用。

4 采空地層高效注漿加固治理技術與工藝

4.1 注漿加固治理范圍

為有效治理研究區內采空地層，根據建筑物尺寸、保護等級及與采空區位置關系，進行注漿范圍計算。區域內煤層較為平緩，平均傾角10°，第四系松散層移動角取45°，基巖移動角取70°，采用垂直剖面法，計算采空地層注漿加固治理范圍：

=+2+′

(9)

式中，為采空地層水平處理范圍，m；為建(構)筑物輪廓寬度，m；為維護帶寬度，m；′為采空區覆巖移動影響寬度，m。

對于研究區內采空區重疊部分，2者范圍取并集，上下采空區共用同一注漿孔，在下層采空地層治理結束后進行上層采空地層治理；兼顧地表建筑物的重要等級及修建順序，確定采空地層注漿治理范圍，如圖9所示。采空地層治理深度至采空區底板以下2 m，治理范圍包括采空地層中的殘余空區和裂縫，注漿深度及層位如圖10所示。

圖9 治理范圍和鉆孔布置Fig.9 Governance scope and drilling layout

圖10 注漿深度及層位Fig.10 Grouting depth and position

4.2 注漿加固治理工藝

研究區內分布有4，9，10-2煤層采空區，且采空區存在重疊區域，其中：10-2煤層采空區呈零星分布，與9煤層采空區相距較近甚至部分重合，因此將10-2煤層采空區與上部9煤層采空區作為一個注漿層位；4，9煤層采空區相距較遠，將2者作為不同的注漿層位，全區共分成上述2個注漿層位。對于多個注漿層位，采用“一次成孔、上行注漿”方法；對于單個注漿層位，采用“一次成孔、一次注漿”方法。

..工藝流程

(1)布置鉆孔。根據前期試驗結果，漿液有效擴散半徑為10～20 m，以此設計鉆孔間距。在地面東西走向注漿鉆孔布設間距為25 m，在南北走向注漿鉆孔布設間距為20 m，呈矩形布置；帷幕孔間距均為15 m。為進一步保證建筑物的安全，在數據處理中心區域采空地層進行加密注漿治理，研究區內注漿鉆孔布置如圖9所示。

(2)選擇注漿材料。由于粉煤灰壓縮系數小且就地取材經濟便宜，因此選擇粉煤灰作為注漿液的主要材料，但其黏結性不好，活性較差，所以漿液中還需加一定比例的水泥，從而提高充填體強度和防止震動液化。針對較大空洞，采用石屑(粒徑0.5～10 mm)作為骨料混入漿液進行填充。

(3)拌制漿液。將水泥、粉煤灰和水按照一定比例加入一級攪拌罐進行混合攪拌，所得混合漿液流入二級攪拌罐進行二次攪拌，經過濾網過濾大塊雜質后，制得滿足要求的水泥粉煤灰漿，注漿攪拌站設備配置如圖11所示。

(4)注漿施工。根據采空區層位不同，研究區域采空地層加固治理工藝分一次注漿工藝和上行式注漿工藝，2種工藝流程如圖12所示。

圖11 注漿攪拌站示意Fig.11 Schematic diagram of grouting mixing station

圖12 注漿工藝流程Fig.12 Grouting process

一次注漿和上行式注漿工藝相同之處在于均為一次成孔，且需經過無壓自流和加壓擴散2個階段；不同之處在于上行式注漿需自下而上逐段重復一次注漿工藝流程以完成采空地層注漿。無壓自流工序的主要步驟為：注漿管與漿液面控制裝置的探頭下放至預定位置，按漿液由稀到濃的順序，利用大流量無壓泵將其注入采空地層，并根據所注采空地層情況按一定比例向漿液中添加骨料，當漿液面達到預定位置時，漿液面控制裝置工作，控制電路導通，自動切斷混凝土輸送泵電源，無壓自流工序完成，轉入加壓擴散工序。加壓擴散工序的主要步驟為：止漿塞預先下放至所需治理采空地層上部完整基巖段，使其注水膨脹后填塞注漿管與井壁間的空隙，阻止漿液沿井壁上行，再利用高壓泵將漿液注入采空地層，直至達到終孔標準后，停止注漿；整套系統的注漿能力為45 m/h。

(5)結束注漿。注漿結束標準為終量終壓，注漿壓力可以有效推動漿液在采空地層擴散，但漿液擴散有一定范圍，過大的注漿壓力會造成巖層劈裂和抬動，甚至導致地面隆起。由于采空地層結構極為復雜，漿液在采空地層擴散特征不恒定，表現為所監測的漿液壓力值存在突變，因此不能以單純某一時刻達到設計終孔壓力值作為結束注漿標準，而應在達到終孔壓力，且注漿量小于一定值、持壓一定時間后，方可結束注漿，以此確保漿液充分填充所擴散范圍內的殘余空區和裂縫并盡量濾除多余的水分。

