某化工基地一期工程项目地质灾害勘查

崔 玉 成

(山西晋城路桥有限公司，山西 晋城 048000)

某化工基地一期工程项目地质灾害勘查

崔 玉 成

(山西晋城路桥有限公司，山西 晋城 048000)

以某化工基地地质灾害勘查为例，依据该勘查区自然地理与工程地质条件，采用地质调查与物探、钻探相结合的综合勘查手段，对该场区受溶洞及采空区影响的情况进行了分析探讨，并提出了合理的处治方案。

勘查，地质灾害，采空区，溶洞

1 勘查工作概况

1.1 勘查历程

本场区详勘阶段部分钻孔发现掉钻现象，为查明掉钻原因，对掉钻区域进行了物探勘查工作，根据物探勘查的成果，对物探确定的异常区进行钻探验证，现场钻探的同时，深入国土部门及周边村庄、矿山进行详细的调查、访问本区采矿史。

1.2 勘查目的与任务

通过野外实地调查，收集区域的相关资料及对已有资料的深入分析，采用物探、钻探等工作，查明该场地受溶洞及采空区影响情况并提出处理方案建议。

1.3 勘查及评判依据

本次采空区(溶洞)勘查工作主要依据以下标准和规范:

1)GB 50021-2001岩土工程勘察规范；2)GB 50007-2005建筑地基基础设计规范；3)工程物探手册，2011水利水电版；4)JGJ 87-92建筑工程地质钻探技术标准；5)SH 3017-1999石油化工生产建筑设计规范；6)工程地质手册，中国建筑第四版；7)JTG/T D31-03-2011采空区公路设计与施工技术细则。

1.4 勘查工作方法

勘查工作采用地质调查与物探、钻探相结合的综合勘查手段，其中地质调查包括区域地质调查、矿井地质调查；物探工作采用瞬变电磁法；钻探采用取芯钻探，用以揭示采空、冒落或矿层的深度、厚度和井巷富水情况。

2 勘查区自然地理与工程地质条件

2.1 自然地理条件

勘查区位于太行山脉南端西侧、沁水盆地东南缘，地貌类型属低山丘陵区,地表大面积为黄土层所覆盖，基岩仅出露于厂区西南部(西寺庄村北侧)。厂区内总的地势为南部高东部低。

本区属东亚暖温带大陆性气候，一年内四季分明。

2.2 工程地质条件

区域位于太行山脉南端西侧、沁水盆地的东南缘，晋(城)～获(鹿)褶断带东侧。晋(城)～获(鹿)褶断带为区域性的一条大断裂，其中南段称晋(城)～高(平)褶断带，呈北北东走向，由一系列褶皱、断裂组成，影响带宽度达16 km～20 km，是控制本区地层、地貌、矿产分布的主构造带。构造卷入地层有奥陶系、石炭系。该断裂带在陈沟以南发育于奥陶系中统灰岩中，由一系列强烈挤压的紧密褶皱群组成，轴部走向NNE15°～35°并伴有同方向的压扭性断裂，地貌上组成串珠状山梁。在陈沟以北为开阔不对称的褶皱和地堑为主，褶皱呈隐伏状。

区域内出露地层有奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系，上第三系及第四系松散沉积物广泛覆盖于上述各时代地层之上。

3 采空区(空洞)调查及特征

3.1 矿井地质与采掘调查

根据矿井地质调查，勘查区内所存在的空洞，可由两部分组成，第一部分为受向斜构造影响，地下水沿构造富集，致微晶方解石胶结中K5灰岩中岩溶发育，形成较大规模的溶洞(在本项目详勘查阶段，3号钻孔掉钻4 m)，第二部分为近年小煤窑采掘9号煤层形成的空洞。

3.2 地表变形调查

勘查区内地表较为平坦，建设用地下伏采空区形成时间已在多年以上，现状条件下地表未见变形、开裂迹象，未发现地裂缝、地面塌陷。原因可能在于该区为小矿生产，大多采用房柱式开采，回采面积较小，需较长时间才可能波及到地表，但是随着保护煤柱的风化，采空区顶底板的逐渐破裂等多种内外地质应力的作用下，可能会发生地裂缝、地面塌陷地质灾害。溶洞区现亦未见明显地表变形，由于该区在历史上未有大的人类活动影响，随着厂区建设，溶洞顶板必将逐渐破裂，形成地裂缝、地面塌陷等地质灾害。

4 物探勘查成果

4.1 物探工作方法

勘查区物探勘查主要采用瞬变电磁法，该方法为近十年发展起来的一种地球物理方法。

在正常情况下，采空塌陷区通常都比正常岩层含有更多的水分，与围岩之间存在视电阻率差异，在地面上借助人工方法建立的电场，采集不同深度的视电阻率数据，来反映不同深度地质体的地电信息。通过条件试验获取已知采空塌陷区视电阻率参数，并以此解释采空区变化情况。本次电法勘探对象，符合直流电法探测的物性前提。

4.2 物探工作量

根据委托方的要求分别以3号及379号为中心布设40 m×40 m的正方形勘探区，每个勘探区勘探面积1 600 m2，共布置18条测线，点距为3 m，线距为5 m，完成瞬变电磁法测点252个。测线点位采用地质罗盘控制方位，结合皮尺量距布置，每个测点用木桩标记(见图1)。采用EMRS-3微机电磁勘探仪逐点勘探(见图2)。

