馬 濤，高 博（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

擬建建筑物下伏多層采空區(qū)評(píng)估簡析

馬 濤，高 博
（北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048）

煤礦采空區(qū)上修建建筑物容易產(chǎn)生沉降變形、房屋開裂，對(duì)于在下伏多層采空區(qū)上方修建建筑物（群）如何進(jìn)行定性和定量的評(píng)估成為場地適宜性的關(guān)鍵問題。由于采空區(qū)開采的隨機(jī)性，不僅要掌握采空區(qū)分布，還要通過工程勘探手段對(duì)掌握的資料進(jìn)行驗(yàn)證，才能保證評(píng)價(jià)工作的科學(xué)合理。同時(shí)要對(duì)采空區(qū)按照分布情況分類，進(jìn)行有針對(duì)性的多種方法的定性、定量計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)采空區(qū)。本文對(duì)如何運(yùn)用物探、鉆探等輔助手段對(duì)建筑場區(qū)的適宜性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期對(duì)后續(xù)工程建設(shè)提供參考。

采空區(qū)；地災(zāi)評(píng)估；瞬變電磁法

0　引言

某旅游開發(fā)項(xiàng)目位于北京市門頭溝區(qū)王平鎮(zhèn)呂家坡王平村。王平村井田屬京西煤田，石炭二疊系楊家屯煤系，是含煤較豐富的地段，1950年一些小窯合并成安家灘礦，1964年安家灘礦與王平村礦正式合并為王平村礦。井田有著較早的開采歷史，有百余年小窯開采歷史，場區(qū)的采空區(qū)成為對(duì)場區(qū)適宜性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問題。

1　場區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分析

王平村礦小窯遍布，許多小窯的開采無據(jù)可考，這對(duì)項(xiàng)目前期開發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估分析工作帶來較大難度。而且項(xiàng)目區(qū)煤炭開采活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響大，是導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)地面塌陷、坡體垮塌等地質(zhì)環(huán)境問題的主要原因。采空區(qū)上的建筑物很多已經(jīng)產(chǎn)生沉降變形、房屋開裂等地質(zhì)災(zāi)害隱患。部分山體巖體陡峭，煤層開采導(dǎo)致了項(xiàng)目場區(qū)內(nèi)存在著崩塌危險(xiǎn)。礦區(qū)開采形成的大量固體廢棄物堆積在溝谷處為泥石流形成的物質(zhì)條件。所有這些地質(zhì)災(zāi)害都與采空區(qū)有關(guān)，所以，對(duì)采空區(qū)的評(píng)估是場區(qū)適宜性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問題。

采空區(qū)的形成和破壞機(jī)理極其復(fù)雜，只通過單一的工程手段對(duì)其進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)是極為不合理和不科學(xué)的?？傮w上采用了調(diào)查走訪、收集資料、現(xiàn)場勘探并結(jié)合多種方法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行定性和定量的分析和科學(xué)合理的評(píng)價(jià)。

通過調(diào)查走訪，調(diào)閱了該區(qū)域的地質(zhì)圖，對(duì)王平煤礦可查的一些資料進(jìn)行梳理。了解到了王平煤礦歷史、煤層煤田的分布、儲(chǔ)量和已開采情況。地質(zhì)條件方面，項(xiàng)目區(qū)的中部位置有一條沿西南—東北走向的平安溝斷層，這條斷層將項(xiàng)目區(qū)分為了北翼和南翼兩部分，多個(gè)褶皺和平安溝斷層的共同作用將場區(qū)內(nèi)的煤層分為了兩種地質(zhì)構(gòu)造，南翼的煤層較為平緩，北翼的煤層傾角較大（圖1、圖2）。在場區(qū)范圍內(nèi)，王平煤礦有據(jù)可考的曾經(jīng)開采過的煤層共有4層，從地表算起，自下而上分別為三槽、四槽、五槽和六槽。場區(qū)內(nèi)4層煤層在南翼和北翼均有分布，開采以南翼為主。

2　采空區(qū)的現(xiàn)狀評(píng)估

初步掌握了煤層和開采情況后，有針對(duì)性的對(duì)采空區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行勘探。勘探手段采用了物探和鉆探相結(jié)合的方法，鉆探方面，對(duì)可能存在的淺層采空區(qū)位置進(jìn)行了勘察（圖3～6），在布置的24個(gè)孔中，有3個(gè)孔發(fā)現(xiàn)了地下空洞，地下空洞在地表以下30m深度范圍內(nèi)。物探方面，考慮到場區(qū)大部分采空區(qū)埋深較大，選用了能滿足探測深度要求的瞬變電磁法對(duì)不同深度采空區(qū)和地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測（圖7、圖8）。共完成TEM測線6條，測點(diǎn)176個(gè)。共探測到采空區(qū)異常11處，采空引起的大規(guī)模塌陷異常2處，嚴(yán)重塌陷3處，破碎（斷裂）帶異常2處，煤層異常4處。

3　采空區(qū)的綜合評(píng)價(jià)

