宋麗君

(山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長治046011)

地質(zhì)調(diào)查工作是個(gè)系統(tǒng)工程，煤礦采區(qū)附近，造成房屋墻體裂縫、地面塌陷的因素是多方面的，應(yīng)綜合分析，采用多種調(diào)查手段結(jié)合，文中所列的勘查實(shí)例是通過地面調(diào)查、周邊水井調(diào)查、井下測量手段等，經(jīng)室內(nèi)整理分析、理論計(jì)算后得出較為科學(xué)的結(jié)論，以解決煤礦與廠區(qū)、村民的矛盾，服務(wù)社會(huì)。

1 工程概況及調(diào)查方法內(nèi)容

1.1 工區(qū)概況

山西天地王坡煤業(yè)有限公司（以下簡稱王坡煤業(yè)）井田橫跨晉城市澤州縣下村鎮(zhèn)和沁水縣樊莊鄉(xiāng)，井田北部有山西武神山泉水有限公司（以下簡稱山泉水業(yè)），位于下村鎮(zhèn)裴莊村西北約360m，廠房占地面積約1000m2，見圖1。因廠區(qū)懷疑墻體裂縫是由于煤礦開采影響造成的，為此進(jìn)行調(diào)查工作。

調(diào)查區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，溝谷發(fā)育，切割較破碎，地形坡度多為10°～20°，地勢為東北部高，西南部低，最高點(diǎn)位于東部山梁上，海拔1253.07m，最低點(diǎn)位于西南部溝谷內(nèi)，海拔962.42m。

村級(jí)公路東西向貫穿調(diào)查區(qū)，山泉水業(yè)廠房位于裴莊村西北359.05m村級(jí)公路旁，山泉水業(yè)出水點(diǎn)位于廠房南部，村級(jí)公路南溝谷下，為下降泉，出水層為二疊系上石盒子組中細(xì)粒砂巖裂隙含水層。王坡煤業(yè)3215工作面位于調(diào)查區(qū)東部，沿北偏東向展布，距離西部裴莊村500.41m。山泉水業(yè)廠房距離3215工作面859.46m。

1.2 調(diào)查內(nèi)容及調(diào)查思路

本次針對(duì)山泉水業(yè)廠房開裂與王坡煤業(yè)3215工作面回采產(chǎn)生地面裂縫是否存在關(guān)系，進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查、實(shí)地測量，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)地調(diào)查了3215工作面北部地裂縫分布發(fā)育特征，裴莊村民居房體開裂分布及發(fā)育特征，裴莊村民井水位變化調(diào)查；

（2）山泉水業(yè)廠房房體開裂實(shí)地調(diào)查及測量；

（3）對(duì)王坡煤業(yè)井巷系統(tǒng)進(jìn)行定測，校驗(yàn)井巷坐標(biāo)系統(tǒng)；

（4）通過實(shí)地調(diào)查及測量工作，整理分析3215工作面回采產(chǎn)生地裂縫分布特征及范圍；

（5）整理分析山泉水業(yè)廠房房體開裂特征；

（6）理論計(jì)算3215工作面回采產(chǎn)生地裂縫分布范圍；

（7）綜合分析比對(duì)，廠房開裂是否與3215工作面回采存在關(guān)系。本次技術(shù)路線圖見圖2。

圖2 本次調(diào)查工作技術(shù)路線

2 調(diào)查工作分析

2.1 煤礦3215工作面北部地裂縫實(shí)地調(diào)查及測量

本次實(shí)地調(diào)查于3215工作面北部兩側(cè)共計(jì)調(diào)查地裂縫11條，延伸方向北偏東向，延伸長度2.5～20m不等（大部分地裂縫被村民耕地時(shí)填埋，無法追蹤），地裂縫性質(zhì)多為拉張性，局部處于工作面采空上方為擠壓性質(zhì)，均處于發(fā)展中。

2.2 裴莊村民居房體開裂實(shí)地調(diào)查及測量

此次對(duì)全村進(jìn)行了調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)5戶民居房體開裂，調(diào)查結(jié)果如下：

（1）開裂房屋一（KL1）位于裴莊村東部，村級(jí)公路北，僅見房體東面墻體垂向開裂，其余墻面未見開裂，裂縫寬3～6cm，開裂時(shí)間不詳（房屋無人?。?，村莊路面未見明顯開裂。

（2）開裂房屋二（KL2）位于裴莊村東部，村級(jí)公路北10m左右，戶主侯君社，建房時(shí)間2006年，2013～2014年出現(xiàn)開裂，東屋、南屋及北屋均出現(xiàn)墻體開裂，房屋南側(cè)墻體見明顯開裂，房屋北面墻體未見明顯開裂，墻體未見明顯變形，地面見明顯裂縫，裂縫寬度0.1～0.5cm，延伸長度10m，延伸方向北偏東向。

