崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

某化工基地一期工程項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害勘查

崔 玉 成

(山西晉城路橋有限公司，山西 晉城 048000)

以某化工基地地質(zhì)災(zāi)害勘查為例，依據(jù)該勘查區(qū)自然地理與工程地質(zhì)條件，采用地質(zhì)調(diào)查與物探、鉆探相結(jié)合的綜合勘查手段，對(duì)該場(chǎng)區(qū)受溶洞及采空區(qū)影響的情況進(jìn)行了分析探討，并提出了合理的處治方案。

勘查，地質(zhì)災(zāi)害，采空區(qū)，溶洞

1 勘查工作概況

1.1 勘查歷程

本場(chǎng)區(qū)詳勘階段部分鉆孔發(fā)現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，為查明掉鉆原因，對(duì)掉鉆區(qū)域進(jìn)行了物探勘查工作，根據(jù)物探勘查的成果，對(duì)物探確定的異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)鉆探的同時(shí)，深入國(guó)土部門(mén)及周邊村莊、礦山進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查、訪問(wèn)本區(qū)采礦史。

1.2 勘查目的與任務(wù)

通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查，收集區(qū)域的相關(guān)資料及對(duì)已有資料的深入分析，采用物探、鉆探等工作，查明該場(chǎng)地受溶洞及采空區(qū)影響情況并提出處理方案建議。

1.3 勘查及評(píng)判依據(jù)

本次采空區(qū)(溶洞)勘查工作主要依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范:

1)GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范；2)GB 50007-2005建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范；3)工程物探手冊(cè)，2011水利水電版；4)JGJ 87-92建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；5)SH 3017-1999石油化工生產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范；6)工程地質(zhì)手冊(cè)，中國(guó)建筑第四版；7)JTG/T D31-03-2011采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則。

1.4 勘查工作方法

勘查工作采用地質(zhì)調(diào)查與物探、鉆探相結(jié)合的綜合勘查手段，其中地質(zhì)調(diào)查包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦井地質(zhì)調(diào)查；物探工作采用瞬變電磁法；鉆探采用取芯鉆探，用以揭示采空、冒落或礦層的深度、厚度和井巷富水情況。

2 勘查區(qū)自然地理與工程地質(zhì)條件

2.1 自然地理?xiàng)l件

勘查區(qū)位于太行山脈南端西側(cè)、沁水盆地東南緣，地貌類(lèi)型屬低山丘陵區(qū),地表大面積為黃土層所覆蓋，基巖僅出露于廠區(qū)西南部(西寺莊村北側(cè))。廠區(qū)內(nèi)總的地勢(shì)為南部高東部低。

本區(qū)屬東亞暖溫帶大陸性氣候，一年內(nèi)四季分明。

2.2 工程地質(zhì)條件

區(qū)域位于太行山脈南端西側(cè)、沁水盆地的東南緣，晉(城)～獲(鹿)褶斷帶東側(cè)。晉(城)～獲(鹿)褶斷帶為區(qū)域性的一條大斷裂，其中南段稱(chēng)晉(城)～高(平)褶斷帶，呈北北東走向，由一系列褶皺、斷裂組成，影響帶寬度達(dá)16 km～20 km，是控制本區(qū)地層、地貌、礦產(chǎn)分布的主構(gòu)造帶。構(gòu)造卷入地層有奧陶系、石炭系。該斷裂帶在陳溝以南發(fā)育于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r中，由一系列強(qiáng)烈擠壓的緊密褶皺群組成，軸部走向NNE15°～35°并伴有同方向的壓扭性斷裂，地貌上組成串珠狀山梁。在陳溝以北為開(kāi)闊不對(duì)稱(chēng)的褶皺和地塹為主，褶皺呈隱伏狀。

區(qū)域內(nèi)出露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系，上第三系及第四系松散沉積物廣泛覆蓋于上述各時(shí)代地層之上。

3 采空區(qū)(空洞)調(diào)查及特征

3.1 礦井地質(zhì)與采掘調(diào)查

根據(jù)礦井地質(zhì)調(diào)查，勘查區(qū)內(nèi)所存在的空洞，可由兩部分組成，第一部分為受向斜構(gòu)造影響，地下水沿構(gòu)造富集，致微晶方解石膠結(jié)中K5灰?guī)r中巖溶發(fā)育，形成較大規(guī)模的溶洞(在本項(xiàng)目詳勘查階段，3號(hào)鉆孔掉鉆4 m)，第二部分為近年小煤窯采掘9號(hào)煤層形成的空洞。