4.3 物探勘查成果

A区9条线均发现明显的高阻异常，异常区面积约1 275 m2；B区9条测线均发现明显的高阻异常，异常区面积约673 m2。

5 钻探验证及成果

5.1 钻探方法

钻探工作是本次勘查工作的重点之一，其目的是对物探圈定的异常体范围进行验证。采用清水钻进，填土层中采用套管护壁，观察记录钻探过程中的漏水情况。

5.2 钻孔布设与目的

根据最初的物探结果，对物探确认的明显异常中心和较为模糊的异常边界部位共计布设了7个钻孔，详细查明勘查区内的地基地质结构和特征，进一步掌握采空区的要素。

5.3 钻探结果

5.3.1 A区钻探结果分析

A区共布设并施钻11个钻孔，最初布设4个孔位于物探范围之内，孔号为A1～A4，4个钻孔全部掉钻，之后在物探区之外布设A5～A11等7个钻孔，其中A9号孔在灰岩处漏浆，漏浆后再不返水，A10号孔见溶洞充填物，充填物成分为粘土及砂岩、灰岩碎块，厚度2.5 m，A11号孔掉钻，全部掉钻孔中掉钻落距最大4.0 m(为建材太原地质勘查院原详勘3号孔)，最小0.5 m(A4号孔)，平均约1.8 m，掉钻同时伴随孔内泥浆全部漏失，且孔口存在吸风现象。A10号孔所取溶洞充填物见图3，A3号孔所取岩芯中溶孔见图4。

通过以上分析得出A区主要掉钻区集中在K5灰岩范围内，确定了该区空洞为溶洞，在晋城地区很少见到如此大的溶洞，A区物探验证孔结果见表1。

表1 A区物探验证孔结果一览表

5.3.2 B区钻探结果分析

B区共布设11个钻孔，实际施钻9个钻孔，验证孔的钻探情况，与物探异常区的性质相一致，由于异常区有向物探区之外延伸的趋势，在物探范围之外再次布设了8个验证孔，作为对采空区边界的控制。通过本次钻探验证使采空区的性质、埋深得以确定，局部边界得到了确定。同时确定9号煤层厚度接近4.0 m，为可采煤层。B区物探验证孔结果见表2。

表2 B区物探验证孔结果一览表

6 勘查综合分析与评价

本次勘查成果分析，由于本场地溶洞规模大、埋深浅将溶洞参照采空区特征进行分析。

6.1 勘查综合分析与结论

通过地质调查、物探、钻探等三个手段的综合勘查，按照三个勘查手段得到的结论进行相互反复对比分析与综合研究，最终依据物探解译资料，及钻探成果对空洞区边界进行了圈定。勘查区内按区域分为A区、B区，首先采用物探确定了物探区的空洞范围，通过验证钻孔确定了空洞的性质、规模。勘查区A区为岩溶空洞。勘查区B区为采煤空洞。

6.2 采空区要素与空洞体体积估算

6.2.1 A区溶洞要素

根据钻探成果，本勘查区内采空区的要素如下：埋深及标高：地表埋深35.0 m～38.5 m，标高：752.28 m～747.2 m。矿层采厚：0.5 m～4.0 m，平均1.8 m。矿层顶板及特征：砂泥岩，厚度20.5 m～22.0 m。采深采厚比：21.4。空洞率：根据钻探结果，溶洞掉钻孔全部吸风，判断为连续空洞，取值100%。冒落塌陷率：根据地表变形和钻探揭示，地表未见塌陷，即采空空洞剩余未充填的体积为采空空洞的100%左右。

6.2.2 B区采空区要素

根据钻探成果，本勘查区内采空区的要素如下：埋深及标高：地表埋深33.7 m～39.0 m，标高：752.3 m～746.7 m。矿层采厚：1.0 m～3.6 m，平均1.9 m。矿层顶板及特征：砂泥岩，厚度16.3 m～17.5 m。采深采厚比：20。回采率：根据调查及钻探结果，本区9号煤层为小窑破坏区，回采率约40%。冒落塌陷率：根据地表变形和钻探揭示，地表未见塌陷，即采空空洞剩余未充填的体积为采空空洞的95%左右。

6.2.3 采空区空洞体积估算

采空区剩余空洞体积见表3。

表3 采空区剩余空洞体积一览表

6.3 采空区(溶洞)处治方案建议

由于该场地地面建筑物为厂区各装置，为确保建筑物的安全，本报告建议采用全充填注浆法对溶洞及采空区进行治理。

全充填压力注浆法。在地表施工钻孔，钻孔深度达到采空底板，将注浆管密封在煤矿采空区上覆岩层中，采用泥浆泵，将浆液注入采空塌陷区和其上覆的岩层裂隙带中，浆液的结石体阻止上覆岩层及地表的进一步变形，从而达到治理采空区之目的。

此方案优点是：施工简单、安全可靠、经济合理；缺点是：施工周期长，材料用量较大。

Geological disaster survey on the chemical base first-stage engineering project

CUI Yu-cheng

(ShanxiJinchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Jincheng048000,China)

Taking the chemical base geology disaster survey as an example, according to its natural location and engineering geology, the paper applies geology survey and geophysical prospecting and drilling survey methods, and analyzes karst and mined-out area influencing conditions, and finally puts forward rational processing scheme.

survey, geological disaster, mined-out area, karst

1009-6825(2014)30-0103-03

2014-08-14

崔玉成(1972- )，男，工程师

P694

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