小窑煤矿采空区勘察及工程实例

何忠育

摘要：高层建筑的兴建和土地的合理规划利用，在采空区修建高层建筑物对采空区的稳定性提出了更高的要求。本文就小窑煤矿采空区的勘察工程实例对采空区煤矿岩土工程勘察问题进行了分析和探讨。

关键词：小窑煤矿采空区；岩土工程勘察；工程实例分析

中图分类号：U212.22 文献标识码：A 文章编号：1674-3024（2016）06-88-01

前言

我国煤矿采空区分布范围较广，属于隐蔽、复杂、地表变形范围大、容易引发地质灾害的不良地质场地，采空区地表的不均匀下沉和水平变形、垮塌等灾害给工程建设及运营带来了较为严重的的安全隐患。随着社会的不断发展和我国建筑业的快速发展，尤其是高层建筑的兴建和土地的合理规划利用，在采空区修建高层建筑物对采空区的稳定性提出了更高的要求。本文就小窑煤矿采空区的勘察工程实例对采空区煤矿岩土工程勘察问题进行了分析和探讨。

1.小窑采空区工程地质勘察

煤矿小窑开采特点：小煤矿投资小，急功近利，采煤没有规律，哪儿有煤朝哪儿采，哪儿煤好朝哪儿采。小煤矿采煤方法落后，因开采设备落后，基本上采用巷道式、房柱式采煤；采空区也是巷道或仓房，尤其是生产过程中不注意汇集各种资料，导致井下情况不明，小煤矿采空区塌陷规律也很难寻。

小窑采空区岩土工程勘察应采用搜集资料、调查访问，地质测绘、物探和钻探等综合勘察手段，了解开采历史、开采方式、开采能力等，分析区域地质资料和水文地质条件，初步确定开采层位，圈定采空范围和采空程度，以物探为先导，指导钻探验证采空范围。

2.工程实例分析

2.1项目概况介绍

该项目位于山西省晋城市泽州县，该项目主体为2栋高层建筑，建筑层数均为18F。该场区内及周边存有煤矿采空区，有关采空区的大小与现状还不清楚，现需要进行采空区岩土工程勘察。

2.2采空区勘察工作概述

（1）调查情况。勘察区内9号煤层位于太原组地层中下部，煤层厚度在区内约1.5m，煤层厚度及层位比较稳定，煤层顶板为石灰岩，底板为泥质砂岩。

调查主要走访了附近小煤矿原矿上工作人员，基本属于私挖乱采的情况，当时并没有形成文字资料。场地内9号煤层开采时间为1990-2000年，开采方式主要为巷柱式开采，巷道宽度约2.0m。局部存在房柱式开采，开采工作面宽度最大达到8m。巷道及采区支护主要为临时支护，采煤完成后，任其自由垮落。其开采属于无规律开采，没有较好的开挖计划，故在开采过程中出现过两个煤矿的巷道打通现象，产生了重复开采，甚至交叉开采了其它煤矿保安煤柱的现象。

（2）物探勘查。本次工作按9#煤层开采影响范围结合地形特点布设剖面，按规范从西南角起，测线由西向东由南向北增大，

瞬变电磁法剖面线共7条，剖面总长520m，基本点距lOm，瞬变电磁测点56个，另完成质量检查点3个物理点。

高密度电法剖面共布置5条，剖面总长725m，点距5m，完成测点145个，另完成质量检查点8个物理点。

地震映像法剖面共布置10条，剖面长53-85m，偏移距2m，道间距1m，剖面间距10-15m。

（3）钻探验证。钻孔根据国家有关规范，布置勘察孔13个，钻探总进尺829.0米。对不同岩体进行取样并进行室内试验共计53件。均布置在物探勘查划定异常区域内，均穿透9#煤层。勘察区内9#煤层采厚1.5～1.8m，平均1.64m，开采深度为37.8m～41.8m，采深采厚比为23.6～26.1，平均为24.9，属于浅层采空区，煤层倾角约5度～6度，小于15度，接近水平。煤层顶板为石灰岩，底板为泥质砂岩，野外钻探中8个钻孔均在9号煤层层位附近出现间断掉钻或卡钻，并有大漏水现象，钻探提取物为破碎状砂质泥岩、石灰岩、煤泥、煤渣，且存在吸风现象，判断该地段为9号煤层开采后煤层顶板塌陷，使得上部岩体垮落。剩余5个钻孔均存在大量漏水现象，判定为受采空区影响，为采空影响区。发现煤层顶板塌陷的钻孔占发现9号煤层采空钻孔总数约2/3。9#煤层上覆岩层中泥岩岩芯采取率约40%、砂岩岩芯采取率在65%-80%之间、石灰岩岩芯采取率在60%-70%之间。采空区顶板局部冒落，采空区上部岩层裂隙较为发育，采空区充水。垮落带高度约5.0～6.0米，断裂带高度约11.5～21.0米，由于受9号煤层地表变形的影响，该带可认为直接发育至地表。

（4）矿井停采时间约15年，地表变形基本结束，属于残余移动期采空区，根据现场调查资料，目前场地内9#煤采空区引起的地表移动和变形在空间上和时间上是不连续的，地表移动和变形没有严格的规律性，地表主要表现为裂缝，该采空区引起的地表变形属于非充分开采条件下非连续的地表变形。经计算评价，9#煤层剩余下沉值为535mm，大于容许值400mm，剩余曲率值为2.25mm，大于容许值0.2mm；最大剩余倾斜值28.2mm/m，大于容许值10.0mm/m；最大剩余水平变形值10.7mm/m，大于容许值6.0mm/m，由此判断9#号煤层采空区不稳定。

（5）勘察结果表明：煤层深厚比（H/m）值均小于30，地表移动变形值超过容许值，说明采空区处于充填状或半充填状态，采空区地表变形还未结束。9#煤层采空区剩余变形量足以引起地面塌陷，直接影响着建筑物的质量和安全，必须对采空區进行治理。

3.结束语

通过资料搜集、调查、物探、钻探等手段综合勘察，基本查明了采空区影响范围及规模，取得了较好的效果，能满足采空区治理施工图设计的要求，

采空区拟建建筑物的处理措施包括采空区治理、地基基础处理与设计及建筑物的建筑、结构设计。该场地对应的地下采空区尚未完全、充分垮落，为确保拟建建筑物的功能可靠、结构安全，建议应对采空区进行注浆治理。