硫磺溝煤礦采空區工程地質勘察及其對工程影響的分析

摘 要:通過對硫磺溝煤礦場地的勘察，分析了其地層特征、鉆探過程中的漏漿現象以及空洞成因，并對場地的適宜性進行了評價。

關鍵詞:采空區 地質勘察 適宜性

中圖分類號:TD1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0063-01

1 引言

硫磺溝煤礦地處天山隆起帶北坡地帶，大地構造位于阿克德向斜南翼，地層走向為北東-南西走向，為一向西北傾斜的單斜構造。兗礦新疆礦業有限公司硫磺溝煤礦進行改擴建工程，需要增設一處工業場地，以備地面建筑設施之用。場址選定后，考慮到礦井四周多有采空區的存在，而本場地下是否也存在巷道及采空區，因無資料可查，給地面建筑的建設造成了隱患。

2 場地地層

采空區調查勘察揭露的地層由新至老主要為人工回填層、河床相沉積的卵礫石層以及侏羅系西山窯組泥質巖類及煤系地層。

(1)人工回填層。地表0～2.0m厚度內多見有黑色的煤渣、煤矸石和少量粉砂、粉土物。其下至8.0m左右以河床相卵礫石(含漂礫)回填。該回填層在不同位置回填物質不盡相同，但大部分回填物以卵礫石(含漂礫)、煤矸石為主。

由于煤場運行已多年，運煤車輛的碾壓等已使回填層處于稍密-中密狀態，鉆孔進尺難度較大，鉆孔的孔壁除靠近頭屯河防洪堤一線有塌孔和泥漿滲漏外，其它地段回填層中一般無漏漿和坍塌現象。

由鉆孔資料顯示，該回填層在場地內皆有分布，場地南段和中段較厚，北段較薄，回填層厚度3.0～8.0m不等。

(2)河床相含漂礫的卵石層。青灰色，中密-密實，稍濕-飽和，顆粒的磨圓度較好，多呈近圓狀，分選一般，多含漂礫。地表可見漂礫直徑可達60cm，砂泥質充填。此層在場地內皆有分布，沉積厚度5.0m左右，鉆進難度較大。

(3)侏羅系地層。以泥質鈣質的泥巖、泥質砂巖為主，淺灰色，除與第四系接觸面有厚度不大的呈破碎狀的強風化體存在外，其下均呈中等和微風化狀態。巖芯成柱型較好，柱體一般在10～25cm左右，最長可達60cm。

(4)煤層。根據硫磺溝煤田地質資料與本次采空區勘察鉆孔揭露的巖芯資料可知，硫磺溝煤礦井田范圍內主要存在3層可采煤層:①為4～6號煤層，厚度約5～6m。②為7號煤層，厚度約1～2m。③為9～15號煤層，厚度約30～35m。

調查區在靠近河床防洪堤一帶的4-6號、7號煤層因河床水流的沖刷剝蝕，大部分已缺失。而遠離河床區段其它鉆孔中都可見到4-6號煤層、7號煤層，而9-15號煤層除15#鉆孔缺失外，其他鉆孔中都有出現，且厚度完整。

3 漏漿現象及空洞成因分析

(1)根據1號、2號鉆孔揭露的深度、巖性、見煤狀況、空洞的高度以及采煤巷道在地面上的投影和對六號豎井參加采煤工作的老工人的詢問等情況綜合分析可知:硫磺溝煤礦六號豎井采掘工作是嚴格和正規的，采煤的主巷道和回風巷基本上是沿煤層走向而行。在地面上的投影是沿煤礦北側山體的山腳一線搌布，主巷道和回風巷之間的地段則是六號豎井采掘工作面。運輸巷基本垂直于主巷道和回風巷道布置。而回風巷的布置則在采煤工作面一側的上方，煤礦嚴格要求回風巷與采煤工作面之間必須留有15～20mm的安全煤柱，以此來保證回風巷的正常運行和正常的安全生產，否則屬犯規作業。據了解，主巷道和運輸巷的寬度和高度一般都在2.0～2.5m，而回風巷的巷道高度和寬度在1.0～1.5m。采煤高度基本為煤層厚度。