3.2 地表變形調(diào)查

勘查區(qū)內(nèi)地表較為平坦，建設(shè)用地下伏采空區(qū)形成時(shí)間已在多年以上，現(xiàn)狀條件下地表未見(jiàn)變形、開(kāi)裂跡象，未發(fā)現(xiàn)地裂縫、地面塌陷。原因可能在于該區(qū)為小礦生產(chǎn)，大多采用房柱式開(kāi)采，回采面積較小，需較長(zhǎng)時(shí)間才可能波及到地表，但是隨著保護(hù)煤柱的風(fēng)化，采空區(qū)頂?shù)装宓闹饾u破裂等多種內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力的作用下，可能會(huì)發(fā)生地裂縫、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。溶洞區(qū)現(xiàn)亦未見(jiàn)明顯地表變形，由于該區(qū)在歷史上未有大的人類(lèi)活動(dòng)影響，隨著廠區(qū)建設(shè)，溶洞頂板必將逐漸破裂，形成地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

4 物探勘查成果

4.1 物探工作方法

勘查區(qū)物探勘查主要采用瞬變電磁法，該方法為近十年發(fā)展起來(lái)的一種地球物理方法。

在正常情況下，采空塌陷區(qū)通常都比正常巖層含有更多的水分，與圍巖之間存在視電阻率差異，在地面上借助人工方法建立的電場(chǎng)，采集不同深度的視電阻率數(shù)據(jù)，來(lái)反映不同深度地質(zhì)體的地電信息。通過(guò)條件試驗(yàn)獲取已知采空塌陷區(qū)視電阻率參數(shù)，并以此解釋采空區(qū)變化情況。本次電法勘探對(duì)象，符合直流電法探測(cè)的物性前提。

4.2 物探工作量

根據(jù)委托方的要求分別以3號(hào)及379號(hào)為中心布設(shè)40 m×40 m的正方形勘探區(qū)，每個(gè)勘探區(qū)勘探面積1 600 m2，共布置18條測(cè)線，點(diǎn)距為3 m，線距為5 m，完成瞬變電磁法測(cè)點(diǎn)252個(gè)。測(cè)線點(diǎn)位采用地質(zhì)羅盤(pán)控制方位，結(jié)合皮尺量距布置，每個(gè)測(cè)點(diǎn)用木樁標(biāo)記(見(jiàn)圖1)。采用EMRS-3微機(jī)電磁勘探儀逐點(diǎn)勘探(見(jiàn)圖2)。

4.3 物探勘查成果

A區(qū)9條線均發(fā)現(xiàn)明顯的高阻異常，異常區(qū)面積約1 275 m2；B區(qū)9條測(cè)線均發(fā)現(xiàn)明顯的高阻異常，異常區(qū)面積約673 m2。

5 鉆探驗(yàn)證及成果

5.1 鉆探方法

鉆探工作是本次勘查工作的重點(diǎn)之一，其目的是對(duì)物探圈定的異常體范圍進(jìn)行驗(yàn)證。采用清水鉆進(jìn)，填土層中采用套管護(hù)壁，觀察記錄鉆探過(guò)程中的漏水情況。

5.2 鉆孔布設(shè)與目的

根據(jù)最初的物探結(jié)果，對(duì)物探確認(rèn)的明顯異常中心和較為模糊的異常邊界部位共計(jì)布設(shè)了7個(gè)鉆孔，詳細(xì)查明勘查區(qū)內(nèi)的地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特征，進(jìn)一步掌握采空區(qū)的要素。

5.3 鉆探結(jié)果

5.3.1 A區(qū)鉆探結(jié)果分析

A區(qū)共布設(shè)并施鉆11個(gè)鉆孔，最初布設(shè)4個(gè)孔位于物探范圍之內(nèi)，孔號(hào)為A1～A4，4個(gè)鉆孔全部掉鉆，之后在物探區(qū)之外布設(shè)A5～A11等7個(gè)鉆孔，其中A9號(hào)孔在灰?guī)r處漏漿，漏漿后再不返水，A10號(hào)孔見(jiàn)溶洞充填物，充填物成分為粘土及砂巖、灰?guī)r碎塊，厚度2.5 m，A11號(hào)孔掉鉆，全部掉鉆孔中掉鉆落距最大4.0 m(為建材太原地質(zhì)勘查院原詳勘3號(hào)孔)，最小0.5 m(A4號(hào)孔)，平均約1.8 m，掉鉆同時(shí)伴隨孔內(nèi)泥漿全部漏失，且孔口存在吸風(fēng)現(xiàn)象。A10號(hào)孔所取溶洞充填物見(jiàn)圖3，A3號(hào)孔所取巖芯中溶孔見(jiàn)圖4。

通過(guò)以上分析得出A區(qū)主要掉鉆區(qū)集中在K5灰?guī)r范圍內(nèi)，確定了該區(qū)空洞為溶洞，在晉城地區(qū)很少見(jiàn)到如此大的溶洞，A區(qū)物探驗(yàn)證孔結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 A區(qū)物探驗(yàn)證孔結(jié)果一覽表

