1、谈煤矿采空区岩土工程勘察【摘要】随着社会的不断发展和我国交通建筑业的快速发展，目前针对煤矿采空区的勘察与处理问题越来越受到相关部门的重视。特别是近年来，随着高层建筑的兴建和土地的合理规划利用，在采空区修建高层建筑物对采空区的稳定性提出了更高的要求。本文结合煤矿采空区的勘察与处理工程实例，对采空区岩土工程稳定性问题进行了分析和探讨。【关键词】煤矿采空区；岩土工程；地质勘察 目前我国大多数矿山，留下大量未处理的采空区，采空区的存在，严重影响了矿山的安全生产。采空区对工程的危害是显著的，主要体现在两个方面：一是采空区顶板大面积冒落，产生气流冲击，对井下工作人员和设备产生重大伤害，而且可能引起地表沉陷
2、和开裂，地面建筑物的陷落、倒塌及矿区地震等形式的严重地压灾害；另一个就是在矿山开采过程汇总，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窿积水，发生透水事故，从而淹没坑道何工作面，造成损失。由此可见，采空区稳定性研究已成为一个重要的研究课题。 一、工程概况 某大酒店高 21 层，由主楼及裙楼组成，主楼东西长 42m，南北宽20m，框剪结构；裙楼位于主楼东、南、西三侧，外包尺寸东西长 66m，南北宽 4350m，高度均为 3 层，框架结构，主、群楼均设一层地下室，彼此结构独立。 场区抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.15g，分组为第二组。 场区地层主要为石炭二
3、叠系煤系地层，整体走向 NE，倾向 NW，倾角平缓，上覆第四系地层由黏性土组成，厚度约 10m。场区共含煤 21 层，煤层总厚度 5.32m，其中场地可采、局部可采煤层 6 层，场地位置实际开采煤层为 17 煤、20 煤和 21 煤。场区内煤矿开采方法为走向长臂法，顶板管理为自由垮落法。各采煤工作面基本情况详见表 1-1： 二、场地稳定性评价 1 采煤沉陷对建筑物地基的影响 采煤沉陷区，建筑物的地基处理或设计主要考虑的是地基的承载力和地基的变形，对于该项目前期工程的拟建设场地，结合采煤沉陷区建筑物地基的特点、建筑物的地基承载能力、地基的允许变形量等对该场地进行分析和评价。 1.1 采煤沉陷区建
4、筑物地基的特点 位于采空区上的建筑物地基基础，与一般场地上的建筑物相比，有以下特点： （1）建筑物的地基范围不同。一般建筑物地基的深度为地基沉降计算影响深度，宽度为以应力扩散角向下扩散至地基沉降计算深度为止，对于先建后采的建筑物，从开采矿物底板到地面各岩层的移动与变形都对建筑物有影响，其平面范围视建筑物在地表移动盆地的位置不同而不同。对于先采后建的建筑物，则建筑物的地基范围在深度上则较非采动影响区的同类建筑物的地基深度深，但较先建后采的建筑物的地基深度却要浅的多。 （2）建筑物的地基变形组成不同。一般建筑物，地基变形主要是沉降，基本上是地基土受建筑物荷载压缩和固结所致；而采空区上建筑物地基，其
5、沉降变形除地基土本身的压缩和固结变形外，还会受采空区岩、土层的变形和移动制约，除垂直方向的下沉外、还有由于非建筑荷载作用而产生的地基土扭曲。 （3）地基中应力状态不同。一般建筑物会在原自重应力场中形成因其重量产生的附加应力；而采空区上建筑物除其自重引起的附加应力外，还存在由于采矿引起的附加应力。 （4）建筑物地基沉降稳定所需的时间不同。一般建筑物地基沉降稳定的时间为地基土的压缩和固结所需要的时间；而采空区上的建筑物，地基稳定时间还受到地表残余沉陷所需的时间制约。 1.2 采煤沉陷区建筑物地基的承载能力 采煤沉陷区建筑地基除受建筑物自身荷载产生的附加应力场外，还受到地表残余移动变形引起的附加应力
6、场影响。建议采用地基的临塑荷载作为地基承载力的特征值，其计算公式为： （2-1） 式中： 为地基的临塑荷载，kPa； 为基础埋深范围内土层的重力密度，kN/m3； 为基础埋深，m； 为基础底面下土的粘聚力，kPa； 为基础底面下土的内摩擦角，； 、 为地基承载力系数，可以查表确定（林在贯等.岩土工程手册，中国建筑工业出版社，1994 年） 。 鉴于地表的残余移动变形仍然可能达到较大水平且采煤沉陷区地基条件比较复杂，建议在预计的地表残余移动变形破坏等级超过级的采煤沉陷区域，进一步加大其地基承载力设计标准值，采用提高的地基承载力标准值，以确保建筑物的安全： （2-2） 式中， 为地基承载力特征值，
7、kPa； 为按临塑荷载计算的基地承载力标准值，kPa； 为地基承载力提高系数，对基础设有钢筋混凝土圈梁的建筑物可按表 2-1 选用（表中 L 为建筑物独立单元长度，H 为建筑物基础底面至檐口的高度） 。 表 2-1 采煤沉陷区地基承载力提高系数 地基土的类型 值 砾砂、粗砂、中砂 1.20 1.50 细砂、粉砂、砂质粉土 1.50 1.80 粘质粉土、粉质粘土、粘土 1.40 1.75 1.3 采煤沉陷区建筑物地基的允许变形量 地基土层承受上部建筑物的荷载，必然会产生变形，从而引起建筑物基础沉降。当场地土质坚实时，地基的沉降较小，对工程正常使用影响小；但若地基为软弱土层且厚薄不均，或地基下方隐
8、伏有老采空区破碎岩体而受到建筑物附加荷载扰动失稳时，地基将发生严重的沉降和不均匀下沉，其结果将影响建筑物的正常、安全的使用。因此，在采煤沉陷区上兴建建筑物，在地基承载力和变形两个条件中，满足地基变形条件也是十分重要的。 为防止因地基变形或不均匀沉降造成建筑物的开裂与损坏，必须对地基变形特别是不均匀下沉加以控制，要求地基的变形值 应满足： （2-3） 式中， 为地基允许沉降与变形值，根据建筑物的结构特点、使用条件和地基土的类别确定。不同建筑物地基的允许变形值，我国建筑部发布的建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002）给出了明确的规定。 三、结语 采动影响区拟建建筑物的处理措施包括采空区治理、地基基础处理与设计及建筑物的建筑、结构抗采动影响设计。该场地对应的地下采空区尚未完全、充分垮落，拟建工程属于先建后采类工程建设活动，为确保拟建建筑物的功能可靠、结构安全，建议应对上述部分房屋对应的采空区进行注浆治理，同时建筑物的设计应采取一定的抗采动影响措施。 参考文献 1常士骠，张苏民.工程地质手册-4 版.中国建筑工业出版社，2007. 2中华人民共和国建设部.GB50021-2001 岩土工程勘察规范.中国建筑工业出版社，2009. 3中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50011-2010 建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社，2010.