根據鉆孔揭露的深度，煤層厚度、煤質可以確定，鉆孔所遇掉鉆位置處的煤層屬9-15號煤層無疑。

由鉆孔揭露的空洞高度、回風巷在地面的投影位置以及硫磺溝煤礦六號豎井回風巷高度位置相一致的特征，可以確定1#、2#鉆孔出現的空洞不是采空區而是六號豎井的回風巷道。

其次，由鉆機施工泥漿滲漏的情況，巖芯較完整的情況分析，六號豎井回風巷頂部還未出現塌落與滑移破壞現象，巷道保持完好。

(2)由于9-15號煤層在工業場地沿河床一帶多出露于地表，屬易開挖煤層，采煤的方法無規劃和統一性，為亂采區，采掘后留有大量的采坑，這些留有的采坑隨年代的延續、人為的活動、頭屯河洪水期洪水的淹沒，洪水中攜帶細顆粒物的堆積，以及后期人為的回填，最后使采坑至平。而后期硫磺溝煤礦和早期用于農用耕地、平整耕地時在其上又大量的回填了卵礫石和煤矸石等物質。這些物質顆粒粗大，留有大量的空隙，因此當鉆孔進尺到該層面時便出現了大量的漏漿、孔壁坍塌，但不掉鉆的現象。由此我們認為工業場地沿防洪堤一線是私人露天采煤的挖掘區，采煤的最大深度自現場地面下約16.0～19.0m，漏漿深度即為前期回填和后期回填的分界面，同時可以確定該區間沒有采空區，只為回填區。

(3)15號鉆孔揭露的空洞，根據空洞的深度，洞底破碎物的存在，以及了解到的萬家窯礦井曾發生透水事故的問題綜合分析，我們認為該地段屬采煤區段，空洞產生的原因即為萬家窯煤礦在此處采煤遺留的采煤工作區，即屬采空區。該采煤區頂板巖體已大面塌落，已接近第四系或人工回填層底層高度，隨時都有塌陷坑出現的危險。

4 建(構)筑物場地適宜性評價

(1)工業場地東端。本次勘察在工業場地內東端布置的1#、2#鉆孔均鉆探到回風巷道位置。由在硫磺溝煤礦調查的情況得知，回風巷至采煤工作面之間存在15-20m寬的安全煤柱，為驗證回風巷的穩定安全生產的目的，安全煤柱的寬度內是嚴禁采煤的。

因此，我們在計算采空區影響范圍時，將回風巷以東15m的距離外認為是采煤邊界，由此來計算東端的采空區影響邊界。

(2)工業場地的北端。由布置在北端的1#、3#鉆孔以及工業場地主斜井巷道采掘資料可知，此3點位置處基巖與煤層完整性較好，可認為不存在采空區。再向北西為現煤礦礦部區，根據硫磺溝煤礦采掘資料，無采煤作業行為，可認為非采空區。

(3)工業場地的西端。15號鉆孔處在采空區上，由地面地勢下洼的形態，14#、5#鉆孔大量漏漿的情況，以及9-15號煤層在地面的露頭位置，大致可以確定15#鉆孔東10m的位置，可認為是采空區的邊界。

如上述的3個邊界經采空區間的劃分，可確定建筑場地的安全位置(見表1)。

由在工業場地的鉆探資料反映出的空洞位置，經分析對比確立空洞形成的原因，確定采空區邊界位置，再用圖解法的計算公式劃定工業場地范圍內危險區、移動影響區和安全區的范圍界限。一般來講，安全區可布置和建設建筑物，移動影響區和危險區不可作建筑場地使用。

參考文獻

[1]張永波，等．老采空區建筑地基穩定性評價理論與方法[M]．北京:中國建筑工業出版社，2006.