5.3.2 B區(qū)鉆探結(jié)果分析

B區(qū)共布設(shè)11個(gè)鉆孔，實(shí)際施鉆9個(gè)鉆孔，驗(yàn)證孔的鉆探情況，與物探異常區(qū)的性質(zhì)相一致，由于異常區(qū)有向物探區(qū)之外延伸的趨勢(shì)，在物探范圍之外再次布設(shè)了8個(gè)驗(yàn)證孔，作為對(duì)采空區(qū)邊界的控制。通過(guò)本次鉆探驗(yàn)證使采空區(qū)的性質(zhì)、埋深得以確定，局部邊界得到了確定。同時(shí)確定9號(hào)煤層厚度接近4.0 m，為可采煤層。B區(qū)物探驗(yàn)證孔結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 B區(qū)物探驗(yàn)證孔結(jié)果一覽表

6 勘查綜合分析與評(píng)價(jià)

本次勘查成果分析，由于本場(chǎng)地溶洞規(guī)模大、埋深淺將溶洞參照采空區(qū)特征進(jìn)行分析。

6.1 勘查綜合分析與結(jié)論

通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等三個(gè)手段的綜合勘查，按照三個(gè)勘查手段得到的結(jié)論進(jìn)行相互反復(fù)對(duì)比分析與綜合研究，最終依據(jù)物探解譯資料，及鉆探成果對(duì)空洞區(qū)邊界進(jìn)行了圈定?？辈閰^(qū)內(nèi)按區(qū)域分為A區(qū)、B區(qū)，首先采用物探確定了物探區(qū)的空洞范圍，通過(guò)驗(yàn)證鉆孔確定了空洞的性質(zhì)、規(guī)模?？辈閰^(qū)A區(qū)為巖溶空洞?？辈閰^(qū)B區(qū)為采煤空洞。

6.2 采空區(qū)要素與空洞體體積估算

6.2.1 A區(qū)溶洞要素

根據(jù)鉆探成果，本勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的要素如下：埋深及標(biāo)高：地表埋深35.0 m～38.5 m，標(biāo)高：752.28 m～747.2 m。礦層采厚：0.5 m～4.0 m，平均1.8 m。礦層頂板及特征：砂泥巖，厚度20.5 m～22.0 m。采深采厚比：21.4?？斩绰剩焊鶕?jù)鉆探結(jié)果，溶洞掉鉆孔全部吸風(fēng)，判斷為連續(xù)空洞，取值100%。冒落塌陷率：根據(jù)地表變形和鉆探揭示，地表未見(jiàn)塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的100%左右。

6.2.2 B區(qū)采空區(qū)要素

根據(jù)鉆探成果，本勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的要素如下：埋深及標(biāo)高：地表埋深33.7 m～39.0 m，標(biāo)高：752.3 m～746.7 m。礦層采厚：1.0 m～3.6 m，平均1.9 m。礦層頂板及特征：砂泥巖，厚度16.3 m～17.5 m。采深采厚比：20?；夭陕剩焊鶕?jù)調(diào)查及鉆探結(jié)果，本區(qū)9號(hào)煤層為小窯破壞區(qū)，回采率約40%。冒落塌陷率：根據(jù)地表變形和鉆探揭示，地表未見(jiàn)塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的95%左右。

6.2.3 采空區(qū)空洞體積估算

采空區(qū)剩余空洞體積見(jiàn)表3。

表3 采空區(qū)剩余空洞體積一覽表

6.3 采空區(qū)(溶洞)處治方案建議

由于該場(chǎng)地地面建筑物為廠區(qū)各裝置，為確保建筑物的安全，本報(bào)告建議采用全充填注漿法對(duì)溶洞及采空區(qū)進(jìn)行治理。

全充填壓力注漿法。在地表施工鉆孔，鉆孔深度達(dá)到采空底板，將注漿管密封在煤礦采空區(qū)上覆巖層中，采用泥漿泵，將漿液注入采空塌陷區(qū)和其上覆的巖層裂隙帶中，漿液的結(jié)石體阻止上覆巖層及地表的進(jìn)一步變形，從而達(dá)到治理采空區(qū)之目的。

此方案優(yōu)點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理；缺點(diǎn)是：施工周期長(zhǎng)，材料用量較大。

Geological disaster survey on the chemical base first-stage engineering project

CUI Yu-cheng

(ShanxiJinchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Jincheng048000,China)

Taking the chemical base geology disaster survey as an example, according to its natural location and engineering geology, the paper applies geology survey and geophysical prospecting and drilling survey methods, and analyzes karst and mined-out area influencing conditions, and finally puts forward rational processing scheme.

survey, geological disaster, mined-out area, karst

1009-6825(2014)30-0103-03

2014-08-14

崔玉成(1972- )，男，工程師

P694

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