蒙華鐵路石膏礦采空區(qū)穩(wěn)定性評價

摘 要： 研究目的：本文結合蒙華鐵路石膏礦采空區(qū)工程地質(zhì)勘察，通過對采空區(qū)工程地質(zhì)勘察方法和穩(wěn)定性評價方法的研究，探討采空區(qū)穩(wěn)定性及其對鐵路工程的影響，為鐵路建設的場地適宜性提供科學依據(jù)，為類似工程提供參考。研究結論：采空區(qū)工程地質(zhì)勘察采用地質(zhì)調(diào)繪、資料收集、調(diào)查訪問、物探探測、機動鉆探等相結合的綜合勘探手段，查明線路沿線采空區(qū)的詳細開采情況；并根據(jù)綜合勘察成果，采用鐵路工程保護礦柱的設計方法，確定安全邊界范圍，綜合評價采空區(qū)的穩(wěn)定性及其對鐵路工程的影響。

關 鍵 詞：石膏礦采空區(qū)；高頻大地電磁測深法；保護礦柱法；移動盆地邊界

中圖分類號：U212.22 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（4）-0000-00

1 引言

近年來，隨著鐵路工程建設的飛速發(fā)展及礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)，許多鐵路項目無法完全繞避采空區(qū)。采空區(qū)已經(jīng)成為影響鐵路方案選擇的重要不良地質(zhì)因素[1]，因此必須查明線路沿線采空區(qū)的詳細開采情況，確定其影響范圍，綜合評價采空區(qū)的穩(wěn)定性，為鐵路建設的場地適宜性提供科學依據(jù)。

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道岳陽至吉安段，線路DK1546+300～DK1548+800段從湖南平江青山石膏礦（已停采）采空區(qū)右側(cè)通過。為了詳細查明石膏礦采空區(qū)的邊界范圍及其與線路的關系，采空區(qū)工程地質(zhì)勘察采用地質(zhì)調(diào)繪、資料收集、調(diào)查訪問、物探探測、機動鉆探等相結合的綜合勘探手段。

通過綜合勘探方法取得的成果，采用鐵路保護礦柱的設計方法確定移動盆地邊界范圍，評價采空區(qū)穩(wěn)定性及其對鐵路工程的影響。

2 采空區(qū)工程地質(zhì)概況

2.1 采空區(qū)概況

湖南省平江縣青山石膏礦位于湖南省岳陽市平江縣安定鎮(zhèn)梅塘村境內(nèi)，礦區(qū)屬于高階地崗地及坳谷區(qū)，地勢略有起伏，自然坡度約5～10°左右，標高在101～138m左右，崗地上植被發(fā)育，灌木叢生，坳谷局部分布小水庫和水塘。

整個采空區(qū)呈近似梯形狀。

2.2 地層巖性

礦區(qū)內(nèi)崗地區(qū)表層主要為Q3al粉質(zhì)黏土：褐黃色，硬塑，含礫石約15%，粒徑2-10mm，棱角狀，厚約2～3m；表層下部為Q3al粗圓礫土：雜色，稍密～中密，潮濕～飽和，圓礫含量約占55%，圓棱狀，母巖成分多為砂巖，充填約30～45%黏性土及砂類土，厚約1.0～5.6m；坳谷區(qū)表層為Q4pl+dl粉質(zhì)黏土：褐黃色，軟～硬塑，厚度1～3m；下伏白堊系上統(tǒng)戴家坪組（K2d）鈣泥質(zhì)粉砂巖，棕紅色，全～弱風化，其中全風化層厚度2～8 m，強風化層厚度8～15m，巖層產(chǎn)狀303o～338o∠7o～8o。

本石膏礦產(chǎn)出于白堊系上統(tǒng)戴家坪組第二段（K2d2）鈣泥質(zhì)粉砂巖上部。

2.3 地質(zhì)構造

礦區(qū)位于新華夏系、華夏系構造形成的斷陷紅色構造盆地內(nèi)，礦區(qū)附近無較大的地質(zhì)構造；根據(jù)物探成果推測目前線位和礦區(qū)之間發(fā)育一條小型斷層，斷層傾向W向，斷層性質(zhì)不明。

2.4 水文地質(zhì)

礦區(qū)地表水較發(fā)育，低洼處分布較多小水庫和水塘。地下水類型主要為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，不發(fā)育，礦區(qū)巖性主要為鈣泥質(zhì)粉砂巖，富水性較弱，基本可視為隔水層。

3 采空區(qū)開采情況

3.1 礦體基本情況

平江縣青山石膏礦開采范圍南北長約2.5km，東西長大于1.3km，石膏礦產(chǎn)出于白堊系上統(tǒng)戴家坪組第二段（K2d2）鈣泥質(zhì)粉砂巖上部，開采礦層厚度約1.5～2米，巖層產(chǎn)狀303o～338o∠7o～8o，開采深度為地面垂直以下100至150米。

3.2 采空區(qū)開采方式

本石膏礦共有3個開采井，3#井與2#井連通，2#井與1#井連通，開采深度為地面垂直以下100至150米（調(diào)查）；開采礦層厚度約1.5～2米；礦區(qū)開采方式為成片開采，開采礦層留有保護柱，并用礦渣回填礦井。

據(jù)當?shù)卮迕窨谑龅V區(qū)曾與60、70年代及90年代發(fā)生過地面下沉、采空區(qū)塌陷事件。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，安定鎮(zhèn)浮潭村（DK1547+700～+800左側(cè)520m附近）部分老式房屋及水田于7、8年前出現(xiàn)過裂縫，近年來無變形現(xiàn)象；根據(jù)岳陽市國土資源局地質(zhì)災害防治規(guī)劃，平江縣安定鎮(zhèn)浮壇村上垅組存在采空塌陷危害，危及房屋30間人口100余人。

