1、深度解析：采空区地面塌陷勘察与设计！ 本文从采空区塌陷勘察、采空区塌陷治理设计两方面展开： 一采空区塌陷勘察 主要依据：高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册； 岩土工程勘察规范； 铁路工程不良地质勘察规程； 一） 采空区分类： 1、 按采煤方法与顶板管理方法分类： （ 1） 长壁陷落法采空区：由长壁大冒顶采煤法形成的采空区 （ 2） 短壁陷落法采空区：由短壁自由冒顶采煤法形成的采空区 （ 3） 巷柱或房柱式采空区：由巷柱或房柱式采煤法形成的采空区 （ 4） 条带法或填充法采空区：由条带或填充采煤法形成的采空区 2、 按采煤深厚比可分为以下几类： （ 1） 浅层采煤区：开采深、厚比小于
2、40 的采空区； （ 2） 中深层采空区：开采深、厚比大于 40，但小于 200的采空区； （ 3） 深层采空区：开采深、厚比等于或大于 200的采空区。 3、 按煤矿采空区形成和停采的时间分类： 可以分为新采空区和老采空区两种。 新采空区是指现采空的采空区，其地表移动、变形尚未发生或正在发生过程中，或位于正在采煤的采区、采煤工作面近旁的采空区已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。 老采空区是指已停采闭矿的矿区或已停采的采空区，其地表移动、变形和移 动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。 采空区地面变形灾害包括地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等。勘察范围应大于地面变形范围。 19
3、98年 5 月发生的临澧县衫板乡石膏矿塌陷，直径达 47米。 (一 ) 主要任务 查明老采空区上覆岩层的稳定性 ,预测现采空区和未来采空区的地表移动和变形特征，对工程场地的适宜性进行评价。在此基础上，提出预防、整治的对策和方案。 可行性研究勘察阶段 1、 该阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作内容是： 1) 收集矿区地质图、综合地质柱状图、剖面图、采掘工程平面图及井上下对照图、地质勘探报告、沉降观测等有关资料 ； 2) 调查勘察范围内的气象、水文、地形地貌、地震、地层岩性、地质构造特征； 3) 调查勘察区内采空区 (空洞
4、)的分布及开采时间、范围、深度、采厚、开采方法、采取率、顶板岩性和厚度、顶板管理方法及远景开采规划； 4) 调查或收集供水井的抽排水状况及其对采空区稳定性的影响； 5) 在有条件的地方宜进行井下调查、测量、测绘出采掘工程平面图，查明采空区的顶板塌陷及积水情况； 6) 调查采空区覆岩破坏、地表陷落、建筑物破坏特征及其与采空区开采边界的关系，划分出中间区和边缘区； 7) 调查由于地表塌陷而引起的其他不良地质现象类型、分布位置和规模； 8) 定性 或半定量地初步评价采空区的稳定性。 2、 初步设计勘察阶段 本阶段勘察应以现场地质和采矿调查、测绘和物探工作方法为主，辅之以钻探工作及简易水文地质观测试验
5、，必要时进行地表变形观测。 本阶段应进一步收集地质、采矿资料，并通过地质调查、物探、钻探、沉降观测、简易抽水试验等综合勘察手段，初步查明采空区的工程地质条件、水文地质条件，采空区的范围、埋深、形状、充填、垮落情况，开采层数及剩余沉降量、 “三带 ”界限、地表塌陷等情况，为确定采空区治理方案提供依据。 3、 施工图设计勘察阶段 本阶段采空区 (空洞 )勘察应以钻探工作为 主，辅之以必需的补充物探及调查测绘工作。工作内容： 1） 查明初勘阶段尚未查明的工程地质问题； 2） 确定采空区地表变形范围、变形量大小及其变化规律，分析采空区沉降变形发展趋势，研究地表变形与采空区、区域地质构造、开采边界、采煤