（3）開裂房屋三（KL3）位于裴莊村東部，村級(jí)公路北28m，戶主侯江同，建房時(shí)間1995年，2013年出現(xiàn)開裂，南屋、北屋出現(xiàn)墻體開裂，墻體未見明顯變形，地面見明顯裂縫，裂縫寬度0.1～0.5cm，延伸長度15m，延伸方向北偏東向。

（4）開裂房屋四（KL4）位于裴莊村東部，村級(jí)公路南80m，戶主侯廣茂，建房時(shí)間2011年，2014年出現(xiàn)開裂，西屋墻角出現(xiàn)開裂，地面未見明顯裂縫，裂縫寬度0.2～0.5cm。

（5）開裂房屋五（KL5）位于裴莊村東部，村級(jí)公路南30m，戶主侯旭正，地面發(fā)現(xiàn)裂縫，裂縫寬度0.1cm。

從上述調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，裴莊村內(nèi)地裂縫（房體開裂）延伸方向基本為北偏東向，分布于村莊東側(cè)，并未向西部發(fā)展。

2.3 水井調(diào)查

調(diào)查水井位于裴莊村東部，村級(jí)公路南60m左右，坐標(biāo)X：3953408，Y：653101，建于1982年，石砌，井徑0.8m，井深18m，水位埋深10m，井口標(biāo)高+1097m，含水層時(shí)代為第四系中上更新統(tǒng)粉砂土、粉砂，水位隨季節(jié)變化，雨季時(shí)水位埋深9～10m，旱季時(shí)水位埋深17.6～17.7m，跟往年同期水位相比，水井水位未見明顯下降。

2.4 山泉水業(yè)廠房墻體開裂調(diào)查

山泉水業(yè)廠房建筑面積約1000m2，坐北朝南而建。其中廠房北墻與東墻出現(xiàn)明顯開裂，其余墻面未出現(xiàn)開裂，墻面開裂呈剪切開裂形態(tài)，裂縫寬度0.1～0.5cm，墻體出現(xiàn)明顯變形，北墻向北外側(cè)變形，東墻向西內(nèi)側(cè)變形，地面未見明顯連通裂縫。

3 測量

3.1 井下測量

采用井下測量對(duì)山西天地王坡煤業(yè)有限公司按15″級(jí)要求施測井下導(dǎo)線，并對(duì)武神飲用水廠以及地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行了測量。

礦區(qū)周邊有礦方近井點(diǎn) S（E級(jí)GPS)、S1（E級(jí)GPS)、G1（7″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn))、G2（7″級(jí)導(dǎo)線點(diǎn))上述點(diǎn)位標(biāo)志完整，保存完好。其成果為1954北京坐標(biāo)系，3°帶投影，中央子午線為114°，1956黃海高程系。在上述G1、G2兩個(gè)地面控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上使用全站儀采用測距導(dǎo)線法沿副斜井、集中輔運(yùn)大巷到3215回采工作面運(yùn)輸順槽繞道內(nèi)積水點(diǎn)；再沿集中輔運(yùn)大巷到3215回采工作面回風(fēng)順槽繞道口按15″級(jí)要求施測導(dǎo)線。

3.2 水廠與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)測量

在上述4個(gè)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，使用靈銳S86T雙頻雙星RTK GPS接收機(jī)（3臺(tái)/套）使用動(dòng)態(tài)測量模式，數(shù)據(jù)鏈選用自設(shè)基準(zhǔn)站電臺(tái)，進(jìn)行地形測繪。

在控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行地形點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)測繪。地形測繪以地物的特征點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行測量，外業(yè)繪制草圖，標(biāo)注地物等特征點(diǎn)點(diǎn)號(hào)及其走勢。

地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集工作在相關(guān)人員的帶領(lǐng)下，測繪作業(yè)人員依據(jù)災(zāi)害點(diǎn)的形狀逐點(diǎn)進(jìn)行了測繪，并繪制外業(yè)草圖，標(biāo)注點(diǎn)號(hào)。在控制點(diǎn)G2、G1的基礎(chǔ)上用Excel計(jì)算得到導(dǎo)線點(diǎn)成果。經(jīng)檢查無誤后，運(yùn)用ZH?MAP3.0數(shù)字化成果軟件將井下實(shí)測巷道、地物的特征點(diǎn)、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)標(biāo)繪于圖上，明確其相對(duì)位置關(guān)系。

本次測量共施測15″級(jí)導(dǎo)線3.8km、武神飲用水廠、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)43個(gè)。經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)成圖，與王坡煤業(yè)井下巷道系統(tǒng)吻合。

