膠東半島金礦采空區(qū)調(diào)查評價方法及應(yīng)用

楊志杰，王能偉

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，山東 威海 264200）

采空區(qū)調(diào)查評價包括對采空區(qū)的野外調(diào)查和室內(nèi)整理評價兩個環(huán)節(jié)。結(jié)合區(qū)域歷史形成采空區(qū)的演變趨勢，采用合理的調(diào)查評價方法定性分析評價區(qū)域金礦開采形成采空區(qū)的穩(wěn)定性及危險性，將對其評價結(jié)果的預(yù)測性和不確定性精度有很大的提高[1]。

1 調(diào)查方法及應(yīng)用

1.1 資料搜集

搜集和分析工作區(qū)大比例尺區(qū)域地質(zhì)成果資料，分析工作區(qū)內(nèi)存在的主要地質(zhì)環(huán)境問題，尤其在區(qū)內(nèi)已開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作基礎(chǔ)上，分析礦業(yè)權(quán)變化情況及現(xiàn)狀，對可能存在的采空區(qū)開展重點調(diào)查復(fù)核工作，同時結(jié)合衛(wèi)星影像資料建立地質(zhì)災(zāi)害和地質(zhì)構(gòu)造等遙感解譯標(biāo)志[2]。在此基礎(chǔ)上進行現(xiàn)場初步踏勘，了解工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件及對采空區(qū)發(fā)育的影響，按照要求編寫野外調(diào)查工作方案。

1.2 野外調(diào)查

開展1:5萬和1:1萬采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作。根據(jù)采空區(qū)發(fā)育特征和致災(zāi)因素，重點針對與采空區(qū)發(fā)生密切相關(guān)的區(qū)域和地質(zhì)環(huán)境進行地質(zhì)環(huán)境調(diào)查，圈定可能致災(zāi)的重要地區(qū)。

（1）工作方法。①地面調(diào)查應(yīng)采用穿越法與追索法相結(jié)合的方法。調(diào)查路線宜垂直巖層與構(gòu)造線走向以及地貌變化顯著的方向進行穿越調(diào)查；對危及村鎮(zhèn)、礦山、重要公共基礎(chǔ)設(shè)施、主要居民點的地質(zhì)災(zāi)害點和人類工程活動強烈的公路、鐵路、水庫、輸氣管線等須采用追索法調(diào)查。②觀測路線與觀測點的密度須根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜程度、危害對象的重要性以及地質(zhì)災(zāi)害點的密度合理布置。重點調(diào)查區(qū)觀測路線間距宜為1km～2km，調(diào)查點數(shù)不應(yīng)少于2點/km2，不得“漏查”。③對危害較大或典型的目的采空區(qū)應(yīng)進行1:1萬大比例尺的地面測繪，對非目的采空區(qū)應(yīng)填寫調(diào)查卡片，不得遺漏主要要素。④對采空區(qū)不發(fā)育區(qū)段，可視具體情況做地質(zhì)環(huán)境條件控制性定點調(diào)查。對縣城、集鎮(zhèn)、礦山，無論有無地質(zhì)災(zāi)害，均應(yīng)布設(shè)控制性調(diào)查點；在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)，對于一般居民點均應(yīng)布設(shè)控制性調(diào)查點[3]。

（2）調(diào)查內(nèi)容。①采空區(qū)調(diào)查區(qū)平面范圍應(yīng)包括采空區(qū)分布區(qū)及地表移動變形區(qū)，超過采空區(qū)地表移動變形影響范圍應(yīng)不小于50m；垂向方向不得小于最下層采空區(qū)底板以下3m。②調(diào)查采空區(qū)的分布、覆巖破壞、地表陷落、地裂縫、建筑物破壞特征；調(diào)查地表變形范圍、變形量大小，確定中間區(qū)和邊緣區(qū)，分析其變化規(guī)律和危害程度等；調(diào)查采空區(qū)充水情況以及老窯水開發(fā)利用現(xiàn)狀。③調(diào)查廢棄礦井基本情況、周圍附屬建（構(gòu)）筑物情況；以往安全事故情況、威脅對象、規(guī)模、危害程度；廢棄礦井利用情況、治理措施、安全防護措施等及效果等[4]。