6、工作面推进方向的关系，确定其危害程度； 3） 查明采空区近旁的矿井或供水井的抽排水的时间、水量、水质、地下水位变幅和影响半径及其对采空区的稳定性、治理工程的影响； 4） 修正、完善采空区及其覆岩的三维地质构造模型、覆岩破坏的 “三带 “界限，核实采空区的剩余空隙体积； 5） 查清地表塌陷范围、破坏形式、发展趋势； 6） 评 价采空区的稳定性，确定采空区的治理方案； 7） 测绘影响范围内采空区工程地质平面图 (比例尺 1： 10001：2000)及工程地质纵、横断面 (剖面 )图等。 (二 ) 勘察范围及深度 在整个采空区勘察过程中，勘察宽度可视勘察阶段、采空区埋深等具体情况而定。如工程可行性研
7、究阶段勘察宽度要大，初步设计勘察阶段宽度适当减小，施工图设计勘察阶段宽度再减小。但各阶段勘察工作宽度不能小于公式计算宽度，且应考虑到上山、下山方向的差别，因为公式计算的宽度是采空区影响的最小宽度。一般外延100500m。 勘探深度，对于单层采空区，各阶 段的勘探深度不得小于采空区底板以下 3m；对于多层采空区，各阶段勘探深度不得小于最下层采空区底板以下 3m。 （三）勘查方法的选择 勘察前，应收集研究地质资料，全面调查人类活动的历史、方式、范围与强度，以及已产生塌陷的发育特征，在综合分析的基础上合理布置勘察评价工作。 勘察方法采取 工程地质测绘、工程物探、工程钻探、室内试验及原位测试、高精度形
8、变观测 。条件许可时应开展井下工程地质调查。 1、 工程地质测绘 工程地质调查与测绘的目的是研究采空区及其附近的区域地质构造、地层岩性、水文地质条件、地下采空区的分布位置、采 矿状况、地面塌陷程度等。调查所采矿层顶底板的岩性、厚度及矿层上覆岩性的组合类型，条件许可时应进行井下测量工作，绘制采空区地质剖面图。初步确定工作区的三维工程地质结构和物探探测范围。比例尺一般以 1： 10001： 2000 为宜。 采矿调查内容一览表 采空区 (空洞 )现场勘察内容一览表 采空区 (空洞 )地表变形调查内容一览表 2、 工程物探 用于采空区 (空洞 )探测的工程物探方法主要有电法勘探（高密度电法和电测深法
9、）、电磁勘探、地震勘探、重力勘探和氡气勘探。 1） 电法勘探 电法勘探常采用高密度电法和电测深法 。高密度电法最适宜的采空区探测深度范围是 100m 以内，最大深度不超过 150m，采空区埋深与其直径的比 h D40。影响探测深度的因素：测距的长短；目标地质体的直径与深度的比；目标体与围岩电性差异；地电断层如有高(低 )阻屏蔽层；干扰水平大小。 2） 地震勘探 主要用来确定基岩埋深、顶界起伏程度、风化程度及厚度；断层破碎带的宽度及平面位置，岩体工程地质分类、地基改造效果检查，采空区和自然溶洞的埋深和形态等。 常采用的方法有折射波法和面波法。折射法探测地下采空区 (空洞 )时，一般可探测表层 1
10、0 100m 深度。当采 空区 (空洞 )的尺寸与折射波的波长接近时，才能较清晰地反映在记录图上，即采空区 (空洞 )的尺度约接近 10m才有反映，小于 10m则效果不好，难以探测到。 面波勘探深度与精度：面波勘探对波长的 l 2 深度内有效，对一般的土层有效深度约为 40 50m。在基岩埋深较浅的地方可以更深，约 100m。精度上，只要采空区 (空洞 )尺寸不小于其埋深的 1 10，便可以探测出来，精度范围一般可控制在 5之内。 3） 电磁勘探 电磁勘探包括了瞬变电磁勘探、地质雷达和井间无线电透视 (井间 CT)等。其中以瞬变电磁法和地质雷达较为常用。瞬变 电磁法相对于其他探测方法而言，对地层的分辨能力强，受地形小，在划分地层、确定电性参数、矿体及采空区空间位置和产状等方面有其独特的优越性。 4） 微重力勘探 微重力勘探，用于探测埋藏浅、范围小的地质体或小构造。对地下 100m以内洞穴的探测，可以较准确地确定其平面位置，而埋深可以用重力反演方法得到。由于受采空区 (空洞 )的几何尺寸、充填物及埋藏深度的制约，重力异常的量值一般在几十微伽以内，因此，只能用高精度的微重力勘探方法探测。一般在勘察区内以 5m5m 的间距布点。 5） 氡气勘探
