地下采空區(qū)治理效果驗(yàn)證方法

■孫志全（山東省地礦工程集團(tuán)有限公司山東濟(jì)南250000）

地下采空區(qū)治理效果驗(yàn)證方法

■孫志全
（山東省地礦工程集團(tuán)有限公司山東濟(jì)南250000）

煙臺(tái)新國(guó)際機(jī)場(chǎng)廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工程目前已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)治理項(xiàng)目，完成了廢棄礦井治理44口，空區(qū)尾礦砂漿注漿120863.5m3，雙液注漿6261.5m3，充填廢石33879m3，施工鋼筋混凝土旱橋770.75m2，已經(jīng)具備了交工條件。為驗(yàn)證空區(qū)治理是否達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，是否消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，由煙臺(tái)潮水機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)指揮部組織施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)和施工情況，對(duì)治理效果進(jìn)行了評(píng)估。

采空區(qū)治理評(píng)估工點(diǎn)

1　目的和意義

本項(xiàng)目廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理的主要目的是充分利用現(xiàn)代地質(zhì)、巖土工程中的固體物充填、注漿充填、鋼筋混凝土旱橋等技術(shù)，達(dá)到消除廢棄礦井、地面塌陷和未塌落至地表的空區(qū)對(duì)地質(zhì)環(huán)境、場(chǎng)地建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的負(fù)面影響的目的；而采空區(qū)治理工作有沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，治理效果如何，有沒(méi)有達(dá)到消除地質(zhì)災(zāi)害的目的，就成為工程參與各方和行政主管部門(mén)所關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題。本論證方法的主要目的，就是以工程前期勘察、施工記錄和后期物探手段為基礎(chǔ)，通過(guò)歸納和對(duì)比，研究分析地質(zhì)災(zāi)害本身在治理前后所發(fā)生的實(shí)際變化，判斷廢棄礦山采空區(qū)充填的效果及地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理工作的成效，為決定是否需要采取后續(xù)措施進(jìn)一步治理提供依據(jù)。

2　評(píng)估驗(yàn)證工點(diǎn)的選擇

2.1采空區(qū)充填治理效果的評(píng)估驗(yàn)證，驗(yàn)證工點(diǎn)選擇一般應(yīng)遵循以下的三條基本原則進(jìn)行操作：

（1）典型性原則

廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理項(xiàng)目采空區(qū)充填工程一般主要涉及地下未塌落空區(qū)、未塌落至地表的空區(qū)、廢棄礦井、地下水平巷道等多種類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害形式，典型性原則是指在選定驗(yàn)證對(duì)象時(shí)要重點(diǎn)選擇那些典型的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，相反，一些特殊、個(gè)別的地質(zhì)災(zāi)害工點(diǎn)，如治理區(qū)域內(nèi)的水井、窖井、露天礦坑等，則不具備典型性，不能被選為評(píng)估對(duì)象。

（2）代表性原則

代表性是指選擇的驗(yàn)證點(diǎn)應(yīng)具有較強(qiáng)的代表性，其類(lèi)型應(yīng)該是對(duì)工程造價(jià)而言占有很大的比重，而且該種類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害，其治理效果應(yīng)該是不便于直接檢驗(yàn)的，而是需要通過(guò)工程參與各方綜合工程前期勘察工作和治理施工中獲取的各種信息后才能作出是否滿足治理要求、達(dá)到治理效果的判斷結(jié)論的那些地質(zhì)災(zāi)害。此外，代表性原則還體現(xiàn)在所選擇的驗(yàn)證點(diǎn)應(yīng)具有較為完備詳實(shí)的前期勘察資料、施工記錄（影像、照片、施工記錄表格等，以備查閱）等，這些條件也是保證評(píng)估驗(yàn)證工作本身的科學(xué)性、客觀性和可靠性的關(guān)鍵之所在。

