硫磺溝煤礦采空區(qū)工程地質(zhì)勘察及其對(duì)工程影響的分析

摘 要:通過(guò)對(duì)硫磺溝煤礦場(chǎng)地的勘察，分析了其地層特征、鉆探過(guò)程中的漏漿現(xiàn)象以及空洞成因，并對(duì)場(chǎng)地的適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞:采空區(qū) 地質(zhì)勘察 適宜性

中圖分類(lèi)號(hào):TD1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(gòu)造位于阿克德向斜南翼，地層走向?yàn)楸睎|-南西走向，為一向西北傾斜的單斜構(gòu)造。兗礦新疆礦業(yè)有限公司硫磺溝煤礦進(jìn)行改擴(kuò)建工程，需要增設(shè)一處工業(yè)場(chǎng)地，以備地面建筑設(shè)施之用。場(chǎng)址選定后，考慮到礦井四周多有采空區(qū)的存在，而本場(chǎng)地下是否也存在巷道及采空區(qū)，因無(wú)資料可查，給地面建筑的建設(shè)造成了隱患。

2 場(chǎng)地地層

采空區(qū)調(diào)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(zhì)巖類(lèi)及煤系地層。

(1)人工回填層。地表0～2.0m厚度內(nèi)多見(jiàn)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(zhì)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(chǎng)運(yùn)行已多年，運(yùn)煤車(chē)輛的碾壓等已使回填層處于稍密-中密狀態(tài)，鉆孔進(jìn)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(wú)漏漿和坍塌現(xiàn)象。

由鉆孔資料顯示，該回填層在場(chǎng)地內(nèi)皆有分布，場(chǎng)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(shí)，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(jiàn)漂礫直徑可達(dá)60cm，砂泥質(zhì)充填。此層在場(chǎng)地內(nèi)皆有分布，沉積厚度5.0m左右，鉆進(jìn)難度較大。

(3)侏羅系地層。以泥質(zhì)鈣質(zhì)的泥巖、泥質(zhì)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(qiáng)風(fēng)化體存在外，其下均呈中等和微風(fēng)化狀態(tài)。巖芯成柱型較好，柱體一般在10～25cm左右，最長(zhǎng)可達(dá)60cm。

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

調(diào)查區(qū)在靠近河床防洪堤一帶的4-6號(hào)、7號(hào)煤層因河床水流的沖刷剝蝕，大部分已缺失。而遠(yuǎn)離河床區(qū)段其它鉆孔中都可見(jiàn)到4-6號(hào)煤層、7號(hào)煤層，而9-15號(hào)煤層除15#鉆孔缺失外，其他鉆孔中都有出現(xiàn)，且厚度完整。

3 漏漿現(xiàn)象及空洞成因分析

(1)根據(jù)1號(hào)、2號(hào)鉆孔揭露的深度、巖性、見(jiàn)煤狀況、空洞的高度以及采煤巷道在地面上的投影和對(duì)六號(hào)豎井參加采煤工作的老工人的詢問(wèn)等情況綜合分析可知:硫磺溝煤礦六號(hào)豎井采掘工作是嚴(yán)格和正規(guī)的，采煤的主巷道和回風(fēng)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(cè)山體的山腳一線搌布，主巷道和回風(fēng)巷之間的地段則是六號(hào)豎井采掘工作面。運(yùn)輸巷基本垂直于主巷道和回風(fēng)巷道布置。而回風(fēng)巷的布置則在采煤工作面一側(cè)的上方，煤礦嚴(yán)格要求回風(fēng)巷與采煤工作面之間必須留有15～20mm的安全煤柱，以此來(lái)保證回風(fēng)巷的正常運(yùn)行和正常的安全生產(chǎn)，否則屬犯規(guī)作業(yè)。據(jù)了解，主巷道和運(yùn)輸巷的寬度和高度一般都在2.0～2.5m，而回風(fēng)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(jù)鉆孔揭露的深度，煤層厚度、煤質(zhì)可以確定，鉆孔所遇掉鉆位置處的煤層屬9-15號(hào)煤層無(wú)疑。