1.3 專項測量

對典型目的采空區(qū)，開展大比例1:1萬或更大的工程地質(zhì)測繪、剖面測繪，通過地形測繪、數(shù)據(jù)成像等手段初步分析評價采空區(qū)的發(fā)育特征、穩(wěn)定狀況及其變形發(fā)展趨勢，為整體評價提供必要的技術(shù)依據(jù)。①在重點調(diào)查區(qū)采用地形測量、衛(wèi)星解譯、工程地質(zhì)測量等手段，測量內(nèi)容包括工程地質(zhì)測量和采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害測量。②對控制和影響目的采空區(qū)形成的工程地質(zhì)要素、已發(fā)生地面塌陷、潛在地面塌陷隱患點逐一進行詳細(xì)觀察，在野外記錄本上詳盡記錄地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災(zāi)害測量觀測描述，并填寫相應(yīng)的調(diào)查卡片。

2 評價方法及應(yīng)用

2.1 穩(wěn)定性評價

根據(jù)采空區(qū)周邊地質(zhì)條件、氣候植被條件、地形地貌條件等地質(zhì)環(huán)境條件，結(jié)合調(diào)查成果中的充填情況、開采深度、停采時間、蓋層厚度、充水情況等實際開采情況，并調(diào)查周邊有記錄的歷史形成采空區(qū)發(fā)育特點，采用定性與定量評估相結(jié)合的方法進行綜合評價。

2.1.1 采厚比穩(wěn)定性評價

采空塌陷的規(guī)模與礦層的埋深和采礦厚度有關(guān)，將礦層埋深與采礦厚度之比稱為深厚比，根據(jù)歷史開采情況，開采厚度按1.50m計算。

當(dāng)空區(qū)埋深＜45m時，有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的塌陷破壞，可能性大；當(dāng)空區(qū)埋深在45m～150m之間，地表可能產(chǎn)生不同程度的變形，可能性中等；當(dāng)空區(qū)埋深＞150m時，地表一般不會出現(xiàn)變形和微小裂縫，可能性小。

2.1.2 巷道穩(wěn)定性評價

式中：H0—為頂板的臨界深度；B—為采空巷道寬度；φ—為巖層的似內(nèi)摩擦角。

根據(jù)區(qū)域歷史形成采空區(qū)經(jīng)驗，采空區(qū)寬度（B）取1.50m，巖層的似內(nèi)摩擦角75°，計算可得頂板臨界深度H0=23.19m。根據(jù)巷道頂板埋深H和頂板臨界深度H0的關(guān)系判別地基穩(wěn)定性：當(dāng)H＜H0時，地基不穩(wěn)定；當(dāng)H0＜H＜1.5H0時，地基穩(wěn)定性差；當(dāng)H＞1.5H0，地基穩(wěn)定。

2.2 危害程度評價

評價采用統(tǒng)一價格折算法，即按本地區(qū)物價的算術(shù)平均值作為本次經(jīng)濟損失評估的統(tǒng)一計算單價。已存在的經(jīng)濟損失采用當(dāng)時數(shù)據(jù)評估。

根據(jù)經(jīng)濟損失預(yù)算，按照表1地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情和險情分級標(biāo)準(zhǔn)進行劃分。

表1 地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情和險情分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3 危險性評估

采空區(qū)的危險性評價是結(jié)合采空區(qū)穩(wěn)定性評評價、采空區(qū)危害程度評價結(jié)果，根據(jù)上述評估原則與評估方法，按照表2采用定性和定量相結(jié)合進行綜合評估。

表2 地質(zhì)災(zāi)害危險性分級表

3 結(jié)語

在調(diào)查中注重探索新技術(shù)新方法在調(diào)查工作中的應(yīng)用，突出重點，可達到提高工作效率和工作精度的目的。通過綜合分析研究，對采空區(qū)穩(wěn)定性進行評價，既要有科學(xué)專業(yè)性，對采空區(qū)形成發(fā)展規(guī)律要有科學(xué)的認(rèn)識論述，又要注重工作成果能為地方政府防災(zāi)減災(zāi)工作提供可操作的建議措施等實用性。