李 晶 晶

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速增長，土地資源卻越來越貧乏，工程建設(shè)場地的選擇也越來越困難，尤其是在以煤礦為主的一些城市地區(qū)，越來越多的項(xiàng)目不得不建在采空區(qū)上方的場地上，山西某煤礦瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目就計劃建設(shè)在煤礦采空區(qū)上方的土地上。

在煤礦采空區(qū)上方建設(shè)瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目，尤其是泵站、泵房等對變形比較敏感的建筑，一旦受采空區(qū)變形的影響，就會面臨較大的風(fēng)險或花費(fèi)較大的成本。由于地下開采煤層的分布錯綜復(fù)雜，所形成的采空區(qū)也比較復(fù)雜，為了確保擬建瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目建筑物的正常運(yùn)營，應(yīng)當(dāng)對該建設(shè)場地的適宜性進(jìn)行評價，為該項(xiàng)目工程的設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況

為回收利用煤礦風(fēng)排瓦斯及泵站抽放瓦斯，變廢為寶綜合利用煤礦瓦斯資源，山西某煤礦計劃新建瓦斯綜合利用零排放示范項(xiàng)目工程，該項(xiàng)目場址位于伏巖煤礦井田范圍內(nèi)，占地面積約14.8畝。瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目內(nèi)的泵站、泵房為對變形比較敏感的建筑物，應(yīng)當(dāng)選擇受煤層采動影響比較小、穩(wěn)定性比較好的場地。根據(jù)業(yè)主的要求，計劃將本項(xiàng)目建在3號煤層采空區(qū)之上，為了保證瓦斯綜合利用零排放示范項(xiàng)目內(nèi)各建筑物的正常運(yùn)營，本文對該項(xiàng)目場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性進(jìn)行初步評價，為該項(xiàng)目的選址和方案設(shè)計提供依據(jù)。

2 采空區(qū)基本情況

根據(jù)搜集到的煤層采掘平面圖可知，本評價區(qū)場地只受3號煤層采空區(qū)的影響，煤層厚度3.04 m～6.64 m，平均4.81 m。煤層直接頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚11.78 m～15.75 m，平均12.82 m，偽頂為炭質(zhì)泥巖，底板為粉砂質(zhì)泥巖或泥巖，厚5.40 m～7.50 m，平均6.50 m。

據(jù)調(diào)查，評價區(qū)周圍煤礦開采煤層為3號煤，且距離評價區(qū)場地的最短直線距離均大于2.0 km，距離甚遠(yuǎn)，且附近也不存在小窯煤礦，因此，本次評價不予考慮相鄰煤礦對評價區(qū)場地的影響。

評價區(qū)場地采空區(qū)平面圖如圖1所示。影響場地穩(wěn)定的各采煤工作面的終采時間如表1所示。

表1 影響場地穩(wěn)定的各采煤工作面的終采時間表

采煤工作面編號終采時間停采時長/年31022013年5月6.131032017年8月1.831042015年4月4.231082018年12月0.531092019年4月0.2

3號煤開采方法為長壁綜采放頂煤采煤法；埋深320 m，煤層平均厚度約4.8 m，采深大于300 m，采深采厚比大于60；煤層傾角介于0°～3°，小于15°；根據(jù)GB 51044—2014煤礦采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范(2017年版)綜合確定評價區(qū)3號煤采空區(qū)為近水平、頂板充分垮落的深層采空區(qū)。

3 采空區(qū)地表殘余變形預(yù)測

對于充分采動采空區(qū)，當(dāng)?shù)叵旅簩硬沙龊笮纬刹煽諈^(qū)，隨著煤層開采的不斷進(jìn)行，通常會在采空區(qū)上方形成垮落帶、裂隙帶和彎曲帶；在地表形成移動盆地、裂縫或臺階、塌陷坑。

通過對采空區(qū)地表變形的預(yù)測，了解新建瓦斯綜合利用零排放示范項(xiàng)目場地的地表下沉值、傾斜、曲率、水平變形、水平移動等數(shù)值，預(yù)估新建項(xiàng)目場地各建筑物建成后的變形值。根據(jù)估算建筑物的變形值，并結(jié)合建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范規(guī)定的建筑變形允許范圍值，判定本采空區(qū)上方新建項(xiàng)目的工程建設(shè)適宜性。

