煤礦采空區(qū)勘察與地基穩(wěn)定性評估技術(shù)

■康杰 朱濤

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院云南昆明650000）

煤礦采空區(qū)勘察與地基穩(wěn)定性評估技術(shù)

■康杰 朱濤

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院云南昆明650000）

近年來我國在礦區(qū)工業(yè)領(lǐng)域的開發(fā)力度不斷加大，礦區(qū)范圍內(nèi)建設(shè)用地的情況也越來越嚴(yán)峻，這種情況下煤礦采空區(qū)的合理應(yīng)用顯得非常重要?；诖?，文章結(jié)合筆者多年來的實際工作經(jīng)驗，從煤礦采空區(qū)勘察和地基穩(wěn)定性評估兩方面展開了分析和研究，希望本文的分析可以為同行業(yè)人士的研究提供一些參考與借鑒。

煤礦采空區(qū) 勘察 地基穩(wěn)定性 評估

隨著近年來我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，礦區(qū)工業(yè)的開發(fā)力度不斷加大，縱觀當(dāng)前我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，采空區(qū)面積巨大，其應(yīng)用前景非常廣闊，據(jù)相關(guān)資料研究，當(dāng)前我國71個原國家統(tǒng)配煤礦踩空沉陷區(qū)面積為4027.4km2，其他統(tǒng)配礦和地方礦踩空沉陷區(qū)面積合計有4000km2。我國在80年代開始對煤礦采空區(qū)利用情況進行研究，取得了很多成果，但是當(dāng)前始終沒有形成技術(shù)規(guī)范，尤其是對于老采空區(qū)，存在失穩(wěn)破壞的潛在危險。因此，在保證地面工程的基礎(chǔ)上，應(yīng)對煤礦采空區(qū)進行合理應(yīng)用。下面讓我們一同針對煤礦采空區(qū)勘察與地基穩(wěn)定性評估技術(shù)展開分析，相信一定可以為大家?guī)硪恍﹩⑹尽?/p>

1 煤礦采空區(qū)勘察

進行采空區(qū)勘察的目的在于明確采空區(qū)的平面分布情況，并對采空區(qū)及其覆巖現(xiàn)狀進行觀測與分析，為地基穩(wěn)定性評估提供有效依據(jù)。煤礦采空區(qū)勘察工作不僅需要對地質(zhì)采礦資料進行收集，同時還要對鉆探、物探及彩色鉆孔電視等多種手段進行有效利用。

1.1 物探勘察

物探方法有很多種，例如瞬變電磁法，這種方法屬于時間域電磁測探法，充分利用階躍波形電磁脈沖，向地下發(fā)射一次場，在一次場間歇之間，對由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場進行測量，隨著時間的變化達(dá)到尋找地質(zhì)目標(biāo)體，高密度電法是一種新型的陳列勘探方法，主要以靜電場理論為依據(jù)，對目標(biāo)體電性差異進行探測，是一種集電測和電剖面于一體的勘探方法。在選擇物探方法時，應(yīng)結(jié)合采空區(qū)的埋深及相關(guān)干擾因素進行最終確定，如果采空區(qū)并埋深比較大，可以選擇E11-4，如果勘察區(qū)存在高壓電線干擾，可以選擇高密度電法，或者在開始物探之前展開分辨率對比試驗，最終對物探方法進行確定。

1.2 鉆探勘察

鉆探應(yīng)在物探基礎(chǔ)上進行，其目的在于查清采空區(qū)的大小及具體分布情況，利用鉆探巖樣力學(xué)試驗，對采空區(qū)覆巖力學(xué)強度進行測試。在鉆探過程中要求第四系層段應(yīng)利用泥漿進行沖洗，基巖層應(yīng)利用清水進行沖洗，還要將不返水鉆孔深度進行記錄。