參考《煤礦采空區建(構)筑物地基處理技術規范》，對4煤層采空地層進行注漿時，當帷幕孔孔口壓力達到1 MPa且泵量小于70 L/min時，持壓30 min；當注漿孔孔口壓力達到1.5 MPa且泵量小于30 L/min時，持壓30 min；對9，10-2煤層采空地層進行注漿時，當帷幕孔孔口壓力達到2.5 MPa且泵量小于30 L/min時，持壓30 min；當注漿孔孔口壓力達到3.0 MPa且泵量小于30 L/min時，持壓30 min；以此作為注漿結束標準。

..注漿加固治理效果檢測

由于采空地層治理工程的隱蔽性和復雜性，在注漿工程結束后很難直觀判斷注漿加固治理效果。為檢驗注漿加固治理效果是否達到設計要求，同時驗證注漿設計的合理性，需進行相關檢測和評價。

注漿結束3個月后，開展采空地層注漿加固治理效果檢驗。在注漿區進行鉆探，檢查孔布置在兩注漿孔連線中點處，檢測手段包括：在鉆探過程中記錄鉆孔沖洗液漏失量；統計注漿段巖心中結石形狀、展布特點、厚度、膠結狀況以及裂隙充填情況；進行注漿段巖心單軸壓縮試驗，測試其單軸壓縮強度等參數；對檢測孔進行二次注漿，通過分析注漿量來間接判斷地下空區充填率。

對高層建筑和數據處理中心周圍鉆取的結石體如圖13所示，結石體單軸抗壓強度均在9 MPa以上，說明破碎巖石膠結效果良好，具有一定強度；鉆孔沖洗液顯示無漏失或少量漏失，表明采空地層注漿加固效果較好，不存在較大的空洞和裂縫。二次注漿檢測結果見表3，各鉆孔二次壓漿量均小于周邊鉆孔注漿量平均值的10%，說明所注漿液已有效充填了采空地層空隙，殘留未注滿空隙較少。

圖13 鉆孔取心檢測結果Fig.13 Drilling and coring test results

表3 檢測孔二次壓漿量

5 采煤塌陷地大型工程建設利用

5.1 擬建建筑物特點及變形要求

擬建的4棟高層建筑高度均在45 m以上，最高為69 m，均屬于Ⅰ級保護建筑物。根據《建筑地基基礎設計規范》中多層和高層建(構)筑物的地基傾斜變形允許值(表4)為2.5(22，18層)和3 mm/m(14層)。擬建數據處理中心的電子信息系統運行中斷將造成重大的經濟損失或公共場所秩序嚴重混亂，該建筑的基礎設施按容錯系統配置，即在電子信息系統運行期間，基礎設施在一次意外事故后或單系統設備維護或檢修時仍能保證電子信息系統正常運行。另外，根據《數據中心設計規范》，變形縫不宜穿過主機房。擬建的2類大型建筑具有嚴格的變形要求和特殊功能需求，建筑物地基的細微變形都可能對建筑物安全穩定產生嚴重影響。

表4 建筑物的地基變形允許值[17]

5.2 擬建建(構)筑物受采空區地表變形影響特征及其抗變形設計

不同類型建(構)筑物受采空區地表移動變形影響特征不同，分析擬建2類大型建筑物受采空區地表變形影響特征，如圖14所示，綜合考量多種抗變形方法和措施，進行相應的建筑物抗變形設計，如圖15所示。

圖14 擬建建(構)筑物受采空區地表變形影響特征Fig.14 Characteristics of the proposed building(structure) affected by the surface deformation of the mined-out area

圖15 擬建建(構)筑物相關抗變形技術[3]Fig.15 Anti-deformation technology related to the proposed building(structure)[3]

地表傾斜變形使高層建筑結構產生附加內力，導致填充墻和主體結構容易出現裂縫或損壞，影響正常使用，甚至破壞。基于上述特點，高層建(構)筑物的結構承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，變化宜均勻、連續，不應突變；豎向宜規則、均勻，避免有過大的外挑和內收，側向剛度宜下大上小，均勻變化，不宜采用豎向布置嚴重不規則的結構；豎向抗側力構件宜上、下連續貫通。設置砂墊層或砂石墊層以減少地基反力的不均勻性，并有效吸收地表水平變形、曲率變形和部分傾斜變形的影響。

大跨度建筑物對地表變形較為敏感，特別是所處位置的地表出現拉伸時，建筑物內部較大的拉應力極易造成建筑物結構破壞。基于上述特點，大跨度建筑物形式應力求簡單，平面形狀以矩形為主，盡量避免立面高低起伏和平面凹凸曲折，盡量使質量、剛度均勻分布。可設置變形縫、砂墊層和滑動層以吸收地表水平變形、曲率和部分傾斜的影響，設置基礎連系梁以增強基礎的整體穩定性，加強上部結構整體強度以提高建筑物的抗變形能力。

