擬建建筑物下伏多層采空區評估簡析

馬 濤，高 博（北京市地質工程勘察院，北京 100048）

擬建建筑物下伏多層采空區評估簡析

馬 濤，高 博
（北京市地質工程勘察院，北京 100048）

煤礦采空區上修建建筑物容易產生沉降變形、房屋開裂，對于在下伏多層采空區上方修建建筑物（群）如何進行定性和定量的評估成為場地適宜性的關鍵問題。由于采空區開采的隨機性，不僅要掌握采空區分布，還要通過工程勘探手段對掌握的資料進行驗證，才能保證評價工作的科學合理。同時要對采空區按照分布情況分類，進行有針對性的多種方法的定性、定量計算，根據計算結果評價采空區。本文對如何運用物探、鉆探等輔助手段對建筑場區的適宜性進行綜合評價，以期對后續工程建設提供參考。

采空區；地災評估；瞬變電磁法

0　引言

某旅游開發項目位于北京市門頭溝區王平鎮呂家坡王平村。王平村井田屬京西煤田，石炭二疊系楊家屯煤系，是含煤較豐富的地段，1950年一些小窯合并成安家灘礦，1964年安家灘礦與王平村礦正式合并為王平村礦。井田有著較早的開采歷史，有百余年小窯開采歷史，場區的采空區成為對場區適宜性評價的關鍵問題。

1　場區地質災害分析

王平村礦小窯遍布，許多小窯的開采無據可考，這對項目前期開發的地質災害評估分析工作帶來較大難度。而且項目區煤炭開采活動對地質環境影響大，是導致區域內地面塌陷、坡體垮塌等地質環境問題的主要原因。采空區上的建筑物很多已經產生沉降變形、房屋開裂等地質災害隱患。部分山體巖體陡峭，煤層開采導致了項目場區內存在著崩塌危險。礦區開采形成的大量固體廢棄物堆積在溝谷處為泥石流形成的物質條件。所有這些地質災害都與采空區有關，所以，對采空區的評估是場區適宜性評價的關鍵問題。

采空區的形成和破壞機理極其復雜，只通過單一的工程手段對其進行全面的評價是極為不合理和不科學的。總體上采用了調查走訪、收集資料、現場勘探并結合多種方法對采空區進行定性和定量的分析和科學合理的評價。

通過調查走訪，調閱了該區域的地質圖，對王平煤礦可查的一些資料進行梳理。了解到了王平煤礦歷史、煤層煤田的分布、儲量和已開采情況。地質條件方面，項目區的中部位置有一條沿西南—東北走向的平安溝斷層，這條斷層將項目區分為了北翼和南翼兩部分，多個褶皺和平安溝斷層的共同作用將場區內的煤層分為了兩種地質構造，南翼的煤層較為平緩，北翼的煤層傾角較大（圖1、圖2）。在場區范圍內，王平煤礦有據可考的曾經開采過的煤層共有4層，從地表算起，自下而上分別為三槽、四槽、五槽和六槽。場區內4層煤層在南翼和北翼均有分布，開采以南翼為主。

2　采空區的現狀評估

初步掌握了煤層和開采情況后，有針對性的對采空區現狀進行勘探。勘探手段采用了物探和鉆探相結合的方法，鉆探方面，對可能存在的淺層采空區位置進行了勘察（圖3～6），在布置的24個孔中，有3個孔發現了地下空洞，地下空洞在地表以下30m深度范圍內。物探方面，考慮到場區大部分采空區埋深較大，選用了能滿足探測深度要求的瞬變電磁法對不同深度采空區和地質構造進行探測（圖7、圖8）。共完成TEM測線6條，測點176個。共探測到采空區異常11處，采空引起的大規模塌陷異常2處，嚴重塌陷3處，破碎（斷裂）帶異常2處，煤層異常4處。

3　采空區的綜合評價

通過現場的勘探手段，我們已經對采空區的分布有了一定程度的了解。由于采空區形成的隨機性和復雜性，而且場區下伏4層采空區，平面和深度分布都比較凌亂，評價工作難度較大。采空區的評價應采用多種手段，對其進行綜合評價才能更有效的為后續采空區的治理提供依據。結合多部規范、工程經驗和現場勘探得到的數據，從采空區地表有無直接塌陷特征，采空區冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶的分布深度與厚度、采空區的采深采厚比、采空區可能發生的最大變形量等多方面，綜合評價采空區穩定性。

采空區穩定性的評價基于以下幾個原則：①采空區內有直接塌陷坑、地裂縫及坡體滑塌等災害現象的直接判定為不穩定區域。由于地表移動和變形引起邊坡失穩和山崖崩塌的地段不宜作為建筑場地。②根據鉆孔探明空洞深度與厚度，計算冒落帶與裂隙帶深度與厚度，裂隙帶直接達到地表的判定為不穩定區域。③如果采空區冒落帶與裂隙帶未達地表，則計算采空區可能發生的最大沉降量、地表傾斜量、地表曲率、水平變形量等，模型計算自然穩定狀態下最小采厚比值，采深采厚比小于30的地段需評價其適宜性。④計算采空區衰退期，推算地表持續移動時間，判斷煤礦采空區地表是否繼續持續移動。⑤根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》，采用垂線法計算保安煤柱和采空塌陷變形范圍。⑥采空區地表傾斜≥10mm/m，地表水平變形≥6mm/m或地表曲率≥0.6mm/m2地段不宜作為建筑場地。⑦特厚礦層和傾角大于55°的厚礦層露頭地段不宜作為建筑場地。

以上原則均屬于定量評價，只要場區的某一部分符合其中的一條和幾條，該部分即劃分為不宜建筑的場地。

圖1　項目區地質構造圖Fig.1 Geological structure diagram in the project area

圖2　項目區地質構造剖面示意圖Fig.2 Profile of geological structure diagram in the project area

圖3　南翼三槽煤采空區分布圖Fig.3 Scatter gram of abandoned stope in the third groove of South wing

圖4　南翼四槽煤采空區分布圖Fig.4 Scatter gram of abandoned stope in the fourth groove of South wing

圖5　南翼五槽煤采空區分布圖Fig.5 Scatter gram of abandoned stope in the fifth groove of South wing

圖6　南翼六槽煤采空區分布圖Fig.6 Scatter gram of abandoned stope in the sixth groove of South wing

圖7　物探平面布置和異常區分布圖Fig.7 Plane arrangement of geophysical prospecting and abnormal area distribution

圖8　測線4 TEM二維反演剖面圖Fig.8 The fourth line 2D inversion profile

4　結論

（1）采空區的評估和治理一直以來都是世界公認的難題，采空區的評價工作中，搜集資料和走訪調查是必不可少的基本手段，由于采空區開采的隨機性，掌握了采空區分布資料后，還要通過工程勘探手段對已掌握的資料進行驗證，才能保證評價工作的科學合理。

（2）有了采空區在地下的分布情況后，應對采空區按照分布情況進行分類，然后對各類采空區進行多種方法的定性和定量的計算，根據計算結果來對采空區進行評價。

（3）采空區的評價不僅要用來進行場區的適宜性評價，而且還要對后續的采空區如何治理提供依據。

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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

馬濤（1981- ），女，工程師，主要從事巖土工程設計工作。E-mail：garfield_mt@126.com