采空區地質勘查與研究

凌爽

摘 要：本文通過對勘查區采空區地表移動變形范圍、采空區的預測下沉變形影響范圍進行了精細的計算。為查明采空區地表變形規律，分析采空區發展程度及后期穩沉評價等提供了必要的數據，同時也能夠通過計算監測采空區變形規律，為以后各項工作開展提供預警及防治措施。

關鍵詞：采空區;地質災害;采空區監測;防治措施

1、項目背景：

該項目是國家發改委批準立項、保障國家戰略安全、精準扶貧革命老區于一體的內蒙古自治區政府大力推進的國家級重大項目。由于2017年2月，在產業園區南部出現三條大小不等的地裂縫，通過初步調查核實，該裂縫疑似地下采空區所形成，如發生大面積地面塌陷，對建設項目的總體布置將產生重大影響。為盡快查清和妥善治理該地區地質災害隱患，本次勘查工作收集了勘查范圍及附近的區域地質，礦山地質、水文地質、工程地質、環境地質及氣象水文資料;同時開展調查訪問工作，調查了勘查區內的地質環境特征;調查訪問了勘查區內地裂縫地質災害的分布、特征、發生時間、發展情況。

為了基本查明壓覆礦區采空區范圍及采空區頂板物理力學性質，了解地下采空區的空間分布、采空區頂板冒落帶分布、采空區充填物質及充填程度，在勘查區進行了物探和鉆探工作，根據勘查成果的綜合分析，基本查明了勘查區內采空區的分布、形狀、大小等，基本查明了勘查區各巖土物理力學性質。同時對巖土樣品進行了測試，并且最終根據地質、水文、物探、鉆探、巖石力學等綜合成果評價該工作區內采空區的危險性分區分級。

2、工程布置

2.1物探

通過實驗表明，采用高密度電阻率法可以對煤礦采空區進行科學、有效、準確的探測。

高密度電阻率法勘測結果表明，該地區采空區多為充水采空區，表現為低阻異常特征【1】，因此后期工作區解譯時，測量結果中高阻中包圍低阻異常結合該處實際地質特征，可以作為圈定采空區的異常判定標準。

2.2工程地質

鉆孔的布置主要根據高密度電法解譯成果，對勘查區內發現的異常區進行鉆探工作。依據重點區域重點考慮的原則，鉆孔主要布置在勘查區東部哈日諾爾蘇木板房處的地裂縫地質災害發育區域和勘查區西部興通煤礦現有采空區北部物探探測異常峰值位置。依據實際情況，共計布置了16個鉆孔，鉆探總進尺為1244m，滿足勘查實際工作的要求【2】。由鉆探工作和物探高密度電阻率法野外剖面的結果分析表明，勘查區內采空區為充水采空區。

本次勘查工作先利用物探手段確定勘查區內異常區，再利用鉆探手段來驗證物探異常是否為采空區，最后根據驗證結果圈定采空區范圍【3】。

2.3巖土樣品測試

為了解勘查區各巖層及采空區頂板巖石特征，對各巖層、采空區頂板、底板的巖芯進行了工程地質試驗，多角度、多層次分析巖石的物理力學參數，綜合確定巖石的物理力學性質。為提高試驗成果的質量和增加試驗成果的可比性，按國家規范標準的試驗方法進行試驗。本次鉆探工作布設了16個鉆孔，取試驗巖芯樣17組，分別對樣品進行天然塊體密度、天然吸水率、飽和吸水率、飽和單軸抗壓強度、飽和單軸壓縮變形、三軸抗壓強度、抗拉強度等項目試驗。統計分析試驗成果數據，試驗成果滿足勘查工作需要，為后續工作提供了可靠的分析和模擬計算依據。

3、采空區變形特征分析

3.1 采空區地表移動變形值計算

首先采用概率積分法進行采空區地表移動變形值進行計算時，采空區地表移動變形值下列公式計算：

式中：r——等價計算工作面的主要影響半徑;

Li——等價計算工作面各邊界的直線段。

通過以上計算，計算采空區地表最大移動角、變形值，依據地表移動變形值確定場地穩定性等級評價標準，綜合評估其采空區場地穩定性等級為不穩定【4】。

3.2采空區的預測影響范圍

勘查區地表被第四系覆蓋，第四系巖性為全新統粉質粘土、風成砂土、底部有時有礫石層，厚度為3.15—24.95m。采空區頂底板為下白堊統霍林河組（K1h） 地層，巖性為深灰色～灰黑色泥巖、粉砂質泥、長石石英砂巖及粉砂巖。依據【5】計算采空區下沉變形影響范圍（R）的計算公式：

R =H/tgβ

式中：r—地表影響半徑（m）

H—開采深度（m）

β—移動角，第四系取值45°，地層取66°

根據采空區影響半徑，推算出采空Ⅰ區地表移動盆地影響范圍，面積為79286m2;推算出采空Ⅱ區地表移動盆地影響范圍，面積為378518m2。

3.3勘查區地質災害危險性分區

本次勘查依據相關規范并結合現狀地質災害發育程度、采空區分布、采空區預測影響范圍等，在勘查區范圍內進行地質災害危險性分區。地質災害危險性分區遵循可能性大就大原則，根據采空區地表剩余變形值確定采空區對工程的影響程度分級，確定勘查區地質災害危險性分區結果。本次工作勘查范圍面積為0.576km2，地質災害危險性大區占勘查區總面積的78.58%。勘查區內除地質災害危險性大區外均為地質災害危險性小區，該區域總面積為123394m2，占勘查區總面積的21.42%。

4、采空區防治措施及建議

針對勘查區地質災害現狀及地質災害預測分區，本著“以人為本”的思想，以保護勘查區建設項目安全生產和恢復勘查區生態環境，對采空區進行統合治理，最大程度上消除采空區地質災害隱患。對勘查區內受地下采空影響較大的區域，建議建設方根據情況進行建設項目避讓同時做好地質災害安全教育及監管工作、地質災害預警工作、地質災害巡查與監測工作，確保勘查區建設項目安全生產。

本次工作對勘查區采空區地表移動變形范圍、采空區的預測下沉變形影響范圍進行了精細的計算。為查明采空區地表變形規律，分析采空區發展程度及后期穩沉評價等提供了必要的數據，同時也能夠通過計算監測采空區變形規律，為以后各項工作開展提供預警及防治措施。

參考文獻：

[1]李洋等.三種物探方法在內蒙古某煤礦采空區的探測效果對比[J].內蒙古經濟.2018，8 （16）：159-160.

[2] 中華人民共和國建設部.GB50021-2001巖土工程勘察規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3]孫曉旭.高密度電法在煤礦采空區探測中的應用[J].內蒙古煤炭經濟.2018，4（7）：130，136.

[4]中華人民共和國建設部. GB51044-2014煤礦采空區巖土工程勘察規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2017

[5]《巖土工程手冊》編寫委員會.巖土工程手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，1994.