通過現(xiàn)場的勘探手段，我們已經(jīng)對(duì)采空區(qū)的分布有了一定程度的了解。由于采空區(qū)形成的隨機(jī)性和復(fù)雜性，而且場區(qū)下伏4層采空區(qū)，平面和深度分布都比較凌亂，評(píng)價(jià)工作難度較大。采空區(qū)的評(píng)價(jià)應(yīng)采用多種手段，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)才能更有效的為后續(xù)采空區(qū)的治理提供依據(jù)。結(jié)合多部規(guī)范、工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場勘探得到的數(shù)據(jù)，從采空區(qū)地表有無直接塌陷特征，采空區(qū)冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶的分布深度與厚度、采空區(qū)的采深采厚比、采空區(qū)可能發(fā)生的最大變形量等多方面，綜合評(píng)價(jià)采空區(qū)穩(wěn)定性。

采空區(qū)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)基于以下幾個(gè)原則：①采空區(qū)內(nèi)有直接塌陷坑、地裂縫及坡體滑塌等災(zāi)害現(xiàn)象的直接判定為不穩(wěn)定區(qū)域。由于地表移動(dòng)和變形引起邊坡失穩(wěn)和山崖崩塌的地段不宜作為建筑場地。②根據(jù)鉆孔探明空洞深度與厚度，計(jì)算冒落帶與裂隙帶深度與厚度，裂隙帶直接達(dá)到地表的判定為不穩(wěn)定區(qū)域。③如果采空區(qū)冒落帶與裂隙帶未達(dá)地表，則計(jì)算采空區(qū)可能發(fā)生的最大沉降量、地表傾斜量、地表曲率、水平變形量等，模型計(jì)算自然穩(wěn)定狀態(tài)下最小采厚比值，采深采厚比小于30的地段需評(píng)價(jià)其適宜性。④計(jì)算采空區(qū)衰退期，推算地表持續(xù)移動(dòng)時(shí)間，判斷煤礦采空區(qū)地表是否繼續(xù)持續(xù)移動(dòng)。⑤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》，采用垂線法計(jì)算保安煤柱和采空塌陷變形范圍。⑥采空區(qū)地表傾斜≥10mm/m，地表水平變形≥6mm/m或地表曲率≥0.6mm/m2地段不宜作為建筑場地。⑦特厚礦層和傾角大于55°的厚礦層露頭地段不宜作為建筑場地。

以上原則均屬于定量評(píng)價(jià)，只要場區(qū)的某一部分符合其中的一條和幾條，該部分即劃分為不宜建筑的場地。

圖1　項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structure diagram in the project area

圖2　項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造剖面示意圖Fig.2 Profile of geological structure diagram in the project area

圖3　南翼三槽煤采空區(qū)分布圖Fig.3 Scatter gram of abandoned stope in the third groove of South wing

圖4　南翼四槽煤采空區(qū)分布圖Fig.4 Scatter gram of abandoned stope in the fourth groove of South wing

圖5　南翼五槽煤采空區(qū)分布圖Fig.5 Scatter gram of abandoned stope in the fifth groove of South wing

圖6　南翼六槽煤采空區(qū)分布圖Fig.6 Scatter gram of abandoned stope in the sixth groove of South wing

圖7　物探平面布置和異常區(qū)分布圖Fig.7 Plane arrangement of geophysical prospecting and abnormal area distribution

圖8　測線4 TEM二維反演剖面圖Fig.8 The fourth line 2D inversion profile

4　結(jié)論

（1）采空區(qū)的評(píng)估和治理一直以來都是世界公認(rèn)的難題，采空區(qū)的評(píng)價(jià)工作中，搜集資料和走訪調(diào)查是必不可少的基本手段，由于采空區(qū)開采的隨機(jī)性，掌握了采空區(qū)分布資料后，還要通過工程勘探手段對(duì)已掌握的資料進(jìn)行驗(yàn)證，才能保證評(píng)價(jià)工作的科學(xué)合理。

（2）有了采空區(qū)在地下的分布情況后，應(yīng)對(duì)采空區(qū)按照分布情況進(jìn)行分類，然后對(duì)各類采空區(qū)進(jìn)行多種方法的定性和定量的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果來對(duì)采空區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（3）采空區(qū)的評(píng)價(jià)不僅要用來進(jìn)行場區(qū)的適宜性評(píng)價(jià)，而且還要對(duì)后續(xù)的采空區(qū)如何治理提供依據(jù)。

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Evaluation on the Proposed Buildings on the Coal Mine-out Space with Underlain Multilayer

MA Tao， GAO Bo
（Beijing Institute of Geological & Prospecting Engineering， Beijing， 100048）

To construct buildings on the coal mine-out space will be easy to produce deformation and settlement，building cracking. How to carry out qualitative and quantitative assessment of multilayer abandoned stope under the proposed building becomes the key issue in the feasibility of field. Due to mining the randomness of the minedout area， when mined-out area distribution of information is mastered， validation of the engineering exploration of master data is to ensure scientific and reasonable evaluation work. The distribution of mined-out area should be classified. And then a variety of targeted methods of qualitative and quantitative calculation are used to classify the mined-out areas. Finally， the mined-out area should be evaluated according to the calculation results. This article discusses how to use the auxiliary methods such as geophysical prospecting and drilling to comprehensive evaluate suitability of building area in order to provide reference for subsequent engineering construction.

Mine-out space； Geological disaster assessment； Transient electromagnetic method

P694

A

1007-1903（2016）01-0048-004

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.01.010

馬濤（1981- ），女，工程師，主要從事巖土工程設(shè)計(jì)工作。E-mail：garfield_mt@126.com