采空区地质勘查与研究

凌爽

摘 要：本文通过对勘查区采空区地表移动变形范围、采空区的预测下沉变形影响范围进行了精细的计算。为查明采空区地表变形规律，分析采空区发展程度及后期稳沉评价等提供了必要的数据，同时也能够通过计算监测采空区变形规律，为以后各项工作开展提供预警及防治措施。

关键词：采空区;地质灾害;采空区监测;防治措施

1、项目背景：

该项目是国家发改委批准立项、保障国家战略安全、精准扶贫革命老区于一体的内蒙古自治区政府大力推进的国家级重大项目。由于2017年2月，在产业园区南部出现三条大小不等的地裂缝，通过初步调查核实，该裂缝疑似地下采空区所形成，如发生大面积地面塌陷，对建设项目的总体布置将产生重大影响。为尽快查清和妥善治理该地区地质灾害隐患，本次勘查工作收集了勘查范围及附近的区域地质，矿山地质、水文地质、工程地质、环境地质及气象水文资料;同时开展调查访问工作，調查了勘查区内的地质环境特征;调查访问了勘查区内地裂缝地质灾害的分布、特征、发生时间、发展情况。

为了基本查明压覆矿区采空区范围及采空区顶板物理力学性质，了解地下采空区的空间分布、采空区顶板冒落带分布、采空区充填物质及充填程度，在勘查区进行了物探和钻探工作，根据勘查成果的综合分析，基本查明了勘查区内采空区的分布、形状、大小等，基本查明了勘查区各岩土物理力学性质。同时对岩土样品进行了测试，并且最终根据地质、水文、物探、钻探、岩石力学等综合成果评价该工作区内采空区的危险性分区分级。

2、工程布置

2.1物探

通过实验表明，采用高密度电阻率法可以对煤矿采空区进行科学、有效、准确的探测。

高密度电阻率法勘测结果表明，该地区采空区多为充水采空区，表现为低阻异常特征【1】，因此后期工作区解译时，测量结果中高阻中包围低阻异常结合该处实际地质特征，可以作为圈定采空区的异常判定标准。

2.2工程地质

钻孔的布置主要根据高密度电法解译成果，对勘查区内发现的异常区进行钻探工作。依据重点区域重点考虑的原则，钻孔主要布置在勘查区东部哈日诺尔苏木板房处的地裂缝地质灾害发育区域和勘查区西部兴通煤矿现有采空区北部物探探测异常峰值位置。依据实际情况，共计布置了16个钻孔，钻探总进尺为1244m，满足勘查实际工作的要求【2】。由钻探工作和物探高密度电阻率法野外剖面的结果分析表明，勘查区内采空区为充水采空区。

本次勘查工作先利用物探手段确定勘查区内异常区，再利用钻探手段来验证物探异常是否为采空区，最后根据验证结果圈定采空区范围【3】。

2.3岩土样品测试

为了解勘查区各岩层及采空区顶板岩石特征，对各岩层、采空区顶板、底板的岩芯进行了工程地质试验，多角度、多层次分析岩石的物理力学参数，综合确定岩石的物理力学性质。为提高试验成果的质量和增加试验成果的可比性，按国家规范标准的试验方法进行试验。本次钻探工作布设了16个钻孔，取试验岩芯样17组，分别对样品进行天然块体密度、天然吸水率、饱和吸水率、饱和单轴抗压强度、饱和单轴压缩变形、三轴抗压强度、抗拉强度等项目试验。统计分析试验成果数据，试验成果满足勘查工作需要，为后续工作提供了可靠的分析和模拟计算依据。

3、采空区变形特征分析

3.1 采空区地表移动变形值计算

首先采用概率积分法进行采空区地表移动变形值进行计算时，采空区地表移动变形值下列公式计算：

式中：r——等价计算工作面的主要影响半径;

Li——等价计算工作面各边界的直线段。

通过以上计算，计算采空区地表最大移动角、变形值，依据地表移动变形值确定场地稳定性等级评价标准，综合评估其采空区场地稳定性等级为不稳定【4】。

3.2采空区的预测影响范围

勘查区地表被第四系覆盖，第四系岩性为全新统粉质粘土、风成砂土、底部有时有砾石层，厚度为3.15—24.95m。采空区顶底板为下白垩统霍林河组（K1h） 地层，岩性为深灰色～灰黑色泥岩、粉砂质泥、长石石英砂岩及粉砂岩。依据【5】计算采空区下沉变形影响范围（R）的计算公式：

R =H/tgβ

式中：r—地表影响半径（m）

H—开采深度（m）

β—移动角，第四系取值45°，地层取66°

根据采空区影响半径，推算出采空Ⅰ区地表移动盆地影响范围，面积为79286m2;推算出采空Ⅱ区地表移动盆地影响范围，面积为378518m2。

3.3勘查区地质灾害危险性分区

本次勘查依据相关规范并结合现状地质灾害发育程度、采空区分布、采空区预测影响范围等，在勘查区范围内进行地质灾害危险性分区。地质灾害危险性分区遵循可能性大就大原则，根据采空区地表剩余变形值确定采空区对工程的影响程度分级，确定勘查区地质灾害危险性分区结果。本次工作勘查范围面积为0.576km2，地质灾害危险性大区占勘查区总面积的78.58%。勘查区内除地质灾害危险性大区外均为地质灾害危险性小区，该区域总面积为123394m2，占勘查区总面积的21.42%。

4、采空区防治措施及建议

针对勘查区地质灾害现状及地质灾害预测分区，本着“以人为本”的思想，以保护勘查区建设项目安全生产和恢复勘查区生态环境，对采空区进行统合治理，最大程度上消除采空区地质灾害隐患。对勘查区内受地下采空影响较大的区域，建议建设方根据情况进行建设项目避让同时做好地质灾害安全教育及监管工作、地质灾害预警工作、地质灾害巡查与监测工作，确保勘查区建设项目安全生产。

本次工作对勘查区采空区地表移动变形范围、采空区的预测下沉变形影响范围进行了精细的计算。为查明采空区地表变形规律，分析采空区发展程度及后期稳沉评价等提供了必要的数据，同时也能够通过计算监测采空区变形规律，为以后各项工作开展提供预警及防治措施。

参考文献：

[1]李洋等.三种物探方法在内蒙古某煤矿采空区的探测效果对比[J].内蒙古经济.2018，8 （16）：159-160.

[2] 中华人民共和国建设部.GB50021-2001岩土工程勘察规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]孙晓旭.高密度电法在煤矿采空区探测中的应用[J].内蒙古煤炭经济.2018，4（7）：130，136.

[4]中华人民共和国建设部. GB51044-2014煤矿采空区岩土工程勘察规范[S]. 北京：中国计划出版社，2017

[5]《岩土工程手册》编写委员会.岩土工程手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1994.