本溪小市煤礦采空區(qū)建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估

盧明

摘要：擬于本溪縣建設(shè)米高楓葉公寓建設(shè)項(xiàng)目本溪小市煤礦采空區(qū)上，為確保該工程的安全性、穩(wěn)定性，有效地防治地質(zhì)災(zāi)害，按照《國土資源部關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估工作的通知》（國土資發(fā)[2004]69號文件）、遼寧省國土資源廳《關(guān)于加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估工作的通知》（遼國土資發(fā)2004]198號文件）及遼寧省國土資源廳《關(guān)于印發(fā)遼寧省建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估管理辦法的通知》遼國土資發(fā)[2007]42號文件等精神，對擬建項(xiàng)目場地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；評估；活化

評估區(qū)所在區(qū)域位于原本溪縣小市煤礦區(qū)域，該煤礦原為本溪縣國有煤礦，煤礦開采歷史較長，2003年閉礦停采，停采前處于回采、采殘煤階段。建有主付斜井一對。依據(jù)“三帶”理論計(jì)算采空區(qū)及巷道對地表的影響，對在附加荷載作用下采空區(qū)活化做出評價(jià)。

1.工程及場地概況

評估區(qū)地貌單元為本溪縣丘陵地區(qū)，地貌屬剝蝕低丘地貌單元，地勢高程變化較大，自然地面坡度6～8°，地面高差相對在37.80米。地貌條件中等，地形條件中等，地層構(gòu)造條件簡單，水文地質(zhì)條件簡單，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度屬復(fù)雜類別，評估級別確定為二級，評估區(qū)地形條件中等，地貌類型中等。地層巖性主要為二迭系為下統(tǒng)山西組（P11）和下石河組（P12）。所屬大地構(gòu)造單元為中朝準(zhǔn)地臺（Ⅰ）—膠遼臺?。á?）—太子河～渾江臺陷（Ⅰ12）—遼陽～本溪凹陷（Ⅰ12-1）。地下水主要分布于基巖的風(fēng)化裂隙及構(gòu)造裂隙中，根據(jù)鉆探結(jié)果，地下水位埋深8～10m，基巖整體較為完整，局部裂隙較為發(fā)育，富水性較差，評估區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡單。

小市煤礦煤礦原為本溪縣國有煤礦，2003年閉礦停采，停采前處于回采、采殘煤階段。主井井口位于馬皮匠溝南山北側(cè)，井口標(biāo)高為229.56m，井筒方位210°，傾角23～25度，開拓巷道650m。付井井口位于馬皮匠溝南山西側(cè)，井口標(biāo)高為200.79m，井筒方位90°轉(zhuǎn)140°，傾角23～25度，開拓巷道600m。主付井多處貫通，分10個(gè)水平回采殘煤，在標(biāo)高100米以上全部回采，從10道-140至4道100m間，尚余殘存量不多。

2.公寓建設(shè)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害評估

根據(jù)收集的煤礦礦區(qū)開采資料以及實(shí)地調(diào)查鉆孔取芯結(jié)果，綜合分析各種已有資料，可以確定評估區(qū)內(nèi)15～18號住宅樓地段處于煤礦開采范圍之內(nèi)，在標(biāo)高為130～140m位置存在一近南北方向的平巷，采煤位置也處于這一深度處，煤層傾向139°左右，傾角45°，單煤層厚度不足1m，根據(jù)收集的煤礦資料分析，巷道在評估區(qū)內(nèi)距地表深度90m左右。

2.1采空區(qū)地基的空間穩(wěn)定性分析

（1）巷道穩(wěn)定性驗(yàn)算

式中：P0——建筑物基底單位壓力（kN/m2），擬建建筑物平面尺寸按50m×12m、建筑物最大荷重60000 kN計(jì)算，取100kN/ m2；

B——巷道寬度（m），取值2.0；

——巖層的重度（kN/m3），取值26；

——巖層的內(nèi)摩擦角（°），取值51.7。

由計(jì)算結(jié)果分析，臨界深度H0=16.21m，安全深度為24.30m，巷道頂板的埋藏深度H為90m，H>1.5 H0，地基穩(wěn)定。

（2）采空區(qū)活化影響分析

在采空區(qū)上興建建筑物，建筑物所帶來的附加應(yīng)力使地基土中原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起采空區(qū)“活化”。的安全開采深度H應(yīng)滿足下列要求：