本次評價采用概率積分法對評價區(qū)地表殘余變形進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測曲線如圖2～圖6所示。

根據(jù)圖2～圖6的預(yù)測曲線結(jié)果可知，本次評價區(qū)場地地表的殘余最大傾斜值為0.6 mm/m、殘余最大曲率值為0.04×10-3m、殘余最大水平變形值為0.6 mm/m、殘余最大水平移動值為30.0 mm、殘余最大下沉值為22.0 mm。

根據(jù)預(yù)測地表變形結(jié)果可知，目前采空區(qū)對評價區(qū)場地的地表變形影響比較小，地表下沉值僅為22 mm、傾斜值為0.6 mm/m，按建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范及建筑變形測量規(guī)范的要求，判定本評價區(qū)采空區(qū)對地表變形影響甚微。

4 采空區(qū)場地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性評價

4.1 采空區(qū)場地穩(wěn)定性評價

采空區(qū)的穩(wěn)定性評價因素包含主控評價因素和一般評價因素，其中主控評價因素有終采時間、地表移動變形特征、地表移動變形值，一般評價因素為采深、頂板巖性、松散層厚度。本次評價按主控因素、一般因素采用開采條件判別法對采空區(qū)場地穩(wěn)定性進(jìn)行初步判別，采用地表移動變形判別法對采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析評價。綜合確定評價區(qū)采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級為不穩(wěn)定～穩(wěn)定。

4.2 采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性評價

1)采空區(qū)對擬建工程的影響程度。

采空區(qū)對工程的影響程度，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)場地穩(wěn)定性、建筑物重要程度和變形要求、地表變形特征及發(fā)展趨勢、地表移動變形值、采深或采深采厚比、垮落斷裂帶的密實(shí)狀態(tài)、活化影響因素等，采用采空區(qū)特征判別法、活化影響因素分析法、地表剩余移動變形判別法等方法，按GB 51044—2014煤礦采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范(2017年版)表12.3.2-1～12.3.2-4的規(guī)定劃分。綜合評價采空區(qū)場地對工程的影響程度為中等。

2)擬建工程對采空區(qū)的影響程度。

擬建工程對采空區(qū)穩(wěn)定性影響程度，根據(jù)采空區(qū)垮落裂隙帶發(fā)育高度的計算來判定。垮落裂隙帶發(fā)育的最大高度Hli=70.7 m。依據(jù)瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目土建總圖可知，廠區(qū)內(nèi)最大建筑為抽放泵站，其平面尺寸為20.5 m×15.5 m，預(yù)估其基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為23.0 m×18.0 m，其計算的附加荷載影響深度Ha的最大值為24.2 m。

由于擬建場地地下采空區(qū)埋深H=320 m，垮落斷裂帶的最大高度Hli=70.7 m。因此，垮落斷裂帶的埋藏深度Hlf=H-Hli，計算的Hlf=249.3 m，Hlf≥2.0Ha，說明新建建筑后其附加應(yīng)力影響深度小于采空區(qū)垮落斷裂帶的埋藏深度值。據(jù)此判斷，采空區(qū)場地新建工程對采空區(qū)的穩(wěn)定性影響程度為小。

3)采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性評價。

根據(jù)前述采空區(qū)場地穩(wěn)定性分析、采空區(qū)與擬建工程的相互影響程度分析，本評價區(qū)若采取合理的地面布置、建筑結(jié)構(gòu)措施、進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟煽諈^(qū)治理可以滿足工程建設(shè)的需要。故將本次評價區(qū)瓦斯綜合利用零排放項(xiàng)目采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性級別劃分為基本適宜。

5 結(jié)語

通過本次評價，確定評價區(qū)域內(nèi)采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級為不穩(wěn)定～穩(wěn)定；采空區(qū)場地對工程的影響程度為中等；場地內(nèi)擬建工程對采空區(qū)穩(wěn)定性影響程度為??；采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性分級為基本適宜。