济南市禹瀚产业用地采空区特征及稳定性评价

辛 建, 王文明

(1.山东建勘集团有限公司，山东 济南 250031； 2.山东设协勘察设计审查咨询中心，山东 济南 250031)

禹瀚产业用地项目位于济南市章丘区经十路以南，原埠村煤矿矿区，拟建住宅、办公写字楼、别墅、产业研发楼及沿街商业等。

1 自然地理

区内属暖温带大陆性季风气候区，四季分明，冬季严寒、干燥，夏季炎热、潮湿；降水量集中在6—9月份，约占全年降水量的70%；属山间平原，河流不发育，有南北向巴漏河和大冶河；历史上地震规模较小，震源浅，震级低，抗震设防烈度为7度，地震加速度值为0.10g，无活动断裂，地壳稳定性好。

2 地质环境背景

2.1 地质特征

区内位于文祖断层和鸡山断层之间的地堑地带，发育埠村向斜和近南北向的断层。埠村向斜主轴向NE20°～25°，延展长10 km，东翼受文祖断层切割形态不完整，西翼形态比较完整；断层数量多，落差大，以高角度的正断层为主，控制着井田的构造格局。

区内地层自下而上为奥陶系三山子组白云质灰岩，东黄山组角砾岩、角砾状泥质白云质灰岩和泥灰岩，北庵庄组灰岩，土峪组泥灰岩和泥灰角砾岩，五阳山组灰岩、豹皮状灰岩，阁庄组泥灰岩、泥灰角砾岩，八陡组灰岩；石炭—二叠系本溪组铝土岩、砂岩、砂质页岩、黏土页岩，太原组砂岩、砂质页岩夹煤层，山西组中细粒长石砂岩与砂页岩互层；二叠系黑山组砂岩、砂质页岩、页岩，万山组砂岩、砂质页岩、页岩，奎山组含砾石英砂岩、页岩，孝妇河组中粗粒砂岩、页岩；三叠系孙家沟组页岩、中粗粒砂岩；第四系黄土、砂土、黏土。岩浆活动剧烈，主要为闪长玢岩、闪长岩和辉绿岩，对煤层破坏较严重。

2.2 水文地质特征

区内主要含水层为第四系孔隙含水层、石炭—二叠纪山西组砂岩含水层、太原组薄层灰岩含水层、太原组徐上砂岩裂隙含水层、太原组徐家庄灰岩含水层和奥陶系灰岩裂隙岩溶含水层；第四系孔隙含水层主要接受大气降水和沟、河水的补给，也是矿井浅部古采空区及煤系各含水层的主要补给水源。主要隔水层为页岩和黏土岩，隔水性良好，但部分受采动裂隙直接影响，起不到隔水作用，对煤的开采有严重的水害威胁。

2.3 工程地质特征

区内土体属山间平原松散堆积型，主要为黄土状粉质黏土、粉质黏土，前者承载力特征值为100～150 kPa，后者承载力特征值为200 kPa以上；岩体工程地质分为坚硬—半坚硬砂岩和页岩、坚硬厚层状灰岩，工程地质条件较好，岩石抗压强度高。

2.4 煤矿开采现状

拟建项目位于埠村煤矿三号井开采范围内，主要含煤地层为石炭—二叠纪山西组和太原组，主要开采煤层为1、3煤层，9-1、9-2煤层局部开采，其中，1煤层开采范围主要分布在东区，3煤层东区大部分回采结束，剩余资源储量540.4万吨，剩余基础储量19.2万吨，剩余可采储量16.3万吨。

3 采空区分布情况

3.1 采空区特征

拟建场地位于济东煤田埠村煤矿。埠村煤矿开采历史悠久，以条带式开采为主，采空区埋深340～600 m，形成时间为2000—2003年和2010年，呈条带状间隔分布，大小为(20～50 m)×(70～110 m)，煤柱宽30～50 m，回采率约为60%。场地东侧为1煤层开采区，采空区埋深475～550 m，形成时间2005—2006年。采空区地表变形范围大且比较连续，形成“三带”沉陷盆地，现已趋于稳定。

3.2 物探资料解释

为验证采空区信息，开展了瞬变电磁和大地电磁测深工作。共完成瞬变电磁剖面14条，测点691个(点间距20 m)；大地电磁测深剖面4条，测点114个(点间距20 m)。

(1)瞬变电磁剖面共圈定出低阻异常区段36处；大地电磁测深剖面识别出低阻异常区7处(表1)；平面上圈定了两个采空区异常带[1]；推断出F1、F2、F3三条断裂。采空区分布范围、深度和断裂与收集资料基本一致。

表1 大地电磁测深剖面异常分布一览表

3.3 钻探验证

本次共实施钻孔7个，初步查明采空区的竖向特征(表2)。以F2断层为界，西侧采空区埋深相对较浅，340～380 m，平均约365 m；东侧采空区埋深相对较深，400～600m；未见掉钻现象；垮落裂隙带高度为26.10～39.40m，平均33.72m；采空区现已充水。采空区深度及分布范围与收集资料基本一致。

表2 典型钻探异常一览表

4 稳定性及适宜性评价

4.1 稳定性评价

场地上覆岩层单轴抗压强度为51.9～58.6 MPa，属较硬覆岩；周围村庄建筑物未发现斑裂现象，道路和立交桥未发现裂缝；无地裂缝、台阶、塌陷坑；采矿活动在2003年基本完成，局部2010年开采，终采时间8～15年；煤柱安全稳定系数为1.43～2.00；场地位于煤矿主要开采范围内，且位于采空区盆地中间。

根据终采时间、地表移动特征及煤柱安全稳定系数等综合判断，场地稳定性为基本稳定。

4.2 适宜性评价

区内1煤、3煤采空区采深h≥300 m；地表变形趋于相对稳定；采空区已充水，地下水对残留煤柱具软化和破坏作用，存在活化的可能；采空区部位存在漏水现象，未见掉钻现象，钻探进尺稍快，基本密实；故采空区对拟建工程的影响程度中等[2]。地表大部分地区最大剩余下沉值为83.8～100.0 mm，局部最大剩余下沉值为100.0～189.2 mm；剩余倾斜值为0.36～0.83 mm/m，剩余水平变形值为0.17～0.40 mm/m，剩余曲率值为(0.002～0.006)×10-3/m，故大部分采空区对工程建设影响程度小，局部对工程建设影响程度中等[3]。此外，附加应力影响深度判别也显示拟建34层建筑工程对采空区稳定性影响小。

采空区场地为基本稳定场地，对拟建工程影响中等，为适宜和基本适宜建筑场地。

5 结论

(1)埠村煤矿采空区埋深340～600 m，地表变形范围大且比较连续，趋于稳定。瞬变电磁剖面圈定出低阻异常区段36处，大地电磁测深剖面圈定出低阻异常区7处，平面上圈定了2个采空区异常带；推断出F1、F2、F3三条断裂。初步查明了采空区的竖向特征，埋深东深西浅，且已充水，与现状基本一致。

(2)拟建工程地质调查和工程试验表明：场地稳定性较好；采空区对拟建工程影响中等，工程建设对采空区稳定性影响较小，为基本适宜和适宜建筑场地，比较适合禹瀚产业高层和多层建筑用地要求。