刁建鐘
(四川省煤田地質(zhì)局一三五隊(duì), 四川 瀘州市 646000)
為推動(dòng)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目,響應(yīng)樂山市重大項(xiàng)目3年攻堅(jiān)實(shí)施方案,擬在樂山市五通橋區(qū)建設(shè)新型工業(yè)基地,該區(qū)域煤炭資源較為豐富且開采歷史久遠(yuǎn),規(guī)劃的基地范圍內(nèi)有5個(gè)影響較大的礦山。規(guī)劃用地范圍內(nèi)采煤引起的地面變形、沉降等地質(zhì)災(zāi)害,將直接影響規(guī)劃區(qū)整體布局及建設(shè)方案的可行性,故需對五通橋區(qū)新型工業(yè)基地規(guī)劃用地區(qū)域進(jìn)行采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查,并對采空區(qū)的場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性進(jìn)行評價(jià),確保工業(yè)基地的安全。
采空區(qū)位于樂山市五通橋區(qū)東南部,屬于三級盆地中切丘陵區(qū)。區(qū)域地勢北高南低,北東高南西低。
采空區(qū)的大地構(gòu)造位置處于上揚(yáng)子臺拗(Ⅱ級),峨眉山斷拱(Ⅲ級),峨邊穹斷穹(Ⅳ級)與四川臺拗(Ⅱ級),四川臺坳(Ⅲ級),威遠(yuǎn)~龍女寺臺穹(Ⅳ級)的接合部位的老龍壩北斜的南東冀。構(gòu)造以近南北向與北東東向穹窿構(gòu)造為主,斷裂不發(fā)育。
采空區(qū)內(nèi)大面積出露侏羅系中下統(tǒng)自流井組(J1-2z)地層,在河流溝谷等低矮寬緩地帶出露有第四系全新統(tǒng)(Q4)地層,其地層由新至老分別為:第四系全新統(tǒng)松散地層、沙溪廟組、自流井組、三疊系須家河組基巖地層。其中三疊系上統(tǒng)須家河組為調(diào)查區(qū)的主要含煤地層,煤巖系總厚度為461.31~491.67 m。
采空區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富,可采煤層為K10、K7煤層,局部可采煤層為K9、K6煤層,從上至下分別為:
K10煤層最大厚度1.10 m,最小厚度0.29 m,頂、底板均為粘土巖和砂質(zhì)粘土巖,上距侏羅系自流井組底部約100 m,下距K9煤層11~13 m。
K9煤層平均厚0.42 m,頂、底板均為粘土巖和砂質(zhì)粘土巖,上距K10煤層11~13 m。
K7煤層最大厚度2.07 m,最小厚度0.77 m,頂板為含炭質(zhì)粘土巖夾煤線,底板為薄層狀炭質(zhì)粘土巖和粘土巖,上距K10煤層約200 m,下距K6煤層17~22 m。
K6煤層最大厚度0.49 m,頂板為砂質(zhì)、炭質(zhì)粘土巖,底板為薄層狀炭質(zhì)粘土巖和粘土巖,上距K7煤層17~22 m。
區(qū)內(nèi)煤礦開采歷史悠久,主要涉及到的礦井有兩類,一是關(guān)閉礦井(聯(lián)益煤礦、平橋煤礦),二是生產(chǎn)(在建)礦井(廟兒山煤礦、龍壩煤礦(在建)、龍洞灣井),其相對位置見圖1。
圖1 采空區(qū)礦井位置
(1) 聯(lián)益煤礦位于樂山市五通橋區(qū)金粟鎮(zhèn)廟兒山村境內(nèi),主采K10、K9煤層。煤礦于2002年關(guān)閉,關(guān)閉前,其礦山范圍內(nèi)K10、K9煤層已基本采空。
(2) 平橋煤礦位于金粟鎮(zhèn)平橋村和印盒山村境內(nèi),主采K9、K10煤層,因資源枯竭,于2007年12月31日永久關(guān)閉。
(3) 廟兒山煤礦位于樂山市五通橋區(qū)金粟鎮(zhèn)廟兒山村境內(nèi),采礦許可有效期自2011年9月22日至2020年12月20日。該礦采用斜井開拓,目前正開采K10煤層,且已接近尾聲,K7煤層尚未開采。
(4) 龍壩煤礦位于樂山市五通橋區(qū),為在建礦井,采礦許可有效期自2013年11月22日至2032年8月2日。該礦開采K6、K7、K10煤層,目前該礦井只進(jìn)行主要巷道的開拓建設(shè),除前期建設(shè)工作外,井下開采工作尚未進(jìn)行。
(5) 龍洞灣煤礦位于樂山市五通橋區(qū)金粟鎮(zhèn)境內(nèi),采礦許可有效期限為1年(目前正在辦理采礦證),核準(zhǔn)開采K10煤層。
場地穩(wěn)定性評價(jià)以采空區(qū)終采時(shí)間為主要因素,結(jié)合地表移動(dòng)變形特征因素綜合判別。
聯(lián)益及平橋煤礦為關(guān)閉煤礦,關(guān)閉時(shí)間分別為2002年和2007年,終采時(shí)間超過730天(2年),按終采時(shí)間確定采空區(qū)穩(wěn)定性等級為穩(wěn)定。
