濟(jì)南市禹瀚產(chǎn)業(yè)用地采空區(qū)特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

辛 建, 王文明

(1.山東建勘集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250031； 2.山東設(shè)協(xié)勘察設(shè)計(jì)審查咨詢(xún)中心，山東 濟(jì)南 250031)

禹瀚產(chǎn)業(yè)用地項(xiàng)目位于濟(jì)南市章丘區(qū)經(jīng)十路以南，原埠村煤礦礦區(qū)，擬建住宅、辦公寫(xiě)字樓、別墅、產(chǎn)業(yè)研發(fā)樓及沿街商業(yè)等。

1 自然地理

區(qū)內(nèi)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季嚴(yán)寒、干燥，夏季炎熱、潮濕；降水量集中在6—9月份，約占全年降水量的70%；屬山間平原，河流不發(fā)育，有南北向巴漏河和大冶河；歷史上地震規(guī)模較小，震源淺，震級(jí)低，抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度值為0.10g，無(wú)活動(dòng)斷裂，地殼穩(wěn)定性好。

2 地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)位于文祖斷層和雞山斷層之間的地塹地帶，發(fā)育埠村向斜和近南北向的斷層。埠村向斜主軸向NE20°～25°，延展長(zhǎng)10 km，東翼受文祖斷層切割形態(tài)不完整，西翼形態(tài)比較完整；斷層數(shù)量多，落差大，以高角度的正斷層為主，控制著井田的構(gòu)造格局。

區(qū)內(nèi)地層自下而上為奧陶系三山子組白云質(zhì)灰?guī)r，東黃山組角礫巖、角礫狀泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r，北庵莊組灰?guī)r，土峪組泥灰?guī)r和泥灰角礫巖，五陽(yáng)山組灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r，閣莊組泥灰?guī)r、泥灰角礫巖，八陡組灰?guī)r；石炭—二疊系本溪組鋁土巖、砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、黏土頁(yè)巖，太原組砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖夾煤層，山西組中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖與砂頁(yè)巖互層；二疊系黑山組砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖，萬(wàn)山組砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖，奎山組含礫石英砂巖、頁(yè)巖，孝婦河組中粗粒砂巖、頁(yè)巖；三疊系孫家溝組頁(yè)巖、中粗粒砂巖；第四系黃土、砂土、黏土。巖漿活動(dòng)劇烈，主要為閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)巖和輝綠巖，對(duì)煤層破壞較嚴(yán)重。

2.2 水文地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)主要含水層為第四系孔隙含水層、石炭—二疊紀(jì)山西組砂巖含水層、太原組薄層灰?guī)r含水層、太原組徐上砂巖裂隙含水層、太原組徐家莊灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶含水層；第四系孔隙含水層主要接受大氣降水和溝、河水的補(bǔ)給，也是礦井淺部古采空區(qū)及煤系各含水層的主要補(bǔ)給水源。主要隔水層為頁(yè)巖和黏土巖，隔水性良好，但部分受采動(dòng)裂隙直接影響，起不到隔水作用，對(duì)煤的開(kāi)采有嚴(yán)重的水害威脅。

2.3 工程地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)土體屬山間平原松散堆積型，主要為黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，前者承載力特征值為100～150 kPa，后者承載力特征值為200 kPa以上；巖體工程地質(zhì)分為堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬砂巖和頁(yè)巖、堅(jiān)硬厚層狀灰?guī)r，工程地質(zhì)條件較好，巖石抗壓強(qiáng)度高。

2.4 煤礦開(kāi)采現(xiàn)狀

擬建項(xiàng)目位于埠村煤礦三號(hào)井開(kāi)采范圍內(nèi)，主要含煤地層為石炭—二疊紀(jì)山西組和太原組，主要開(kāi)采煤層為1、3煤層，9-1、9-2煤層局部開(kāi)采，其中，1煤層開(kāi)采范圍主要分布在東區(qū)，3煤層?xùn)|區(qū)大部分回采結(jié)束，剩余資源儲(chǔ)量540.4萬(wàn)噸，剩余基礎(chǔ)儲(chǔ)量19.2萬(wàn)噸，剩余可采儲(chǔ)量16.3萬(wàn)噸。

3 采空區(qū)分布情況

3.1 采空區(qū)特征

擬建場(chǎng)地位于濟(jì)東煤田埠村煤礦。埠村煤礦開(kāi)采歷史悠久，以條帶式開(kāi)采為主，采空區(qū)埋深340～600 m，形成時(shí)間為2000—2003年和2010年，呈條帶狀間隔分布，大小為(20～50 m)×(70～110 m)，煤柱寬30～50 m，回采率約為60%。場(chǎng)地東側(cè)為1煤層開(kāi)采區(qū)，采空區(qū)埋深475～550 m，形成時(shí)間2005—2006年。采空區(qū)地表變形范圍大且比較連續(xù)，形成“三帶”沉陷盆地，現(xiàn)已趨于穩(wěn)定。