1.3 彩色鉆孔電視觀測

彩色鉆孔電視觀測的主要目的是確定煤礦采空區(qū)覆巖破壞的具體情況，該系統(tǒng)主要包括控制器、探頭及電纜等多部分，結(jié)合沖洗液漏失量，對“兩帶”發(fā)育高度進行觀測，以提升準(zhǔn)確度。該系統(tǒng)可以攝取360°的全孔壁圖像。

2 地基穩(wěn)定性評估

采煤沉陷區(qū)地基和一般建筑物地基相比，不僅要受到地表建筑荷載的影響，同時還要受到下方覆巖破壞帶的影響，如果有較大外力傳遞到裂縫帶巖土層，其地表可能會出現(xiàn)較大突變，對建筑物地基整體穩(wěn)定性造成影響。所以，有必要對煤礦采空區(qū)覆巖破壞帶的高度、建筑物荷載等方面的空間位置關(guān)系進行分析。

2.1 裂縫待高度計算

沉陷區(qū)覆巖中存在裂縫帶、垮落帶及彎曲帶，這些巖塊之間存在較大空洞，裂縫待中巖層可能會出現(xiàn)離層、破裂等問題，彎曲帶碳層會整體連續(xù)下沉。裂縫帶與垮落帶都是不連續(xù)變形破壞，其抗剪強度和抗壓強度明顯比原始巖體的強度低。如果建筑物荷載傳遞到了垮落帶和裂縫帶，勢必會使建筑物的不均勻沉降加大，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)建筑物斷裂的問題。因此有必要對裂縫帶和垮落帶高度進行計算。

式中，M表示煤層綜合采厚，m、a、b都是和覆巖性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)。

2.2 荷載影響深度計算

荷載影響深度需要結(jié)合建筑物荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力以及和地基自重應(yīng)力之間的關(guān)系進行確定。通常情況下，如果地基中附加應(yīng)力和相應(yīng)位置上自重應(yīng)力的20%相等時，這時可以忽略不計該位置上構(gòu)筑物荷載產(chǎn)生的影響，因為地基屬于破裂巖體沉陷區(qū)上方地基，這時可以將20%提升到5%～10%。

地基中附加應(yīng)力的計算過程比較復(fù)雜，通常可以利用彈性理論推導(dǎo)出具體的方法。作用在地基上的荷載通常很少會有集中力形式，都是將基礎(chǔ)分部在一定面積上。如果基礎(chǔ)底面為規(guī)則矩形，那么應(yīng)該按照疊加原理積分的方式來求解，這樣就可以得到地基中附加應(yīng)力分布。

按照建筑物設(shè)計情況、地質(zhì)條件可以計算出附加荷載影響深度。通常覆巖裂縫帶的高度和荷載影響深度之間的關(guān)系有以下幾方面：第一，荷載影響深度和覆巖裂縫帶高度之間有安全距離，這時附加荷載不會對裂縫帶的穩(wěn)定性造成影響；第二，荷載影響深度如果與裂縫帶頂部相接觸，這時即處于臨界狀態(tài)中；第三，荷載影響深度到了裂縫帶頂部，這時附加荷載將會對裂縫帶的穩(wěn)定性造成影響，同時建筑物也會受到不均勻沉降的影響，這種情況下需要采取相應(yīng)措施對地基進行處理。

3 結(jié)語

綜上所述，我國土地越來越珍貴，礦區(qū)建設(shè)用地也日趨緊張，這種情況下合理應(yīng)用踩空沉陷區(qū)土地，是當(dāng)前這方面發(fā)展的一個主要趨勢。因為煤礦采空區(qū)地基存在一定的特殊性，要想保證建筑物的安全性與可靠性，必須充分重視煤礦采空區(qū)的勘查以及地基穩(wěn)定性評估等工作，此外，還要加強對治理方案的編制，充分重視施工質(zhì)量管理與控制，還要注意對治理效果進行詳細(xì)的檢查。煤礦采空區(qū)中的建筑物，按照其使用要求與重要性，應(yīng)該注意選擇有針對性的抗變形措施。

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X752[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-233-2