（3）有限目標(biāo)原則

由于廢棄礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理采空區(qū)充填項(xiàng)目，一般具有較大的工作量和礦區(qū)治理面積，加之前期采礦資料保存不完整等原因，治理效果評(píng)估驗(yàn)證工作不可能對(duì)所有的地質(zhì)災(zāi)害工點(diǎn)展開(kāi)，只能本著有限目標(biāo)的原則，選取代表性的不低于三處工點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2評(píng)估工點(diǎn)的確定

對(duì)于煙臺(tái)新國(guó)際機(jī)場(chǎng)而言，跑道是最主要的工程結(jié)構(gòu)物，不僅是機(jī)場(chǎng)功能的重要載體，它關(guān)系到未來(lái)航空運(yùn)營(yíng)的安全性。根據(jù)前期勘察工作成果，I-1空區(qū)和I-5空區(qū)不僅其范圍廣，而且在主跑道下方都有較為嚴(yán)重的空區(qū)。故選擇I-1空區(qū)前期勘察時(shí)的247測(cè)線、249測(cè)線和256測(cè)線三條測(cè)線在目前主跑道下方的區(qū)域進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估區(qū)域的平面位置見(jiàn)圖1。

圖1　評(píng)估區(qū)域平面位置

圖2　測(cè)線10-7、10-12平面位置示意圖

2012年4月18日，治理工作接近完工，中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院組織技術(shù)人員采用GPR型地質(zhì)雷達(dá)對(duì)前期物探探明疑似空區(qū)和主跑道挖方區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的排查性探測(cè)，前期勘察247測(cè)線、249測(cè)線和255測(cè)線三條測(cè)線在主跑道下方的區(qū)域分別對(duì)應(yīng)第10測(cè)區(qū)的10-7測(cè)線、10-12測(cè)線，和第11測(cè)區(qū)的11-2測(cè)線。

3　評(píng)估方法與技術(shù)路線

本次評(píng)估工作的方法主要是綜合對(duì)比前期物探、鉆探成果，工程施工記錄，以及后期的GPR地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果后得出評(píng)價(jià)結(jié)論，可充分保證評(píng)估工作的科學(xué)性、有效性和可操作性。評(píng)估工作所遵循的技術(shù)路線見(jiàn)圖4。

圖3　測(cè)線11-2平面位置示意圖

圖4　評(píng)估方法與技術(shù)路線

4　治理效果評(píng)估過(guò)程及結(jié)論

4.1前期物探247測(cè)線

前期物探247線剖面上有8處明顯的高阻異常顯示，異常特征與已知采空區(qū)類(lèi)似，分別位于100、140、160、242、275、310、340、370號(hào)點(diǎn)附近，推測(cè)為采空巷道通過(guò)的位置。地質(zhì)調(diào)查知道，100-160點(diǎn)之間為同一采空區(qū)，開(kāi)采9號(hào)及9號(hào)支金礦脈體遺留。242-310點(diǎn)號(hào)之間為開(kāi)采2號(hào)金礦脈體遺留的。340、370主要是開(kāi)采10、17號(hào)金礦脈體遺留的。

圖5　前期物探247線瞬變電磁法反演地質(zhì)剖面圖

施工中根據(jù)補(bǔ)充設(shè)計(jì)文件采用10mx10m的網(wǎng)度進(jìn)行垂直探孔探測(cè)。在247測(cè)線上物探探明疑似空區(qū)的區(qū)段TK12T-83(90)、 TK12T-136兩處探孔發(fā)現(xiàn)空區(qū)，分別位于深度9m和35m處，證明前期物探成果是可信的。

采用雙液注漿和尾礦砂漿注漿交替作業(yè)的工藝進(jìn)行充填治理，共注入雙液漿193m3。2012年4月18日通過(guò)GPR型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掃描，該測(cè)線所對(duì)對(duì)應(yīng)的10-7測(cè)線雷達(dá)圖像如圖6~圖8所示。