結合高層建筑附加應力大且分布密集的特點，主體建筑基礎采用“樁+筏板”形式，使附加應力均勻傳至地基；并將高層建筑下的部分注漿鉆孔作為小樁基，增強地基承載能力。由于數據處理中心變形要求嚴格且變形縫不宜穿過主機房，因此通過設置基礎連系梁和增強上部結構整體強度的措施來增強其抗變形能力。

5.3 建筑運營效果

采煤塌陷地上方建(構)筑物修建過程中，須進行地面變形觀測，以保證建(構)筑物的安全建設，并對采煤塌陷地的治理效果跟蹤檢驗。

..建筑場地地面下沉監測

基于數據處理中心特殊功能需求以及大跨度的形態特點，在采空地層注漿過程及建筑修建過程中對該區域地面進行了監測，數據處理中心西側3個測點(自北向南依次為GC5，GC6和GC7)的地面標高變化如圖16所示，其中正值表示地面抬升，負值表示地面下降。

在注漿工程中，地面逐漸上升，注漿完成后地面又下降；隨著數據處理中心建筑物的建設，地面發生下沉，至建筑物地面3層建設完成(距采空地層注漿加固治理結束300 d)時，地面最大下沉5 mm，標高變化趨于平緩，平均沉陷速度為0.01 mm/d，符合《建筑變形測量規范》相關要求，認為地面變形已進入穩定階段。

圖16 注漿及建筑物修建過程地面標高變化Fig.16 Ground elevation changes during grouting and building construction

..建筑物運營情況

研究區實現了大跨度、高標準數據處理中心，22層綜合樓等大型建筑群在3層采空區上的安全修建，如圖17所示，已吸引數十家企業、高校創新中心入駐，目前運營穩定。采煤塌陷地建設利用改變了塌陷地荒蕪的狀態，提升了塌陷地土地利用價值，使塌陷地成為生態宜居之地，滿足了礦業城市轉型發展建設用地需求，具有顯著的經濟、社會和生態效益。

圖17 研究區內建筑物建設及使用情況Fig.17 Construction and use of buildings in the study area

6 結論與展望

6.1 結 論

(1)通過調查與測繪、地球物理綜合勘探和鉆探相結合的方法，進行了老采空區精細勘查，獲得了研究區內4煤層、9煤層和10-2煤層采空區分布位置、重疊關系、采出率、含水性等參數，揭示了老采空區賦存特征。

(2)從地表殘余變形對建筑物穩定性影響和建筑荷載對采空地層穩定性影響2個方面分析、評價了研究區大型建筑場地穩定性。結果表明：采空區活化導致的地表殘余變形超過擬建建筑物地基變形允許值，同時擬建建筑荷載影響深度與研究區采空覆巖垮落裂隙帶高度存在重合區域，采空地層處于不穩定狀態，需要加固治理。

(3)采用了“無壓自流+加壓擴散”高效注漿技術與工藝進行了采空地層加固治理，注漿能力為45 m/h；通過鉆孔沖洗液漏失、結石體單軸壓縮試驗、二次壓漿等手段進行了加固治理效果評價，結果表明：采空地層內空洞及裂隙已基本被漿液填充，形成的結石體單軸抗壓強度均大于9 MPa。

(4)分析了擬建的2類大型建筑受采空區地表變形影響特征，并進行相應的抗變形設計。高層建筑主體建筑基礎采用“樁+筏板”形式，并將高層建筑下的部分注漿鉆孔作為小樁基，增強地基承載能力。通過設置基礎連系梁和增強上部結構整體強度的措施來提高大跨度數據處理中心的抗變形能力。

(5)實現了大跨度(長×寬=65 m×85 m)、高標準(國標A級及Uptime Institute Tier Standard Ⅲ國際標準)數據處理中心和22層(高度69 m)綜合樓等大型建筑群在3層采空區上的安全修建與運營。

6.2 展 望

(1)采煤塌陷地的治理將是一項礦業城市發展建設的常態工作，塌陷地建設利用應將采空區治理與地面建設利用的優勢有機結合，優化2者的匹配關系，做到采空區精確治理。

(2)目前采煤塌陷地的勘查技術主要為地球物理勘查與鉆孔勘探，兩者工程量均較大，同時物探結果還需鉆探結果進一步驗證，這導致勘查效率低、成本高，因此迫切需要研發針對地下老采空區的高效精準勘查技術。

(3)本文采用注漿方式進行采空地層加固治理，效果較為理想，但就注漿材料、注漿工藝方面，如漿液的配比最優值、注漿壓力最優值、不同濃度和成分漿液擴散范圍等仍有可優化提升空間。