3.2 物探資料解釋

為驗(yàn)證采空區(qū)信息，開(kāi)展了瞬變電磁和大地電磁測(cè)深工作。共完成瞬變電磁剖面14條，測(cè)點(diǎn)691個(gè)(點(diǎn)間距20 m)；大地電磁測(cè)深剖面4條，測(cè)點(diǎn)114個(gè)(點(diǎn)間距20 m)。

(1)瞬變電磁剖面共圈定出低阻異常區(qū)段36處；大地電磁測(cè)深剖面識(shí)別出低阻異常區(qū)7處(表1)；平面上圈定了兩個(gè)采空區(qū)異常帶[1]；推斷出F1、F2、F3三條斷裂。采空區(qū)分布范圍、深度和斷裂與收集資料基本一致。

表1 大地電磁測(cè)深剖面異常分布一覽表

3.3 鉆探驗(yàn)證

本次共實(shí)施鉆孔7個(gè)，初步查明采空區(qū)的豎向特征(表2)。以F2斷層為界，西側(cè)采空區(qū)埋深相對(duì)較淺，340～380 m，平均約365 m；東側(cè)采空區(qū)埋深相對(duì)較深，400～600m；未見(jiàn)掉鉆現(xiàn)象；垮落裂隙帶高度為26.10～39.40m，平均33.72m；采空區(qū)現(xiàn)已充水。采空區(qū)深度及分布范圍與收集資料基本一致。

表2 典型鉆探異常一覽表

4 穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

4.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

場(chǎng)地上覆巖層單軸抗壓強(qiáng)度為51.9～58.6 MPa，屬較硬覆巖；周?chē)迩f建筑物未發(fā)現(xiàn)斑裂現(xiàn)象，道路和立交橋未發(fā)現(xiàn)裂縫；無(wú)地裂縫、臺(tái)階、塌陷坑；采礦活動(dòng)在2003年基本完成，局部2010年開(kāi)采，終采時(shí)間8～15年；煤柱安全穩(wěn)定系數(shù)為1.43～2.00；場(chǎng)地位于煤礦主要開(kāi)采范圍內(nèi)，且位于采空區(qū)盆地中間。

根據(jù)終采時(shí)間、地表移動(dòng)特征及煤柱安全穩(wěn)定系數(shù)等綜合判斷，場(chǎng)地穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定。

4.2 適宜性評(píng)價(jià)

區(qū)內(nèi)1煤、3煤采空區(qū)采深h≥300 m；地表變形趨于相對(duì)穩(wěn)定；采空區(qū)已充水，地下水對(duì)殘留煤柱具軟化和破壞作用，存在活化的可能；采空區(qū)部位存在漏水現(xiàn)象，未見(jiàn)掉鉆現(xiàn)象，鉆探進(jìn)尺稍快，基本密實(shí)；故采空區(qū)對(duì)擬建工程的影響程度中等[2]。地表大部分地區(qū)最大剩余下沉值為83.8～100.0 mm，局部最大剩余下沉值為100.0～189.2 mm；剩余傾斜值為0.36～0.83 mm/m，剩余水平變形值為0.17～0.40 mm/m，剩余曲率值為(0.002～0.006)×10-3/m，故大部分采空區(qū)對(duì)工程建設(shè)影響程度小，局部對(duì)工程建設(shè)影響程度中等[3]。此外，附加應(yīng)力影響深度判別也顯示擬建34層建筑工程對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響小。

采空區(qū)場(chǎng)地為基本穩(wěn)定場(chǎng)地，對(duì)擬建工程影響中等，為適宜和基本適宜建筑場(chǎng)地。

5 結(jié)論

(1)埠村煤礦采空區(qū)埋深340～600 m，地表變形范圍大且比較連續(xù)，趨于穩(wěn)定。瞬變電磁剖面圈定出低阻異常區(qū)段36處，大地電磁測(cè)深剖面圈定出低阻異常區(qū)7處，平面上圈定了2個(gè)采空區(qū)異常帶；推斷出F1、F2、F3三條斷裂。初步查明了采空區(qū)的豎向特征，埋深東深西淺，且已充水，與現(xiàn)狀基本一致。

(2)擬建工程地質(zhì)調(diào)查和工程試驗(yàn)表明：場(chǎng)地穩(wěn)定性較好；采空區(qū)對(duì)擬建工程影響中等，工程建設(shè)對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響較小，為基本適宜和適宜建筑場(chǎng)地，比較適合禹瀚產(chǎn)業(yè)高層和多層建筑用地要求。