4 采空區(qū)工程地質(zhì)勘察

4.1 資料收集及調(diào)查訪問

在石膏礦采空區(qū)的鐵路勘察過程中，首先充分收集了既有資料，主要包括：區(qū)域地質(zhì)資料、礦山地質(zhì)勘察報告、礦產(chǎn)資源規(guī)劃、分布資料、巷道設計等相關圖件及資料。此外，本次采空區(qū)工程地質(zhì)勘查還訪問了原平江縣石膏礦廠廠長、技術人員以及大量當?shù)卮迕瘛?/p>

通過資料收集和調(diào)查訪問，初步確定了平江石膏礦采空區(qū)最大開采范圍（現(xiàn)場GPS測量）及主要采空范圍。平江石膏礦礦區(qū)邊界拐點坐標如表1所示。

4.2 物理勘探

從收集的既有資料基礎上分析，不排除有部分采空區(qū)域、巷道情況未調(diào)查清楚的可能，為進一步確認采空區(qū)的范圍，采用高頻大地電磁測深法（EH-4）對采空區(qū)關鍵、重點地段進行剖面勘探[2]，判斷覆蓋層厚度、可能的采空位置。

沿線路方向布置2條共0.95kmEH-4測線，沿垂直線路方向布置1條共0. 5kmEH-4測線。測線布置如圖1所示。

物探結果表明該段地下巖性較為復雜，共有九處明顯的物探低阻區(qū)，主要位于DK1547+410～DK1547+650左側(cè)450m及DK1547+620左側(cè)520m～DK1547+620左側(cè)430m范圍內(nèi)，與調(diào)查訪問原石膏礦廠長確定的最大開采范圍基本吻合；物探探測最大采深為215m，位于DK1547+500左側(cè)475m。另外線路附近發(fā)育的一條傾向為W向的斷層在EH-4測線2上也有所體現(xiàn)。

5 采空區(qū)的穩(wěn)定性評價

5.1 移動盆地邊界范圍確定

線路DK1546+300～DK1548+800段主要以路基形式通過，局部以橋梁形式通過，離采空區(qū)最近的DK1547+700處的軌面標高為109.7m，線路走向近南北向。采空區(qū)位于線路左側(cè)，線路距礦區(qū)最大開采范圍邊界最近距離約為432m。

石膏礦產(chǎn)出于白堊系上統(tǒng)戴家坪組第二段（K2d2）鈣泥質(zhì)粉砂巖上部，巖層產(chǎn)狀303o～338o∠7o～8o，受區(qū)域構造影響，傾角變化較大，開采礦層厚度約1.5～2米，開采深度為埋深100至150米（調(diào)查），物探探測最大采深215m。通過目前搜集到的資料，綜合考慮，傾角取平均值α=15°。

移動參數(shù)選取及計算方法參考《鐵路工程地質(zhì)手冊》（2005年修訂版）[3]及《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》[4]。

采用保護礦柱的方法來計算移動盆地[5]邊界范圍，根據(jù)礦層傾角、采厚及采深，參考《鐵路工程地質(zhì)手冊》（2005年修訂版）表4-5-8，采用類比法，選取走向移動角δ=78°，上山移動角γ=72°，下山移動角β=78-0.7α=67.5°。

鐵路此處以路基形式通過，需要考慮在線路邊坡外再加20m圍護帶寬度。按最不利情況考慮，即線路距礦區(qū)采礦權邊界最近距離約為432m，取采深取埋深215m。由于巖層傾向北西向，線路位于采空區(qū)西側(cè)，按最不利情況考慮取沿著礦層傾向下山方向的邊界角β0=54.75°來計算，可以得出線路距離移動盆地最近距離為260m，見圖2所示。

5.2 對鐵路工程影響評價

通過采用保護礦柱的方法來計算移動盆地的安全邊界[6]，按最不利邊界條件開采考慮，即按最大開采邊界開采至地面以下215m時，距預測采空區(qū)移動盆地邊界最小距離為260m，按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》來判定，采空區(qū)對目前線位無影響。

6 結論與建議

（1）采空區(qū)對鐵路工程穩(wěn)定性具有重要影響，需采用綜合工程地質(zhì)勘察方法。通過地質(zhì)調(diào)繪、資料收集及調(diào)查訪問，同時結合高頻大地電磁測深法（EH-4）和其它必要的工程手段，相互驗證，相互補充，綜合確定采空區(qū)邊界范圍。

（2）鐵路線位距離平江石膏礦采空區(qū)移動盆地邊界260m，采空區(qū)不會對目前的線位構成威脅。從安全考慮，為了確保鐵路施工及運營安全，建議嚴格控制該石膏礦復采及向線路方向擴界，避免越界開采現(xiàn)象。

參 考 文 獻

[1]劉熙，張昆，李曉凡. 鐵路穿越小型采空區(qū)穩(wěn)定性的評價方法研究[J]. 鐵道工程學報，2012（12）：32-35.

[2]潘瑞林.采空區(qū)物探方法新探 [J]. 鐵道勘察，2010（6）：0023-0025.

[3]鐵道第一勘察設計院.鐵路工程地質(zhì)手冊[K].北京：中國鐵道出版社，2005.

[4]國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

[5]韓康，陳德君.采空區(qū)移動盆地評價的探討[J].高速鐵路技術，2011（8）：0044-0046.

[6]李國和，李桂芳.采空區(qū)鐵路工程地質(zhì)選線研究[J].鐵道工程學報，2012（10），10：0015-0020.