拟建建筑物下伏多层采空区评估简析

马 涛，高 博（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

拟建建筑物下伏多层采空区评估简析

马 涛，高 博
（北京市地质工程勘察院，北京 100048）

煤矿采空区上修建建筑物容易产生沉降变形、房屋开裂，对于在下伏多层采空区上方修建建筑物（群）如何进行定性和定量的评估成为场地适宜性的关键问题。由于采空区开采的随机性，不仅要掌握采空区分布，还要通过工程勘探手段对掌握的资料进行验证，才能保证评价工作的科学合理。同时要对采空区按照分布情况分类，进行有针对性的多种方法的定性、定量计算，根据计算结果评价采空区。本文对如何运用物探、钻探等辅助手段对建筑场区的适宜性进行综合评价，以期对后续工程建设提供参考。

采空区；地灾评估；瞬变电磁法

0　引言

某旅游开发项目位于北京市门头沟区王平镇吕家坡王平村。王平村井田属京西煤田，石炭二叠系杨家屯煤系，是含煤较丰富的地段，1950年一些小窑合并成安家滩矿，1964年安家滩矿与王平村矿正式合并为王平村矿。井田有着较早的开采历史，有百余年小窑开采历史，场区的采空区成为对场区适宜性评价的关键问题。

1　场区地质灾害分析

王平村矿小窑遍布，许多小窑的开采无据可考，这对项目前期开发的地质灾害评估分析工作带来较大难度。而且项目区煤炭开采活动对地质环境影响大，是导致区域内地面塌陷、坡体垮塌等地质环境问题的主要原因。采空区上的建筑物很多已经产生沉降变形、房屋开裂等地质灾害隐患。部分山体岩体陡峭，煤层开采导致了项目场区内存在着崩塌危险。矿区开采形成的大量固体废弃物堆积在沟谷处为泥石流形成的物质条件。所有这些地质灾害都与采空区有关，所以，对采空区的评估是场区适宜性评价的关键问题。

采空区的形成和破坏机理极其复杂，只通过单一的工程手段对其进行全面的评价是极为不合理和不科学的。总体上采用了调查走访、收集资料、现场勘探并结合多种方法对采空区进行定性和定量的分析和科学合理的评价。

通过调查走访，调阅了该区域的地质图，对王平煤矿可查的一些资料进行梳理。了解到了王平煤矿历史、煤层煤田的分布、储量和已开采情况。地质条件方面，项目区的中部位置有一条沿西南—东北走向的平安沟断层，这条断层将项目区分为了北翼和南翼两部分，多个褶皱和平安沟断层的共同作用将场区内的煤层分为了两种地质构造，南翼的煤层较为平缓，北翼的煤层倾角较大（图1、图2）。在场区范围内，王平煤矿有据可考的曾经开采过的煤层共有4层，从地表算起，自下而上分别为三槽、四槽、五槽和六槽。场区内4层煤层在南翼和北翼均有分布，开采以南翼为主。

2　采空区的现状评估

初步掌握了煤层和开采情况后，有针对性的对采空区现状进行勘探。勘探手段采用了物探和钻探相结合的方法，钻探方面，对可能存在的浅层采空区位置进行了勘察（图3～6），在布置的24个孔中，有3个孔发现了地下空洞，地下空洞在地表以下30m深度范围内。物探方面，考虑到场区大部分采空区埋深较大，选用了能满足探测深度要求的瞬变电磁法对不同深度采空区和地质构造进行探测（图7、图8）。共完成TEM测线6条，测点176个。共探测到采空区异常11处，采空引起的大规模塌陷异常2处，严重塌陷3处，破碎（断裂）带异常2处，煤层异常4处。

3　采空区的综合评价

通过现场的勘探手段，我们已经对采空区的分布有了一定程度的了解。由于采空区形成的随机性和复杂性，而且场区下伏4层采空区，平面和深度分布都比较凌乱，评价工作难度较大。采空区的评价应采用多种手段，对其进行综合评价才能更有效的为后续采空区的治理提供依据。结合多部规范、工程经验和现场勘探得到的数据，从采空区地表有无直接塌陷特征，采空区冒落带、裂隙带及弯曲下沉带的分布深度与厚度、采空区的采深采厚比、采空区可能发生的最大变形量等多方面，综合评价采空区稳定性。

