煤矿采空区勘察与地基稳定性评估技术

■康杰 朱涛

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院云南昆明650000）

煤矿采空区勘察与地基稳定性评估技术

■康杰 朱涛

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院云南昆明650000）

近年来我国在矿区工业领域的开发力度不断加大，矿区范围内建设用地的情况也越来越严峻，这种情况下煤矿采空区的合理应用显得非常重要。基于此，文章结合笔者多年来的实际工作经验，从煤矿采空区勘察和地基稳定性评估两方面展开了分析和研究，希望本文的分析可以为同行业人士的研究提供一些参考与借鉴。

煤矿采空区 勘察 地基稳定性 评估

随着近年来我国社会经济的快速发展，矿区工业的开发力度不断加大，纵观当前我国煤矿产业的发展情况，采空区面积巨大，其应用前景非常广阔，据相关资料研究，当前我国71个原国家统配煤矿踩空沉陷区面积为4027.4km2，其他统配矿和地方矿踩空沉陷区面积合计有4000km2。我国在80年代开始对煤矿采空区利用情况进行研究，取得了很多成果，但是当前始终没有形成技术规范，尤其是对于老采空区，存在失稳破坏的潜在危险。因此，在保证地面工程的基础上，应对煤矿采空区进行合理应用。下面让我们一同针对煤矿采空区勘察与地基稳定性评估技术展开分析，相信一定可以为大家带来一些启示。

1 煤矿采空区勘察

进行采空区勘察的目的在于明确采空区的平面分布情况，并对采空区及其覆岩现状进行观测与分析，为地基稳定性评估提供有效依据。煤矿采空区勘察工作不仅需要对地质采矿资料进行收集，同时还要对钻探、物探及彩色钻孔电视等多种手段进行有效利用。

1.1 物探勘察

物探方法有很多种，例如瞬变电磁法，这种方法属于时间域电磁测探法，充分利用阶跃波形电磁脉冲，向地下发射一次场，在一次场间歇之间，对由地下介质产生的感应二次场进行测量，随着时间的变化达到寻找地质目标体，高密度电法是一种新型的陈列勘探方法，主要以静电场理论为依据，对目标体电性差异进行探测，是一种集电测和电剖面于一体的勘探方法。在选择物探方法时，应结合采空区的埋深及相关干扰因素进行最终确定，如果采空区并埋深比较大，可以选择E11-4，如果勘察区存在高压电线干扰，可以选择高密度电法，或者在开始物探之前展开分辨率对比试验，最终对物探方法进行确定。

1.2 钻探勘察

钻探应在物探基础上进行，其目的在于查清采空区的大小及具体分布情况，利用钻探岩样力学试验，对采空区覆岩力学强度进行测试。在钻探过程中要求第四系层段应利用泥浆进行冲洗，基岩层应利用清水进行冲洗，还要将不返水钻孔深度进行记录。

1.3 彩色钻孔电视观测

彩色钻孔电视观测的主要目的是确定煤矿采空区覆岩破坏的具体情况，该系统主要包括控制器、探头及电缆等多部分，结合冲洗液漏失量，对“两带”发育高度进行观测，以提升准确度。该系统可以摄取360°的全孔壁图像。

2 地基稳定性评估

采煤沉陷区地基和一般建筑物地基相比，不仅要受到地表建筑荷载的影响，同时还要受到下方覆岩破坏带的影响，如果有较大外力传递到裂缝带岩土层，其地表可能会出现较大突变，对建筑物地基整体稳定性造成影响。所以，有必要对煤矿采空区覆岩破坏带的高度、建筑物荷载等方面的空间位置关系进行分析。

2.1 裂缝待高度计算

沉陷区覆岩中存在裂缝带、垮落带及弯曲带，这些岩块之间存在较大空洞，裂缝待中岩层可能会出现离层、破裂等问题，弯曲带碳层会整体连续下沉。裂缝带与垮落带都是不连续变形破坏，其抗剪强度和抗压强度明显比原始岩体的强度低。如果建筑物荷载传递到了垮落带和裂缝带，势必会使建筑物的不均匀沉降加大，严重时甚至会出现建筑物断裂的问题。因此有必要对裂缝带和垮落带高度进行计算。

式中，M表示煤层综合采厚，m、a、b都是和覆岩性质相关的系数。

2.2 荷载影响深度计算

荷载影响深度需要结合建筑物荷载产生的附加应力以及和地基自重应力之间的关系进行确定。通常情况下，如果地基中附加应力和相应位置上自重应力的20%相等时，这时可以忽略不计该位置上构筑物荷载产生的影响，因为地基属于破裂岩体沉陷区上方地基，这时可以将20%提升到5%～10%。

地基中附加应力的计算过程比较复杂，通常可以利用弹性理论推导出具体的方法。作用在地基上的荷载通常很少会有集中力形式，都是将基础分部在一定面积上。如果基础底面为规则矩形，那么应该按照叠加原理积分的方式来求解，这样就可以得到地基中附加应力分布。

按照建筑物设计情况、地质条件可以计算出附加荷载影响深度。通常覆岩裂缝带的高度和荷载影响深度之间的关系有以下几方面：第一，荷载影响深度和覆岩裂缝带高度之间有安全距离，这时附加荷载不会对裂缝带的稳定性造成影响；第二，荷载影响深度如果与裂缝带顶部相接触，这时即处于临界状态中；第三，荷载影响深度到了裂缝带顶部，这时附加荷载将会对裂缝带的稳定性造成影响，同时建筑物也会受到不均匀沉降的影响，这种情况下需要采取相应措施对地基进行处理。

3 结语

综上所述，我国土地越来越珍贵，矿区建设用地也日趋紧张，这种情况下合理应用踩空沉陷区土地，是当前这方面发展的一个主要趋势。因为煤矿采空区地基存在一定的特殊性，要想保证建筑物的安全性与可靠性，必须充分重视煤矿采空区的勘查以及地基稳定性评估等工作，此外，还要加强对治理方案的编制，充分重视施工质量管理与控制，还要注意对治理效果进行详细的检查。煤矿采空区中的建筑物，按照其使用要求与重要性，应该注意选择有针对性的抗变形措施。

[1]魏晓刚,麻凤海,刘书贤.煤矿采动建筑地震动力灾变与防控研究的现状与发展趋势[J].地震研究,2015,（4）:674-688.

[2]张俊英,王翰锋,张彬,李宏杰,陈清通,李文.煤矿采空区勘查与安全隐患综合治理技术[J].煤炭科学技术,2013,（10）:76-80.

[3]王陆超,蔡光桃.阳泉西环高速公路沿线地质特征及地质灾害影响评估 [J].山东国土资源,2011,（11）:32-35.

X752[文献码]B

1000-405X（2016）-5-233-2