馬 秋 紅

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012)

農(nóng)村新區(qū)采空區(qū)工程地質(zhì)勘察方法及處置方案

馬 秋 紅

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012)

結合工程實例，從資料收集、調(diào)查測繪、鉆探等方面入手，對采空區(qū)的工程地質(zhì)勘察方法進行了介紹，根據(jù)勘察數(shù)據(jù)，分析了采空區(qū)的穩(wěn)定性，評價了采空區(qū)對建筑物的影響，并提出了治理方案。

采空區(qū)，勘察，穩(wěn)定性，煤礦

山西由于長期采煤形成5 000多平方千米采空區(qū)，造成大量土地塌陷、房屋開裂、道路毀損等情況，給人民的生命財產(chǎn)帶來巨大的威脅。為減輕搬遷的經(jīng)濟負擔，采取就近治理采空區(qū)作為建筑場地不失為一種經(jīng)濟有效的辦法。本文即針對某縣胡家溝村新區(qū)改造，進行采空區(qū)工程地質(zhì)勘察，并對采空區(qū)的處治提出經(jīng)濟可行的治理方案。

1 工程概況

2 采空區(qū)勘察

采用資料收集→調(diào)查與測繪→鉆探的勘察程序，對項目區(qū)煤礦采空區(qū)進行系統(tǒng)的、有針對性的勘察，從而準確查明煤礦采空區(qū)不良地質(zhì)平面分布范圍和垂相變化特點，分析采空區(qū)的穩(wěn)定性，評價采空區(qū)對建筑物的影響，并為處治設計提供準確的參數(shù)。

2.1 采空區(qū)資料收集

通過收集到的煤炭資源及煤礦分布等資料，明確對新村有影響的煤礦為南溝煤礦，該礦資料確定性一般。

胡家溝村新區(qū)為南溝煤礦采空區(qū)，開采15號煤層，又稱丈八煤，斜井開拓，采空區(qū)位于地表下埋深80 m～95 m，采厚6 m，回采率60%，房柱式開采，地表塌陷明顯。2008年，項目區(qū)北側(cè)曾發(fā)現(xiàn)沉陷，沉陷平面上呈紡錘型，東向長度70 m，南北50 m，最大沉陷高度約0.8 m，采空區(qū)積水，地表曾有少量裂縫和陷坑。

2.2 調(diào)查與測繪

在資料收集和前期工作的基礎上，對項目區(qū)四周范圍的生產(chǎn)礦井和關閉礦井進行地質(zhì)調(diào)查，并對各相關村的書記、村長及參與煤窯生產(chǎn)管理的工作人員及部分長者進行了走訪。

采用1∶2 000地形圖作為底圖對地質(zhì)點、井口、采空區(qū)地裂縫、塌陷的形狀、走向、寬度、深度等地表變形情況進行測繪。

2.3 鉆探

根據(jù)建筑物分布情況，有針對性地進行鉆探，重點查明建筑物下采空區(qū)的分布和大小，并通過鉆探巖樣的力學試驗，測試采空區(qū)覆巖的力學強度。南溝煤礦屬于鄉(xiāng)辦煤礦，非正規(guī)開采的礦井，收集的資料確定性一般，須通過鉆探進行勘察確定。本次勘察共完成鉆孔25個。其中僅3個鉆孔揭露煤層，其余均鉆至采空區(qū)，采空區(qū)鉆孔占鉆孔總數(shù)的88%。

2.4 采空區(qū)勘察結論

通過勘察，南溝煤礦采空區(qū)對新村建筑物有影響，項目區(qū)內(nèi)采空區(qū)有以下特征(見表1)：

1)采空區(qū)分布范圍大，新村規(guī)劃區(qū)內(nèi)均為采空區(qū)；2)采空區(qū)埋藏深度不大，位于地表下80 m～95 m；3)開采方式為房柱式，回采率為60%；4)開采15號煤層。單層采空區(qū)，開采厚度6.0 m；5)影響范圍內(nèi)工作面開采時間為2000年，地表曾有裂縫和塌陷坑，但由于人類活動，目前地表變形不明顯，僅在北部擬建住宅樓處存在沉陷。

