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        濟(jì)南市禹瀚產(chǎn)業(yè)用地采空區(qū)特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        2022-07-05 10:09:42王文明
        資源信息與工程 2022年3期
        關(guān)鍵詞:灰?guī)r含水層黏土

        辛 建, 王文明

        (1.山東建勘集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250031; 2.山東設(shè)協(xié)勘察設(shè)計(jì)審查咨詢中心,山東 濟(jì)南 250031)

        禹瀚產(chǎn)業(yè)用地項(xiàng)目位于濟(jì)南市章丘區(qū)經(jīng)十路以南,原埠村煤礦礦區(qū),擬建住宅、辦公寫字樓、別墅、產(chǎn)業(yè)研發(fā)樓及沿街商業(yè)等。

        1 自然地理

        區(qū)內(nèi)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,冬季嚴(yán)寒、干燥,夏季炎熱、潮濕;降水量集中在6—9月份,約占全年降水量的70%;屬山間平原,河流不發(fā)育,有南北向巴漏河和大冶河;歷史上地震規(guī)模較小,震源淺,震級(jí)低,抗震設(shè)防烈度為7度,地震加速度值為0.10g,無活動(dòng)斷裂,地殼穩(wěn)定性好。

        2 地質(zhì)環(huán)境背景

        2.1 地質(zhì)特征

        區(qū)內(nèi)位于文祖斷層和雞山斷層之間的地塹地帶,發(fā)育埠村向斜和近南北向的斷層。埠村向斜主軸向NE20°~25°,延展長10 km,東翼受文祖斷層切割形態(tài)不完整,西翼形態(tài)比較完整;斷層數(shù)量多,落差大,以高角度的正斷層為主,控制著井田的構(gòu)造格局。

        區(qū)內(nèi)地層自下而上為奧陶系三山子組白云質(zhì)灰?guī)r,東黃山組角礫巖、角礫狀泥質(zhì)白云質(zhì)灰?guī)r和泥灰?guī)r,北庵莊組灰?guī)r,土峪組泥灰?guī)r和泥灰角礫巖,五陽山組灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r,閣莊組泥灰?guī)r、泥灰角礫巖,八陡組灰?guī)r;石炭—二疊系本溪組鋁土巖、砂巖、砂質(zhì)頁巖、黏土頁巖,太原組砂巖、砂質(zhì)頁巖夾煤層,山西組中細(xì)粒長石砂巖與砂頁巖互層;二疊系黑山組砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖,萬山組砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖,奎山組含礫石英砂巖、頁巖,孝婦河組中粗粒砂巖、頁巖;三疊系孫家溝組頁巖、中粗粒砂巖;第四系黃土、砂土、黏土。巖漿活動(dòng)劇烈,主要為閃長玢巖、閃長巖和輝綠巖,對(duì)煤層破壞較嚴(yán)重。

        2.2 水文地質(zhì)特征

        區(qū)內(nèi)主要含水層為第四系孔隙含水層、石炭—二疊紀(jì)山西組砂巖含水層、太原組薄層灰?guī)r含水層、太原組徐上砂巖裂隙含水層、太原組徐家莊灰?guī)r含水層和奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶含水層;第四系孔隙含水層主要接受大氣降水和溝、河水的補(bǔ)給,也是礦井淺部古采空區(qū)及煤系各含水層的主要補(bǔ)給水源。主要隔水層為頁巖和黏土巖,隔水性良好,但部分受采動(dòng)裂隙直接影響,起不到隔水作用,對(duì)煤的開采有嚴(yán)重的水害威脅。

        2.3 工程地質(zhì)特征

        區(qū)內(nèi)土體屬山間平原松散堆積型,主要為黃土狀粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土,前者承載力特征值為100~150 kPa,后者承載力特征值為200 kPa以上;巖體工程地質(zhì)分為堅(jiān)硬—半堅(jiān)硬砂巖和頁巖、堅(jiān)硬厚層狀灰?guī)r,工程地質(zhì)條件較好,巖石抗壓強(qiáng)度高。

        2.4 煤礦開采現(xiàn)狀

        擬建項(xiàng)目位于埠村煤礦三號(hào)井開采范圍內(nèi),主要含煤地層為石炭—二疊紀(jì)山西組和太原組,主要開采煤層為1、3煤層,9-1、9-2煤層局部開采,其中,1煤層開采范圍主要分布在東區(qū),3煤層?xùn)|區(qū)大部分回采結(jié)束,剩余資源儲(chǔ)量540.4萬噸,剩余基礎(chǔ)儲(chǔ)量19.2萬噸,剩余可采儲(chǔ)量16.3萬噸。