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

其次，由鉆機(jī)施工泥漿滲漏的情況，巖芯較完整的情況分析，六號(hào)豎井回風(fēng)巷頂部還未出現(xiàn)塌落與滑移破壞現(xiàn)象，巷道保持完好。

(2)由于9-15號(hào)煤層在工業(yè)場(chǎng)地沿河床一帶多出露于地表，屬易開(kāi)挖煤層，采煤的方法無(wú)規(guī)劃和統(tǒng)一性，為亂采區(qū)，采掘后留有大量的采坑，這些留有的采坑隨年代的延續(xù)、人為的活動(dòng)、頭屯河洪水期洪水的淹沒(méi)，洪水中攜帶細(xì)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(nóng)用耕地、平整耕地時(shí)在其上又大量的回填了卵礫石和煤矸石等物質(zhì)。這些物質(zhì)顆粒粗大，留有大量的空隙，因此當(dāng)鉆孔進(jìn)尺到該層面時(shí)便出現(xiàn)了大量的漏漿、孔壁坍塌，但不掉鉆的現(xiàn)象。由此我們認(rèn)為工業(yè)場(chǎng)地沿防洪堤一線是私人露天采煤的挖掘區(qū)，采煤的最大深度自現(xiàn)場(chǎng)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(shí)可以確定該區(qū)間沒(méi)有采空區(qū)，只為回填區(qū)。

(3)15號(hào)鉆孔揭露的空洞，根據(jù)空洞的深度，洞底破碎物的存在，以及了解到的萬(wàn)家窯礦井曾發(fā)生透水事故的問(wèn)題綜合分析，我們認(rèn)為該地段屬采煤區(qū)段，空洞產(chǎn)生的原因即為萬(wàn)家窯煤礦在此處采煤遺留的采煤工作區(qū)，即屬采空區(qū)。該采煤區(qū)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(shí)都有塌陷坑出現(xiàn)的危險(xiǎn)。

4 建(構(gòu))筑物場(chǎng)地適宜性評(píng)價(jià)

(1)工業(yè)場(chǎng)地東端。本次勘察在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)東端布置的1#、2#鉆孔均鉆探到回風(fēng)巷道位置。由在硫磺溝煤礦調(diào)查的情況得知，回風(fēng)巷至采煤工作面之間存在15-20m寬的安全煤柱，為驗(yàn)證回風(fēng)巷的穩(wěn)定安全生產(chǎn)的目的，安全煤柱的寬度內(nèi)是嚴(yán)禁采煤的。

因此，我們?cè)谟?jì)算采空區(qū)影響范圍時(shí)，將回風(fēng)巷以東15m的距離外認(rèn)為是采煤邊界，由此來(lái)計(jì)算東端的采空區(qū)影響邊界。

(2)工業(yè)場(chǎng)地的北端。由布置在北端的1#、3#鉆孔以及工業(yè)場(chǎng)地主斜井巷道采掘資料可知，此3點(diǎn)位置處基巖與煤層完整性較好，可認(rèn)為不存在采空區(qū)。再向北西為現(xiàn)煤礦礦部區(qū)，根據(jù)硫磺溝煤礦采掘資料，無(wú)采煤作業(yè)行為，可認(rèn)為非采空區(qū)。

(3)工業(yè)場(chǎng)地的西端。15號(hào)鉆孔處在采空區(qū)上，由地面地勢(shì)下洼的形態(tài)，14#、5#鉆孔大量漏漿的情況，以及9-15號(hào)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(rèn)為是采空區(qū)的邊界。

如上述的3個(gè)邊界經(jīng)采空區(qū)間的劃分，可確定建筑場(chǎng)地的安全位置(見(jiàn)表1)。

由在工業(yè)場(chǎng)地的鉆探資料反映出的空洞位置，經(jīng)分析對(duì)比確立空洞形成的原因，確定采空區(qū)邊界位置，再用圖解法的計(jì)算公式劃定工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)、移動(dòng)影響區(qū)和安全區(qū)的范圍界限。一般來(lái)講，安全區(qū)可布置和建設(shè)建筑物，移動(dòng)影響區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)不可作建筑場(chǎng)地使用。

參考文獻(xiàn)

[1]張永波，等．老采空區(qū)建筑地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)理論與方法[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.