4 理論計(jì)算

我國習(xí)慣上采用邊界角確定開采沉陷邊界；用移動(dòng)角確定有害影響邊界；用裂縫角確定沉陷區(qū)的地表裂縫邊界（邊界角、移動(dòng)較及裂縫角示意圖如圖3所示）。這些確定開采沉陷不同影響范圍的角度參數(shù)主要與覆巖性質(zhì)、開采方法和開采程度有關(guān)。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》中主要礦區(qū)實(shí)測的比較完整的地表移動(dòng)資料，本礦3215工作面沿煤層走向布設(shè)，計(jì)算采用走向移動(dòng)角δ 67°及走向裂縫角參數(shù)δ″78°，松散表土層移動(dòng)角采用45°，厚度取20m。

圖3 邊界角、移動(dòng)角及裂縫角示意圖

選取工作面順槽A、B、C、D、E、F六個(gè)點(diǎn)，分別予以計(jì)算六點(diǎn)有害影響邊界S1及地表裂縫邊界寬度S2（公式見下文），連線圈出有害影響邊界與地表裂縫邊界，具體見表1。

4.1 計(jì)算公式

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》，理論計(jì)算公式：

式中：S1——有害影響邊界寬度，m；

S2——地表裂縫邊界寬度，m；

S——留取的圍護(hù)帶寬度，m；

h1——巖層厚度，m；

h2——黃土層厚度，m；

δ——巖層走向移動(dòng)角，（°）；

δ″——巖層走向裂縫角，（°）；

ψ——黃土層移動(dòng)角，（°）。

4.2 參數(shù)選取

（1）村莊房屋屬于Ⅲ級(jí)保護(hù)對(duì)象，圍護(hù)帶寬度（S）取10m；

（2）黃土層覆蓋層（h2）取20m；

（3）松散層移動(dòng)角（ψ）取45°；

（4）巖層走向移動(dòng)角（δ）取67°；

（5）巖層走向裂縫叫（δ″）取78°；

（6）巖層厚度（h1）：根據(jù)地面點(diǎn)的標(biāo)高不同，相應(yīng)點(diǎn)的巖石層厚度也不同，將其劃定范圍內(nèi)村分段來計(jì)算各段相應(yīng)巖石厚度。

5 對(duì)比分析

（1）通過對(duì)3215工作面北部地裂縫實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，村級(jí)公路上及兩側(cè)發(fā)現(xiàn)的地裂縫延伸方向同3215工作面布設(shè)方向呈相關(guān)性，大部為近南北向，大致為直線形態(tài)。

（2）裴莊村民居開裂里KL2、KL3延伸方向呈近南北向，通過調(diào)查裴莊村內(nèi)地裂縫（房體開裂）僅分布在村莊東部，西部并未發(fā)現(xiàn)。

（3）通過理論計(jì)算，我們得出地表裂縫邊界寬度134.71～160.95m，有害影響邊界寬度239.10～291.50m，也并未發(fā)展至村莊西側(cè)。

（4）通過對(duì)山泉水業(yè)廠房開裂實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廠房開裂主要呈剪切開裂形態(tài)，與房屋墻體變形引起的剪切力有關(guān)，且地面也無發(fā)現(xiàn)明顯連通裂縫。

（5）通過井下測量，并經(jīng)內(nèi)業(yè)計(jì)算機(jī)成圖，與王坡煤業(yè)井下巷道系統(tǒng)吻合。

綜合實(shí)地調(diào)查、理論計(jì)算及對(duì)比分析，得出山泉水業(yè)廠房開裂與王坡煤業(yè)回采工作面形成的地裂縫沒有直接關(guān)系。

6 結(jié)論

本次地質(zhì)調(diào)查工作，通過實(shí)地、井下測量等手段，運(yùn)用理論計(jì)算及對(duì)比，得出廠房裂縫成因與煤礦開采在現(xiàn)階段無直接影響關(guān)系的結(jié)論，階段性解決了廠區(qū)與煤礦之間矛盾問題，隨著煤礦采掘活動(dòng)的進(jìn)行，可能會(huì)產(chǎn)生后繼影響，就現(xiàn)有資料收集而言，獲得了比較客觀、真實(shí)反映實(shí)際的綜合資料解釋圖件，不足之處是對(duì)房屋裂縫、地裂縫成因未能查明其原因，進(jìn)行對(duì)地下巷道的實(shí)測、其邊界基于理論計(jì)算分析，建議今后工作中可針對(duì)性開展綜合調(diào)查、勘查方法的使用，利用物探、鉆探等方法可以有效解決煤礦采區(qū)影響等地質(zhì)任務(wù)。

表1 理論計(jì)算統(tǒng)計(jì)表