矿区沉陷岩土勘察方法与工程处置措施研究

张 少 军

(山西省地质勘查局二一二地质队,山西 长治 046000)

矿区沉陷岩土勘察方法与工程处置措施研究

张 少 军

(山西省地质勘查局二一二地质队,山西 长治 046000)

以山西省某矿区塌陷区地质勘察工程为例，对沉陷区概况进行了描述，分析了地陷区岩土环境裂缝的危害，并研究了地陷勘察要点及工程处置措施，提出采用静力触探法进行岩土工程勘察，确保了矿区沉陷岩土勘察与工程的顺利进行。

矿区，地陷区，静力触探，岩土勘察

山西省产煤多年，后遗症逐渐显现。全面掌握采煤区周边土地塌陷和地裂缝破坏现状，才能对矿区生态重建进行系统的设计。本项目勘察的目的，就是要通过勘察提供矿区地陷建筑物场地详细的岩土工程资料和设计、施工所需要的岩土参数，对建筑物地基做出岩土工程评价，并提出地基处理、不良地质作用防治等方面的建议，以保证处置措施的有效性。

1 沉陷区概况

该工程位于山西省西部山区，由于煤矿开采造成矿山地面塌陷、地裂缝、滑坡、崩塌等，导致房屋沉陷、水塘水井干枯、水渠断流、公路坍塌、桥梁断陷等灾害时有发生。山西省地质勘查局地质队用了一年多的时间，通过大量数据比对、对长治等产煤地实地勘察，发现该矿区的地裂缝成因除煤矿开采之外，地震的地质运动同样产生强大的破坏力，两种因素相互作业，影响着地裂缝的发展形成[1]。塌陷区可见局部岩溶管道，岩土界面处发现隐伏型、开口型溶洞、溶槽，在地下水径流排泄强烈区，地面塌陷土地形变明显。地质队在勘察区发现沉陷裂缝70多条，单条最长230 m。根据对该地区地质灾害进行勘察评估，勘察数据结合矿区沉陷灾害现状，制定地质灾害综合防治方案，对该工程沉陷区地质灾害实施综合治理，恢复生态环境。

2 地陷区岩土环境裂缝问题的危害

2.1 水资源漏失量大

地下采煤过程中的疏干排水常导致矿区及相邻区地下水位大幅下降，水资源枯竭。导致矿区存在严重地裂缝问题的原因，与地下煤炭过度开采有着很大的关系。地下采煤产生的固体废弃物污染水源，以及与采煤业很密切的炼焦、电力等工业大量排放污水，也是造成水资源破坏的一个重要方面。

2.2 矸石山存在自燃、爆炸垮塌的风险

经过大量的资料收集与分析发现，地裂缝的产生原因除了地质作用之外，与地下水也有着明显的联系。该矿区岩土裂缝彼此平行，但间隔距离不等，相邻裂缝的最小间距为0.6 km、最大间距为2 km。地裂缝严重破坏了周围的土地、水域和大气，矸石中的有害成分通过径流、淋溶和大气飘尘，不少地方的矸石山存在自燃、爆炸垮塌的风险。

2.3 地裂缝问题呈现上升趋势

采空区塌陷和地裂缝破坏了原来平整的土地，使其高低起伏裂缝最长可达几十千米，活动方式以缓慢运动为主，由此导致上盘呈现下降趋势、下盘呈现上升趋势。针对该矿区展开的调查还发现，近年来当地承压水的过度开发已经成为了地裂缝问题出现的一大诱因[2]，结合相关数据可知，承压水位明显下降能够对地裂缝的发展与延伸产生推动作用，使其加速恶化。

总之，地陷区岩土材料的特点在于不确定性高，对勘察结果的影响较大，因此，在实际的勘察环节中，必须重视地陷特性，通过对工程地质的诊断，来获取所需的各项数据，为后续复垦治理工作提供指导。

3 地陷勘探方法及勘察要点

山西省地质勘查局地质队通过地陷勘察和综合分析，查明了地面塌陷造成的损失和灾害特征，对矿区及周边地质灾害危险性进行了预测评估，并提出了工程勘探方法及勘察要点建议。根据该工程的特点和地层情况，本次勘察主要采用钻探、原位测试、室内土工试验和地区经验相结合的方法进行综合评价。在具体实施中，须重视对勘察方法的合理确定，提升勘察工作的严谨性。

在样品处理过程中，本实验对枸杞子的引湿性、动态水分吸附曲线进行测定，发现此品种极易吸潮。当环境湿度大于40%时，干燥后的样品在粉碎过程中再次吸潮，粉碎后的粉末黏附，严重影响工作进度。因此，在实际工作中，应严格控制粉碎环境的湿度，将湿度范围控制在20%～30%，样品不易吸潮，粉碎效果佳。