        3 采空區(qū)分布情況

        3.1 采空區(qū)特征

        擬建場地位于濟(jì)東煤田埠村煤礦。埠村煤礦開采歷史悠久,以條帶式開采為主,采空區(qū)埋深340~600 m,形成時(shí)間為2000—2003年和2010年,呈條帶狀間隔分布,大小為(20~50 m)×(70~110 m),煤柱寬30~50 m,回采率約為60%。場地東側(cè)為1煤層開采區(qū),采空區(qū)埋深475~550 m,形成時(shí)間2005—2006年。采空區(qū)地表變形范圍大且比較連續(xù),形成“三帶”沉陷盆地,現(xiàn)已趨于穩(wěn)定。

        3.2 物探資料解釋

        為驗(yàn)證采空區(qū)信息,開展了瞬變電磁和大地電磁測深工作。共完成瞬變電磁剖面14條,測點(diǎn)691個(gè)(點(diǎn)間距20 m);大地電磁測深剖面4條,測點(diǎn)114個(gè)(點(diǎn)間距20 m)。

        (1)瞬變電磁剖面共圈定出低阻異常區(qū)段36處;大地電磁測深剖面識(shí)別出低阻異常區(qū)7處(表1);平面上圈定了兩個(gè)采空區(qū)異常帶[1];推斷出F1、F2、F3三條斷裂。采空區(qū)分布范圍、深度和斷裂與收集資料基本一致。

        表1 大地電磁測深剖面異常分布一覽表

        3.3 鉆探驗(yàn)證

        本次共實(shí)施鉆孔7個(gè),初步查明采空區(qū)的豎向特征(表2)。以F2斷層為界,西側(cè)采空區(qū)埋深相對(duì)較淺,340~380 m,平均約365 m;東側(cè)采空區(qū)埋深相對(duì)較深,400~600m;未見掉鉆現(xiàn)象;垮落裂隙帶高度為26.10~39.40m,平均33.72m;采空區(qū)現(xiàn)已充水。采空區(qū)深度及分布范圍與收集資料基本一致。

        表2 典型鉆探異常一覽表

        4 穩(wěn)定性及適宜性評(píng)價(jià)

        4.1 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        場地上覆巖層單軸抗壓強(qiáng)度為51.9~58.6 MPa,屬較硬覆巖;周圍村莊建筑物未發(fā)現(xiàn)斑裂現(xiàn)象,道路和立交橋未發(fā)現(xiàn)裂縫;無地裂縫、臺(tái)階、塌陷坑;采礦活動(dòng)在2003年基本完成,局部2010年開采,終采時(shí)間8~15年;煤柱安全穩(wěn)定系數(shù)為1.43~2.00;場地位于煤礦主要開采范圍內(nèi),且位于采空區(qū)盆地中間。

        根據(jù)終采時(shí)間、地表移動(dòng)特征及煤柱安全穩(wěn)定系數(shù)等綜合判斷,場地穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定。

        4.2 適宜性評(píng)價(jià)

        區(qū)內(nèi)1煤、3煤采空區(qū)采深h≥300 m;地表變形趨于相對(duì)穩(wěn)定;采空區(qū)已充水,地下水對(duì)殘留煤柱具軟化和破壞作用,存在活化的可能;采空區(qū)部位存在漏水現(xiàn)象,未見掉鉆現(xiàn)象,鉆探進(jìn)尺稍快,基本密實(shí);故采空區(qū)對(duì)擬建工程的影響程度中等[2]。地表大部分地區(qū)最大剩余下沉值為83.8~100.0 mm,局部最大剩余下沉值為100.0~189.2 mm;剩余傾斜值為0.36~0.83 mm/m,剩余水平變形值為0.17~0.40 mm/m,剩余曲率值為(0.002~0.006)×10-3/m,故大部分采空區(qū)對(duì)工程建設(shè)影響程度小,局部對(duì)工程建設(shè)影響程度中等[3]。此外,附加應(yīng)力影響深度判別也顯示擬建34層建筑工程對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響小。

        采空區(qū)場地為基本穩(wěn)定場地,對(duì)擬建工程影響中等,為適宜和基本適宜建筑場地。

        5 結(jié)論

        (1)埠村煤礦采空區(qū)埋深340~600 m,地表變形范圍大且比較連續(xù),趨于穩(wěn)定。瞬變電磁剖面圈定出低阻異常區(qū)段36處,大地電磁測深剖面圈定出低阻異常區(qū)7處,平面上圈定了2個(gè)采空區(qū)異常帶;推斷出F1、F2、F3三條斷裂。初步查明了采空區(qū)的豎向特征,埋深東深西淺,且已充水,與現(xiàn)狀基本一致。

        (2)擬建工程地質(zhì)調(diào)查和工程試驗(yàn)表明:場地穩(wěn)定性較好;采空區(qū)對(duì)擬建工程影響中等,工程建設(shè)對(duì)采空區(qū)穩(wěn)定性影響較小,為基本適宜和適宜建筑場地,比較適合禹瀚產(chǎn)業(yè)高層和多層建筑用地要求。

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