>

式中： ——采空區(qū)冒落帶最大高度；

?——采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶高度；

——建筑物荷載影響深度。

a、覆巖破壞高度計(jì)算。

依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，選取計(jì)算公式如下：

式中：∑M——每個(gè)煤層的累計(jì)采厚，m。

開采平均厚度按2.0m，代入公式計(jì)算得Hm =4.8～9.2m，Hli=23.8～35.0m。由計(jì)算結(jié)果可知，裂隙帶的最高發(fā)育高度位于上煤層之上44.2m，即裂隙帶位于地表45.8m之下。根據(jù)現(xiàn)場鉆探勘察，場地在50～60m深度內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)上部巖層導(dǎo)水裂隙帶，巖層總體較為穩(wěn)定。

b、建（構(gòu)）筑物荷載影響深度計(jì)算

地基中自重應(yīng)力用下式計(jì)算：

σc=γ1h1+γ2h2+…+γnhn

式中：γ1、γ2、…、γn—為地基中自上而下各層土或巖石的容重，kN/m3；

h1、h2、…、hn—為地基中自上而下各層土或巖石的厚度，m。

第四系表土層厚取1.5m，表土層計(jì)算容重取20kN /m3，以下巖層計(jì)算容重取26kN /m3。

地基附加應(yīng)力按下式計(jì)算：

σz=k·P0

式中：

k—各種荷載（矩形、方形、條形荷載等）下的豎向附加應(yīng)力系數(shù)（計(jì)算時(shí)按建筑物中心點(diǎn)下部附加應(yīng)力，k值為4倍角點(diǎn)下豎向附加應(yīng)力系數(shù)）；

P0—作用于基礎(chǔ)底面平均附加壓力，kN/m2；

P0= P - γ0D

P——建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)底面處豎向均布荷載，擬建建筑物平面尺寸按50m×12m、建筑物最大荷重60000 kN計(jì)算，取100kN/ m2；

γ0——基礎(chǔ)底面標(biāo)高以上天然土層的容重，γ0=20kN/m3；

D——基礎(chǔ)埋深，取1.5m。

按上述方法計(jì)算，建筑物荷載影響深度為22m。

通過上面計(jì)算得出：地下采空區(qū)的安全開采深度H=Hm + Hli + H影 =50.6～66.2m，評估區(qū)內(nèi)采空區(qū)煤層深度在90m左右，建筑物附加應(yīng)力的影響深度不足以達(dá)到導(dǎo)水裂隙帶巖層。通過上述分析，可以認(rèn)為：在無其他因素的影響下，上部建筑物地基是穩(wěn)定的，目前工程設(shè)計(jì)的建筑荷載不會使采空區(qū)“活化”。

2.2采空區(qū)地表移動時(shí)間效應(yīng)分析

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的規(guī)定，當(dāng)無礦區(qū)實(shí)測資料時(shí)，采空區(qū)地表移動的延續(xù)時(shí)間（T）可按下式進(jìn)行計(jì)算：

T=2.5H（d）

試中H——工作面平均采深（m）。

評估區(qū)內(nèi)采空區(qū)H≈90m，故T≈225天。故按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》計(jì)算出的地表移動延續(xù)時(shí)間不超過一年，而評估區(qū)內(nèi)實(shí)際采煤停止時(shí)間已達(dá)8年以上，因此，評估區(qū)內(nèi)受采空影響的地表移動期已經(jīng)結(jié)束。

本次評估過程中，在擬建場地布置了7個(gè)地表移動變形監(jiān)測點(diǎn)，經(jīng)過30天的對比監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)有明顯的沉降變形。

綜合上述分析，目前的工程設(shè)計(jì)荷載對地基的穩(wěn)定性影響較小，場地內(nèi)巷道上部地基穩(wěn)定，工程設(shè)計(jì)的建筑荷載也不會使采空區(qū)“活化”。因而認(rèn)為在評估區(qū)內(nèi)的采空區(qū)范圍內(nèi)存在建設(shè)工程可能引發(fā)采空區(qū)地面塌陷的可能性，其發(fā)生的可能性小，危險(xiǎn)性中等。

2.3建筑物地基不均勻沉降

建筑場地地處山坡部位，自然地面坡度6～8°，地面相對高差在37.80米。場地地表為人工填土或坡積形成的粉質(zhì)粘土及粉土，第四系厚度變化較大，為0.5～13.5m，巖土層均勻性較差，建筑物基礎(chǔ)采用淺基礎(chǔ)形式，以夯實(shí)后的人工填土及粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層，因而工程建設(shè)存在引發(fā)建筑物地基不均勻沉降的可能性，可能性中等，危險(xiǎn)性中等。

3.綜合結(jié)論分析

本溪小市煤礦采空區(qū)工程建設(shè)可能引發(fā)、加劇的地質(zhì)災(zāi)害有：采空區(qū)地面塌陷，其發(fā)生的可能性小，危險(xiǎn)性中等；人工邊坡滑塌，其可能性中等，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性中等；建筑物地基不均勻沉降，可能性中等，危險(xiǎn)性中等。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：遼寧省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)）