井田采区范围内房屋裂缝影响调查浅析

宋丽君

(山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011)

地质调查工作是个系统工程，煤矿采区附近，造成房屋墙体裂缝、地面塌陷的因素是多方面的，应综合分析，采用多种调查手段结合，文中所列的勘查实例是通过地面调查、周边水井调查、井下测量手段等，经室内整理分析、理论计算后得出较为科学的结论，以解决煤矿与厂区、村民的矛盾，服务社会。

1 工程概况及调查方法内容

1.1 工区概况

山西天地王坡煤业有限公司（以下简称王坡煤业）井田横跨晋城市泽州县下村镇和沁水县樊庄乡，井田北部有山西武神山泉水有限公司（以下简称山泉水业），位于下村镇裴庄村西北约360m，厂房占地面积约1000m2，见图1。因厂区怀疑墙体裂缝是由于煤矿开采影响造成的，为此进行调查工作。

调查区属构造剥蚀中低山区，沟谷发育，切割较破碎，地形坡度多为10°～20°，地势为东北部高，西南部低，最高点位于东部山梁上，海拔1253.07m，最低点位于西南部沟谷内，海拔962.42m。

村级公路东西向贯穿调查区，山泉水业厂房位于裴庄村西北359.05m村级公路旁，山泉水业出水点位于厂房南部，村级公路南沟谷下，为下降泉，出水层为二叠系上石盒子组中细粒砂岩裂隙含水层。王坡煤业3215工作面位于调查区东部，沿北偏东向展布，距离西部裴庄村500.41m。山泉水业厂房距离3215工作面859.46m。

1.2 调查内容及调查思路

本次针对山泉水业厂房开裂与王坡煤业3215工作面回采产生地面裂缝是否存在关系，进行了实地调查、实地测量，主要包括以下几个方面：

（1）实地调查了3215工作面北部地裂缝分布发育特征，裴庄村民居房体开裂分布及发育特征，裴庄村民井水位变化调查；

（2）山泉水业厂房房体开裂实地调查及测量；

（3）对王坡煤业井巷系统进行定测，校验井巷坐标系统；

（4）通过实地调查及测量工作，整理分析3215工作面回采产生地裂缝分布特征及范围；

（5）整理分析山泉水业厂房房体开裂特征；

（6）理论计算3215工作面回采产生地裂缝分布范围；

（7）综合分析比对，厂房开裂是否与3215工作面回采存在关系。本次技术路线图见图2。

图2 本次调查工作技术路线

2 调查工作分析

2.1 煤矿3215工作面北部地裂缝实地调查及测量

本次实地调查于3215工作面北部两侧共计调查地裂缝11条，延伸方向北偏东向，延伸长度2.5～20m不等（大部分地裂缝被村民耕地时填埋，无法追踪），地裂缝性质多为拉张性，局部处于工作面采空上方为挤压性质，均处于发展中。

2.2 裴庄村民居房体开裂实地调查及测量

此次对全村进行了调查，共发现5户民居房体开裂，调查结果如下：

（1）开裂房屋一（KL1）位于裴庄村东部，村级公路北，仅见房体东面墙体垂向开裂，其余墙面未见开裂，裂缝宽3～6cm，开裂时间不详（房屋无人住），村庄路面未见明显开裂。

（2）开裂房屋二（KL2）位于裴庄村东部，村级公路北10m左右，户主侯君社，建房时间2006年，2013～2014年出现开裂，东屋、南屋及北屋均出现墙体开裂，房屋南侧墙体见明显开裂，房屋北面墙体未见明显开裂，墙体未见明显变形，地面见明显裂缝，裂缝宽度0.1～0.5cm，延伸长度10m，延伸方向北偏东向。

（3）开裂房屋三（KL3）位于裴庄村东部，村级公路北28m，户主侯江同，建房时间1995年，2013年出现开裂，南屋、北屋出现墙体开裂，墙体未见明显变形，地面见明显裂缝，裂缝宽度0.1～0.5cm，延伸长度15m，延伸方向北偏东向。

（4）开裂房屋四（KL4）位于裴庄村东部，村级公路南80m，户主侯广茂，建房时间2011年，2014年出现开裂，西屋墙角出现开裂，地面未见明显裂缝，裂缝宽度0.2～0.5cm。

（5）开裂房屋五（KL5）位于裴庄村东部，村级公路南30m，户主侯旭正，地面发现裂缝，裂缝宽度0.1cm。

从上述调查可以发现，裴庄村内地裂缝（房体开裂）延伸方向基本为北偏东向，分布于村庄东侧，并未向西部发展。

2.3 水井调查

调查水井位于裴庄村东部，村级公路南60m左右，坐标X：3953408，Y：653101，建于1982年，石砌，井径0.8m，井深18m，水位埋深10m，井口标高+1097m，含水层时代为第四系中上更新统粉砂土、粉砂，水位随季节变化，雨季时水位埋深9～10m，旱季时水位埋深17.6～17.7m，跟往年同期水位相比，水井水位未见明显下降。

2.4 山泉水业厂房墙体开裂调查

山泉水业厂房建筑面积约1000m2，坐北朝南而建。其中厂房北墙与东墙出现明显开裂，其余墙面未出现开裂，墙面开裂呈剪切开裂形态，裂缝宽度0.1～0.5cm，墙体出现明显变形，北墙向北外侧变形，东墙向西内侧变形，地面未见明显连通裂缝。