采空区稳定性的评价基于以下几个原则：①采空区内有直接塌陷坑、地裂缝及坡体滑塌等灾害现象的直接判定为不稳定区域。由于地表移动和变形引起边坡失稳和山崖崩塌的地段不宜作为建筑场地。②根据钻孔探明空洞深度与厚度，计算冒落带与裂隙带深度与厚度，裂隙带直接达到地表的判定为不稳定区域。③如果采空区冒落带与裂隙带未达地表，则计算采空区可能发生的最大沉降量、地表倾斜量、地表曲率、水平变形量等，模型计算自然稳定状态下最小采厚比值，采深采厚比小于30的地段需评价其适宜性。④计算采空区衰退期，推算地表持续移动时间，判断煤矿采空区地表是否继续持续移动。⑤根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，采用垂线法计算保安煤柱和采空塌陷变形范围。⑥采空区地表倾斜≥10mm/m，地表水平变形≥6mm/m或地表曲率≥0.6mm/m2地段不宜作为建筑场地。⑦特厚矿层和倾角大于55°的厚矿层露头地段不宜作为建筑场地。

以上原则均属于定量评价，只要场区的某一部分符合其中的一条和几条，该部分即划分为不宜建筑的场地。

图1　项目区地质构造图Fig.1 Geological structure diagram in the project area

图2　项目区地质构造剖面示意图Fig.2 Profile of geological structure diagram in the project area

图3　南翼三槽煤采空区分布图Fig.3 Scatter gram of abandoned stope in the third groove of South wing

图4　南翼四槽煤采空区分布图Fig.4 Scatter gram of abandoned stope in the fourth groove of South wing

图5　南翼五槽煤采空区分布图Fig.5 Scatter gram of abandoned stope in the fifth groove of South wing

图6　南翼六槽煤采空区分布图Fig.6 Scatter gram of abandoned stope in the sixth groove of South wing

图7　物探平面布置和异常区分布图Fig.7 Plane arrangement of geophysical prospecting and abnormal area distribution

图8　测线4 TEM二维反演剖面图Fig.8 The fourth line 2D inversion profile

4　结论

（1）采空区的评估和治理一直以来都是世界公认的难题，采空区的评价工作中，搜集资料和走访调查是必不可少的基本手段，由于采空区开采的随机性，掌握了采空区分布资料后，还要通过工程勘探手段对已掌握的资料进行验证，才能保证评价工作的科学合理。

（2）有了采空区在地下的分布情况后，应对采空区按照分布情况进行分类，然后对各类采空区进行多种方法的定性和定量的计算，根据计算结果来对采空区进行评价。

（3）采空区的评价不仅要用来进行场区的适宜性评价，而且还要对后续的采空区如何治理提供依据。

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Evaluation on the Proposed Buildings on the Coal Mine-out Space with Underlain Multilayer

MA Tao， GAO Bo
（Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering， Beijing， 100048）

To construct buildings on the coal mine-out space will be easy to produce deformation and settlement，building cracking. How to carry out qualitative and quantitative assessment of multilayer abandoned stope under the proposed building becomes the key issue in the feasibility of field. Due to mining the randomness of the minedout area， when mined-out area distribution of information is mastered， validation of the engineering exploration of master data is to ensure scientific and reasonable evaluation work. The distribution of mined-out area should be classified. And then a variety of targeted methods of qualitative and quantitative calculation are used to classify the mined-out areas. Finally， the mined-out area should be evaluated according to the calculation results. This article discusses how to use the auxiliary methods such as geophysical prospecting and drilling to comprehensive evaluate suitability of building area in order to provide reference for subsequent engineering construction.

Mine-out space； Geological disaster assessment； Transient electromagnetic method

P694

A

1007-1903（2016）01-0048-004

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.010

马涛（1981- ），女，工程师，主要从事岩土工程设计工作。E-mail：garfield_mt@126.com