1)勘察方案按桩基考虑。

勘探点平面布置按详勘阶段要求，根据GB 50021—2001岩土工程勘察规范(2009年版)中4.9.2条及JGJ 94—2008建筑桩基技术规范中3.2.2条规定，本次勘察以建筑物布局和场地条件按角点、周边线进行布置，平面间距20 m～35 m。另外由于基坑开挖深度较大，勘探范围应满足基坑边界外开挖深度2倍～3倍的要求，由于A6地块周边即为企业总部园区道路，故本次勘察基坑外土的抗剪指标依据山西省第四地质工程勘察院《长治市企业总部园区道路及地下管网岩土工程勘察报告》中结果。

2)控制孔深度按预计桩端平面以下1.5b的深度并满足抗震评价要求为50 m[3]。

一般孔深度按预计桩端持力层或最大桩端入土深度为40 m，裙楼勘探孔深度为20 m。

3)考虑到目前国内勘察现状，静力触探受人为因素的影响最小，可靠性较高。

如果和钻探配合能达到很好的效果。根据场地土质条件，本次勘察地基评价原则上以原位测试为主，有助于缩短勘察周期，提高勘察质量。

4 勘察实验和工程处置措施

经过全面分析与综合考量，该矿区的岩土勘察采用静力触探法进行。

此种方法适用于特殊工程，能够通过原位测量，帮助获得工程所需的原始数据，具有较高的实用价值。结合塌陷工程应用实践来讲，合理运用静力触探法进行工程勘察，不仅有助于减小数据误差、保证勘探结果的有效性，还能够在多种实验条件下获得较为有价值的资料[3]。

1)钻探采用XY-1型工程钻机2台，水位以上薄壁钻头锤击钻进，水位以下清水回转钻进。

取样钻孔中用厚壁敞口取土器，用重锤少击法采取，土样等级为Ⅱ级；土样采取后现场胶带密封，贴标签封存。

2)室内试验。

剪切试验采用三轴剪切试验；液限由锥式液限仪测定；具体试验方法详见表1。

表1 室内试验项目

3)原位测试试验。标准贯入试验采用机械式自由落锤装置，先贯入15 cm，然后开始计数，贯入30 cm的锤击数作为该次标贯的原始击数。静力触探采用浙江省宁波勘测机械厂生产的KYJ-15型静力触探车，JTWJ-2全自动数字采集仪，放大器采用FD-P204型全程式浮点动测仪，记录仪采用IBM笔记本电脑。矿区岩土勘察中借助此种方法可以获得多项有用数据，来明确岩土性质，获得所需的参数，确定岩土勘察对象的物理性质。

4)考虑到土样在地下深处处于三向应力状态，取样后由于应力状态变化，某些指标离散性较大且会失真。原位测试基本上是在原位应力条件下对岩土体进行试验，其测试结果有较高的可靠性和代表性[4]。勘察是确定处置措施的基础，只有保障勘察结果的准确性，才能保证处置措施的针对性和有效性。

5 结语

为了提高勘察质量，本次勘察对静力触探深度内土层的评价以原位测试为主。矿区岩土勘察具有一定的挑战性，需要相关人员在工作中严格履行职责，保持细致、负责的工作态度，以保证勘察结果的有效性和参照价值。矿区土地勘察涵盖水文、岩土工程等多个行业，而且每个矿区的地质环境问题不一样，设计难度很大，这需要在勘察设计、施工和验收等各个环节进行进一步的探索。鉴于矿区环境各不相同，在具体项目中还需要具体问题具体分析，以保证方法与需要相适应。

[1] 黄河古贤水利枢纽工程规划简述[Z].2015.

[2] DL/T 5107—1999,水电水利工程沉沙池设计规范[S].

[3] 佘诗刚,林 鹏.中国岩石工程若干进展与挑战[J].岩石力学与工程学报,2014(3):433-457.

[4] 刘永霞.矿区工业建筑工程的岩土勘察及地基处理技术[J].民营科技,2015(12):37-38.

Abstract: Taking geotechnical investigation engineering of subsidence area of the mining area in Shanxi province as an example, the paper discusses the subsidence area conditions, analyzes geotechnical environment cracking hazards of subsidence area, studies ground subsidence investigation points and engineering processing measures, and finally suggests to apply static sounding method for carrying out geotechnical engineering survey, which guarantees geotechnical investigation and engineering smooth of subsidence area of mining area.

Key words: mining area, ground subsidence, static sounding, geotechnical investigation

Study on subsidence geotechnical investigation methods and engineering processing measures in mining area

Zhang Shaojun

(ShanxiGeologySurveyBureau212thGeologyDepartment,Changzhi046000,China)

2016-03-13

张少军(1979- )，男，助理工程师

1009-6825(2016)15-0082-03

TU412

A