從上述圖6~圖8可以看出，該測(cè)線下方雷達(dá)波反射圖像總體均勻，無(wú)明顯電磁特性突變的介質(zhì)或界面存在，表明所治理空區(qū)已經(jīng)充填密實(shí)，達(dá)到了預(yù)期效果。

圖6　測(cè)線10-7西段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖7　測(cè)線10-7中段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖8　測(cè)線10-7東段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖9　前期物探249線瞬變電磁法反演地質(zhì)剖面圖

4.2前期物探249測(cè)線

前期物探發(fā)現(xiàn)該剖面上有6處明顯的高阻異常顯示，異常特征與已知采空區(qū)類(lèi)似，分別位于67.5、105、222.5、270、285、362.5號(hào)點(diǎn)附近，推測(cè)為采空巷道通過(guò)的位置。67.5-105點(diǎn)之間為同一采空區(qū)，開(kāi)采9號(hào)金礦脈體遺留。222.5-285點(diǎn)號(hào)之間為開(kāi)采2號(hào)金礦脈體遺留的。362.5異常體主要是開(kāi)采10號(hào)金礦脈體遺留的反映。

施工中采用10mx10m網(wǎng)度的垂直探孔在249測(cè)線上物探探明疑似空區(qū)的區(qū)段TK12T-97、TK12-14(90)，以及12T-132三處探孔發(fā)現(xiàn)空區(qū)，分別位于深度9m和43m處，及45m處。從該三處探孔共注入雙液漿318m3，尾礦砂漿304m3。

經(jīng)過(guò)充填治理，2012年4月雷達(dá)掃描時(shí)相應(yīng)的10-12測(cè)線雷達(dá)圖像如圖10~圖12所示。

圖10　測(cè)線10-12西段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖11　測(cè)線10-12中段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖12　測(cè)線10-12東段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

從圖10~圖12可以看出，10-12測(cè)線下方雷達(dá)波反射圖像均勻，無(wú)明顯電磁特性突變的介質(zhì)、界面及異常反射體，表明所治理空區(qū)已經(jīng)充填密實(shí)，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.3前期物探255測(cè)線

前期物探255測(cè)線上有4處明顯的高阻異常顯示，其中85-97.5之間有兩條局部異常組成，為開(kāi)采2號(hào)金礦脈體遺留采空區(qū)的反映。215號(hào)異常體為開(kāi)采15號(hào)金礦脈體遺留采空區(qū)的反映，第四處高阻體位于315號(hào)點(diǎn)附近，是開(kāi)采金礦豎井的反映(圖13)。

施工中在實(shí)驗(yàn)段探孔SY35(90)處發(fā)現(xiàn)空區(qū)，位于深度27.7m處。從該探孔共注入雙液漿30m3。經(jīng)過(guò)治理充填，2012年4月進(jìn)行的雷達(dá)掃描結(jié)果顯示，第11雷達(dá)測(cè)區(qū)11-2測(cè)線的反射圖像如圖14~圖16所示。

圖13　255線瞬變電磁法反演地質(zhì)剖面圖

圖14　測(cè)線11-2西段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

圖15　測(cè)線11-2中段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖

圖16　測(cè)線11-2東段東向西方向250M天線掃描雷達(dá)圖像

從圖14~圖16可以看出，11-2測(cè)線下方雷達(dá)波反射圖像亦呈現(xiàn)均勻、無(wú)明顯電磁特性突變介質(zhì)、界面及異常反射體的特征，表明所治理空區(qū)已經(jīng)充填密實(shí)，達(dá)到了預(yù)期效果。

4.4評(píng)估結(jié)論

通過(guò)以上典型工點(diǎn)治理效果的驗(yàn)證過(guò)程，選擇有代表性的空區(qū)，對(duì)比前期物探成果、施工中的鉆孔驗(yàn)證和治理施工記錄，以及治理完成后的地質(zhì)雷達(dá)掃描結(jié)果，證明治理工程已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的效果，消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，可以繼續(xù)下一步的機(jī)場(chǎng)土建工程施工。

P5[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-386-2