表1 采空區(qū)勘察成果一覽表

3 采空區(qū)穩(wěn)定性評價

采空區(qū)變形是一個復雜長期過程，參照工程實踐、煤礦地表移動變形觀測資料等，可知采空區(qū)地基穩(wěn)定性受地質(zhì)條件、開采方式、采深、采厚、開采時間等多種因素影響。

3.1 場地穩(wěn)定性評價

南溝煤礦為房柱式開采，屬不規(guī)則柱式采空區(qū)，根據(jù)表2不規(guī)則柱式采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級評價標準評價場地穩(wěn)定性，采空區(qū)埋深80 m～95 m，采深采厚比13～16，上部為軟弱覆巖，場地穩(wěn)定性評價結果為不穩(wěn)定。

表2 不規(guī)則柱式采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級評價標準

3.2 采空區(qū)殘余沉陷影響評價

采用地表移動變形預計法進行穩(wěn)定性評價，以計算該煤礦采空區(qū)地表剩余變形參數(shù)。

1)最大移動和變形量預計。

a.最大下沉量：

W=mqcosα。

其中，m為煤層開采累計厚度；q為下沉系數(shù)，取值0.78；α為煤層傾角，根據(jù)煤層底板等高線計算煤層傾角為7°。

b.最大傾斜值：

i=w/r=w/(H/tgβ)。

其中，r為主要影響半徑。

c.最大曲率值：

K=±1.52W/r2。

d.最大水平移動：

U=bw。

其中，b為水平移動系數(shù)，本區(qū)取值為0.25。

e.最大水平變形值：

ε=±1.52bW/r。

根據(jù)上述公式計算各煤礦采空區(qū)主要變形參數(shù)(見表3)。

表3 采空區(qū)變形參數(shù)表

2)剩余變形量的計算。

根據(jù)勘察成果中地面塌落形式、規(guī)模及鉆探揭示采空區(qū)冒落情況，確定采空區(qū)的剩余變形率，比對穩(wěn)定性評價標準，對采空區(qū)穩(wěn)定性進行評價，評價結果見表4。

表4 采空區(qū)剩余變形參數(shù)表

通過計算，采空區(qū)剩余傾斜值、曲率值和水平變形值均大于允許變形值3 mm/m，0.2 mm/m2和2 mm/m要求，煤礦采空區(qū)不穩(wěn)定，煤礦采空區(qū)對新村建筑物有影響，采空區(qū)須進行處治。

4 采空區(qū)治理方案

根據(jù)采空區(qū)埋深及塌落特征，建議采用我省常用的全充填壓力注漿法來處治采空區(qū)。

全充填壓力注漿法即在地表打孔，通過注漿泵、注漿管，將水泥、粉煤灰漿注入采空區(qū)和上覆巖體裂隙中。漿液經(jīng)過固化、膠結形成結石體，對其上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層進一步冒落，保證上部建筑物安全穩(wěn)定。采用壓力注漿法治理技術上可行，經(jīng)濟上也比較合理。理論和實踐證明，采空區(qū)通過注漿治理后，漿液結合體強度一般不小于2.0 MPa，地表傾斜值、曲率值和水平變形值滿足建筑物地表容許變形值，具有良好的治理效果。

5 結語

1)在煤礦采空區(qū)地表上建造建筑物，必須對地下采空區(qū)進行處治。

2)根據(jù)建筑物的分布情況，有針對性的布設鉆探工作，從而有效地提高了勘察效率，降低了勘察成本，保證了勘察質(zhì)量。

3)本文采用多種方法進行采空區(qū)穩(wěn)定性評價，有助于提高結果的可靠性和準確度。

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Theruraldistrict’sgoafengineeringgeologicalinvestigationmethodanddisposalplan

MAQiu-hong

(ShanxiCommunicationsPlanning&SurveyDesignInstitute,Taiyuan030012,China)

Combining with the engineering examples, this paper introduced the engineering geological investigation method of goaf from data collection, survey and mapping, drilling and other aspects, according to the survey data, analyzed the goaf stability, evaluated the influence of goaf to buildings, and put forward control scheme.

goaf, investigation, stability, coal mine

1009-6825(2014)33-0056-02

2014-09-14

馬秋紅(1984- )，男，工程師

TU412

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