3 测量

3.1 井下测量

采用井下测量对山西天地王坡煤业有限公司按15″级要求施测井下导线，并对武神饮用水厂以及地质灾害点进行了测量。

矿区周边有矿方近井点 S（E级GPS)、S1（E级GPS)、G1（7″级导线点)、G2（7″级导线点)上述点位标志完整，保存完好。其成果为1954北京坐标系，3°带投影，中央子午线为114°，1956黄海高程系。在上述G1、G2两个地面控制点的基础上使用全站仪采用测距导线法沿副斜井、集中辅运大巷到3215回采工作面运输顺槽绕道内积水点；再沿集中辅运大巷到3215回采工作面回风顺槽绕道口按15″级要求施测导线。

3.2 水厂与地质灾害点测量

在上述4个控制点的基础上，使用灵锐S86T双频双星RTK GPS接收机（3台/套）使用动态测量模式，数据链选用自设基准站电台，进行地形测绘。

在控制点的基础上进行地形点、地质灾害点测绘。地形测绘以地物的特征点逐点进行测量，外业绘制草图，标注地物等特征点点号及其走势。

地质灾害点的数据采集工作在相关人员的带领下，测绘作业人员依据灾害点的形状逐点进行了测绘，并绘制外业草图，标注点号。在控制点G2、G1的基础上用Excel计算得到导线点成果。经检查无误后，运用ZH⁃MAP3.0数字化成果软件将井下实测巷道、地物的特征点、地质灾害点标绘于图上，明确其相对位置关系。

本次测量共施测15″级导线3.8km、武神饮用水厂、地质灾害点43个。经内业计算机成图，与王坡煤业井下巷道系统吻合。

4 理论计算

我国习惯上采用边界角确定开采沉陷边界；用移动角确定有害影响边界；用裂缝角确定沉陷区的地表裂缝边界（边界角、移动较及裂缝角示意图如图3所示）。这些确定开采沉陷不同影响范围的角度参数主要与覆岩性质、开采方法和开采程度有关。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》中主要矿区实测的比较完整的地表移动资料，本矿3215工作面沿煤层走向布设，计算采用走向移动角δ 67°及走向裂缝角参数δ″78°，松散表土层移动角采用45°，厚度取20m。

图3 边界角、移动角及裂缝角示意图

选取工作面顺槽A、B、C、D、E、F六个点，分别予以计算六点有害影响边界S1及地表裂缝边界宽度S2（公式见下文），连线圈出有害影响边界与地表裂缝边界，具体见表1。

4.1 计算公式

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》，理论计算公式：

式中：S1——有害影响边界宽度，m；

S2——地表裂缝边界宽度，m；

S——留取的围护带宽度，m；

h1——岩层厚度，m；

h2——黄土层厚度，m；

δ——岩层走向移动角，（°）；

δ″——岩层走向裂缝角，（°）；

ψ——黄土层移动角，（°）。

4.2 参数选取

（1）村庄房屋属于Ⅲ级保护对象，围护带宽度（S）取10m；

（2）黄土层覆盖层（h2）取20m；

（3）松散层移动角（ψ）取45°；

（4）岩层走向移动角（δ）取67°；

（5）岩层走向裂缝叫（δ″）取78°；

（6）岩层厚度（h1）：根据地面点的标高不同，相应点的岩石层厚度也不同，将其划定范围内村分段来计算各段相应岩石厚度。

5 对比分析

（1）通过对3215工作面北部地裂缝实地调查发现，村级公路上及两侧发现的地裂缝延伸方向同3215工作面布设方向呈相关性，大部为近南北向，大致为直线形态。

（2）裴庄村民居开裂里KL2、KL3延伸方向呈近南北向，通过调查裴庄村内地裂缝（房体开裂）仅分布在村庄东部，西部并未发现。

（3）通过理论计算，我们得出地表裂缝边界宽度134.71～160.95m，有害影响边界宽度239.10～291.50m，也并未发展至村庄西侧。

（4）通过对山泉水业厂房开裂实地调查发现，厂房开裂主要呈剪切开裂形态，与房屋墙体变形引起的剪切力有关，且地面也无发现明显连通裂缝。

（5）通过井下测量，并经内业计算机成图，与王坡煤业井下巷道系统吻合。

综合实地调查、理论计算及对比分析，得出山泉水业厂房开裂与王坡煤业回采工作面形成的地裂缝没有直接关系。

6 结论

本次地质调查工作，通过实地、井下测量等手段，运用理论计算及对比，得出厂房裂缝成因与煤矿开采在现阶段无直接影响关系的结论，阶段性解决了厂区与煤矿之间矛盾问题，随着煤矿采掘活动的进行，可能会产生后继影响，就现有资料收集而言，获得了比较客观、真实反映实际的综合资料解释图件，不足之处是对房屋裂缝、地裂缝成因未能查明其原因，进行对地下巷道的实测、其边界基于理论计算分析，建议今后工作中可针对性开展综合调查、勘查方法的使用，利用物探、钻探等方法可以有效解决煤矿采区影响等地质任务。

表1 理论计算统计表