鑒于調(diào)查區(qū)煤礦開采K10煤層,主要采用充填法管理頂板,矸石充填時(shí)以墻式(條帶式充填法)為主,少量采用垛柱式堆砌于采空區(qū)。據(jù)調(diào)查與訪問,采空區(qū)未發(fā)現(xiàn)井水、地表水漏失、地表明顯變形現(xiàn)象,說明地表變形是連續(xù)的,按變形特征確定采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級為穩(wěn)定~基本穩(wěn)定。
工程建設(shè)適應(yīng)性評價(jià)需綜合考慮采空區(qū)穩(wěn)定性現(xiàn)狀、采空區(qū)特征,并結(jié)合擬建工程規(guī)模及重要性等級和變形要求,分析采空區(qū)對工程的影響程度。
由前述可知,調(diào)查區(qū)場地穩(wěn)定性等級為穩(wěn)定~基本穩(wěn)定,而該規(guī)劃區(qū)擬建工程重要性等級及變形要求尚不能明確,故在調(diào)查區(qū)為穩(wěn)定~基本穩(wěn)定的狀態(tài)下,對重要擬建工程、變形要求高的建(構(gòu))筑物影響程度為大~中等;對一般擬建工程、變形要求一般的建(構(gòu))筑物影響程度為中等;對次要擬建工程、變形要求低的建(構(gòu))筑物影響程度為中等~小。
采空區(qū)采深為80~120 m,根據(jù)采空區(qū)特征定性分析采空區(qū)對工程的影響程度為中等。
綜上所述,工程建設(shè)對采空區(qū)穩(wěn)定性影響強(qiáng)度的評價(jià)為:采空區(qū)對擬建工程影響為中等,進(jìn)行一般及次要擬建工程建設(shè),且在規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)等措施中,能較好地控制采空區(qū)剩余變形對擬建工程的影響,則該區(qū)基本適宜建設(shè)。但對重要的、變形要求高的擬建工程適宜性較差。
廟兒山、龍壩及龍洞灣煤礦均在采礦證有效期內(nèi),將對場區(qū)范圍內(nèi)K7、K6等煤層進(jìn)行開采。
K7煤層埋深約300 m,K6煤層上距K7煤層17~22 m,層間距與采深相比很小,故將二層煤視為一層,總采高為1.9 m(取K7、K6煤層的平均厚度之和)。按全垮落法管理頂板煤層上覆巖層類型為以砂、泥巖等軟硬相間巖石,地表移動(dòng)與變形計(jì)算參數(shù)取值見表1。
表1 覆巖移動(dòng)與變形參數(shù)取值
場區(qū)煤礦在完全開采K6、K7煤層的情況下,地表變形參數(shù)(斜率、曲率、水平變形等)見表2。
根據(jù)不同損壞程度下的斜率、曲率和水平變形限值,確定輕、中和重度損壞的采深,詳見表3。
根據(jù)表3可知:規(guī)范建設(shè)用地范圍內(nèi)的煤礦在充分開采K6、K7煤層后,輕度損壞的平均采深為484 m,中度損壞的平均采深為290 m,嚴(yán)重?fù)p壞的平均采深為127 m。規(guī)劃用地范圍內(nèi)K7煤層的平均埋深大于300 m,因此,調(diào)查區(qū)范圍內(nèi)的煤礦(廟兒山煤礦、龍壩煤礦)在充分開采K6、K7煤層后,規(guī)劃用地范圍處于中等損壞地區(qū)。
按照曲率、傾斜、水平變形等3項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果,并考慮地表變形值對建筑物的損壞等級,將可能對地表建筑物(磚混結(jié)構(gòu)建筑物)造成的損壞等級為Ⅱ級(輕度損壞)。
由于調(diào)查區(qū)位于7度抗震設(shè)防區(qū),故在該區(qū)域建設(shè)磚混結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物時(shí)應(yīng)考慮抗震與抗采動(dòng)雙重設(shè)防。
表2 規(guī)劃用地范圍內(nèi)未來采空區(qū)變形參數(shù)
表3 不同損壞程度下的最低采深
(1) 采空區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單,斷層及不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。
(2) 以終采時(shí)間為主要因素,結(jié)合地表移動(dòng)變形特征因素綜合判定,采空區(qū)屬穩(wěn)定~基本穩(wěn)定區(qū),場區(qū)基本適合建筑。
(3) 采空區(qū)對擬建工程影響為中等,進(jìn)行一般及次要擬建工程建設(shè),且在規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)等措施中,能較好地控制采空區(qū)剩余變形對擬建工程的影響,則該區(qū)基本適宜建設(shè)。但對高層建筑和變形敏感類建筑的適宜性較差。
(4) 未來場區(qū)內(nèi)的煤礦完全開采K6、K7煤層后,規(guī)劃用地范圍處于中等損壞地區(qū)。
(5) 采空區(qū)建設(shè)磚混結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物時(shí)應(yīng)考慮抗震與抗采動(dòng)雙重設(shè)防。