濟南市禹瀚產業用地采空區特征及穩定性評價

辛 建, 王文明

(1.山東建勘集團有限公司，山東 濟南 250031； 2.山東設協勘察設計審查咨詢中心，山東 濟南 250031)

禹瀚產業用地項目位于濟南市章丘區經十路以南，原埠村煤礦礦區，擬建住宅、辦公寫字樓、別墅、產業研發樓及沿街商業等。

1 自然地理

區內屬暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，冬季嚴寒、干燥，夏季炎熱、潮濕；降水量集中在6—9月份，約占全年降水量的70%；屬山間平原，河流不發育，有南北向巴漏河和大冶河；歷史上地震規模較小，震源淺，震級低，抗震設防烈度為7度，地震加速度值為0.10g，無活動斷裂，地殼穩定性好。

2 地質環境背景

2.1 地質特征

區內位于文祖斷層和雞山斷層之間的地塹地帶，發育埠村向斜和近南北向的斷層。埠村向斜主軸向NE20°～25°，延展長10 km，東翼受文祖斷層切割形態不完整，西翼形態比較完整；斷層數量多，落差大，以高角度的正斷層為主，控制著井田的構造格局。

區內地層自下而上為奧陶系三山子組白云質灰巖，東黃山組角礫巖、角礫狀泥質白云質灰巖和泥灰巖，北庵莊組灰巖，土峪組泥灰巖和泥灰角礫巖，五陽山組灰巖、豹皮狀灰巖，閣莊組泥灰巖、泥灰角礫巖，八陡組灰巖；石炭—二疊系本溪組鋁土巖、砂巖、砂質頁巖、黏土頁巖，太原組砂巖、砂質頁巖夾煤層，山西組中細粒長石砂巖與砂頁巖互層；二疊系黑山組砂巖、砂質頁巖、頁巖，萬山組砂巖、砂質頁巖、頁巖，奎山組含礫石英砂巖、頁巖，孝婦河組中粗粒砂巖、頁巖；三疊系孫家溝組頁巖、中粗粒砂巖；第四系黃土、砂土、黏土。巖漿活動劇烈，主要為閃長玢巖、閃長巖和輝綠巖，對煤層破壞較嚴重。

2.2 水文地質特征

區內主要含水層為第四系孔隙含水層、石炭—二疊紀山西組砂巖含水層、太原組薄層灰巖含水層、太原組徐上砂巖裂隙含水層、太原組徐家莊灰巖含水層和奧陶系灰巖裂隙巖溶含水層；第四系孔隙含水層主要接受大氣降水和溝、河水的補給，也是礦井淺部古采空區及煤系各含水層的主要補給水源。主要隔水層為頁巖和黏土巖，隔水性良好，但部分受采動裂隙直接影響，起不到隔水作用，對煤的開采有嚴重的水害威脅。

2.3 工程地質特征

區內土體屬山間平原松散堆積型，主要為黃土狀粉質黏土、粉質黏土，前者承載力特征值為100～150 kPa，后者承載力特征值為200 kPa以上；巖體工程地質分為堅硬—半堅硬砂巖和頁巖、堅硬厚層狀灰巖，工程地質條件較好，巖石抗壓強度高。

2.4 煤礦開采現狀

擬建項目位于埠村煤礦三號井開采范圍內，主要含煤地層為石炭—二疊紀山西組和太原組，主要開采煤層為1、3煤層，9-1、9-2煤層局部開采，其中，1煤層開采范圍主要分布在東區，3煤層東區大部分回采結束，剩余資源儲量540.4萬噸，剩余基礎儲量19.2萬噸，剩余可采儲量16.3萬噸。

3 采空區分布情況

3.1 采空區特征

擬建場地位于濟東煤田埠村煤礦。埠村煤礦開采歷史悠久，以條帶式開采為主，采空區埋深340～600 m，形成時間為2000—2003年和2010年，呈條帶狀間隔分布，大小為(20～50 m)×(70～110 m)，煤柱寬30～50 m，回采率約為60%。場地東側為1煤層開采區，采空區埋深475～550 m，形成時間2005—2006年。采空區地表變形范圍大且比較連續，形成“三帶”沉陷盆地，現已趨于穩定。

3.2 物探資料解釋

為驗證采空區信息，開展了瞬變電磁和大地電磁測深工作。共完成瞬變電磁剖面14條，測點691個(點間距20 m)；大地電磁測深剖面4條，測點114個(點間距20 m)。

(1)瞬變電磁剖面共圈定出低阻異常區段36處；大地電磁測深剖面識別出低阻異常區7處(表1)；平面上圈定了兩個采空區異常帶[1]；推斷出F1、F2、F3三條斷裂。采空區分布范圍、深度和斷裂與收集資料基本一致。

表1 大地電磁測深剖面異常分布一覽表

3.3 鉆探驗證

本次共實施鉆孔7個，初步查明采空區的豎向特征(表2)。以F2斷層為界，西側采空區埋深相對較淺，340～380 m，平均約365 m；東側采空區埋深相對較深，400～600m；未見掉鉆現象；垮落裂隙帶高度為26.10～39.40m，平均33.72m；采空區現已充水。采空區深度及分布范圍與收集資料基本一致。

表2 典型鉆探異常一覽表

4 穩定性及適宜性評價

4.1 穩定性評價

場地上覆巖層單軸抗壓強度為51.9～58.6 MPa，屬較硬覆巖；周圍村莊建筑物未發現斑裂現象，道路和立交橋未發現裂縫；無地裂縫、臺階、塌陷坑；采礦活動在2003年基本完成，局部2010年開采，終采時間8～15年；煤柱安全穩定系數為1.43～2.00；場地位于煤礦主要開采范圍內，且位于采空區盆地中間。

根據終采時間、地表移動特征及煤柱安全穩定系數等綜合判斷，場地穩定性為基本穩定。

4.2 適宜性評價

區內1煤、3煤采空區采深h≥300 m；地表變形趨于相對穩定；采空區已充水，地下水對殘留煤柱具軟化和破壞作用，存在活化的可能；采空區部位存在漏水現象，未見掉鉆現象，鉆探進尺稍快，基本密實；故采空區對擬建工程的影響程度中等[2]。地表大部分地區最大剩余下沉值為83.8～100.0 mm，局部最大剩余下沉值為100.0～189.2 mm；剩余傾斜值為0.36～0.83 mm/m，剩余水平變形值為0.17～0.40 mm/m，剩余曲率值為(0.002～0.006)×10-3/m，故大部分采空區對工程建設影響程度小，局部對工程建設影響程度中等[3]。此外，附加應力影響深度判別也顯示擬建34層建筑工程對采空區穩定性影響小。

采空區場地為基本穩定場地，對擬建工程影響中等，為適宜和基本適宜建筑場地。

5 結論

(1)埠村煤礦采空區埋深340～600 m，地表變形范圍大且比較連續，趨于穩定。瞬變電磁剖面圈定出低阻異常區段36處，大地電磁測深剖面圈定出低阻異常區7處，平面上圈定了2個采空區異常帶；推斷出F1、F2、F3三條斷裂。初步查明了采空區的豎向特征，埋深東深西淺，且已充水，與現狀基本一致。

(2)擬建工程地質調查和工程試驗表明：場地穩定性較好；采空區對擬建工程影響中等，工程建設對采空區穩定性影響較小，為基本適宜和適宜建筑場地，比較適合禹瀚產業高層和多層建筑用地要求。