浅埋小煤窑采空区的勘察与处理

浅埋小煤窑采空区的勘察与处理

孙东明1张弘2

(1.吉林省交通规划设计院吉林长春130021; 2.成都理工大学四川成都610059)

【摘要】小煤窑采空区在公路建设中经常遇到，其引起的路基塌陷及不均匀沉降等问题给公路造成极 大影响。本文利用地质调查、抱探、物探、钻探相结合的综合勘察方法，并结合具体工程实例进行分析，对 类似的浅层小煤窑采空区的地质勘察和处理，具有启示和借鉴意义。

【关键词】路基；采空区；勘察【中图分类号】U212.22

【文献标识码】A

有3处沉陷凹地，沉陷深度5.0~6.0m,地表植被多为

〇引言

在髙速公路建设中，经常遇到小型采空区。这 种小型采空区由于洞口隐蔽，巷道狭窄，开采范围 小，属私挖、无规划状态，因此，在髙速公路设计 勘察时常常很难发现，造成路线无法避开，此时采 空区的勘察、评价及路基处理就显得尤为重要。从 20世纪50年代，国内外专家就对采空区地表构筑物 保护和防治技术[1]进行了大量试验研究，积累了宝 贵的经验。随着对采空区研究的不断深人，现在形 成了一整套行之有效的勘察、评价及治理流程。

旱田农作物和少量灌木，交通条件一般。地层岩性主 要为白垩系泥岩、砂岩夹煤层和下奥陶系冶里组石灰 岩，煤层厚度5~6m,埋深大多在14m以上。

2采空区勘察

针对本采空区特点，勘察主要采用采矿情况调

查、地质调绘、挖探、物探和钻探相结合的综合勘 察方法，对获得的资料相互补充、相互验证，综合 分析确定矿区采空影响范围和垂直变化特点。2.1采矿情况调查及地质调绘

为详细掌握本区沿线小煤窑开采历史及现状， X#沿线矿井的开采情况进行了调查访问。通过走访 矿工和当地村民，初步掌握了该区段小煤窑的开采历 史、矿井的开采和停采年限、深度、厚度及方法。

据调查，当地居民的采煤历史可以追溯到伪满 时期，受当时技术、经济条件的，开采方式以 明挖及水平掘进为主，开采的规模、竖向及横向开 采深度均有限，属无序开采，巷道主要靠人工掘进 的方式开采而成，巷道内无支护，靠顶板自稳，顶 板岩石裂隙非常发育，岩体极破碎，开采过程中冒 顶、落石的现象时有发生。最近的一次集中开采是 在20世纪九十年代，基本也是附近居民以自用为目

1工程概况

辉南至白山高速公路位于吉林省东南部与朝鲜相

邻的白山市和通化市境内，是吉林省高速公路网规划 布局方案中“辉南至白山至临江高速公路”的重要组 成部分。起点与抚长高速相衔接，在白山市板石镇北 与鹤大高速相交叉，在白山市东北与G201线相衔 接。区域地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱 特征周期0.35s，地震基本烈度VI度。项目于里程 K7+100-K7+400路基段存在小煤窑开采区，该区属剥 蚀构造丘陵区，多麟岩埋藏较浅，高处局部直觀 露，采空区地形起伏变化较大。路基范围内主要分布

【收稿曰期】2016-07-12

【作者简介】孙东明（ 1983-),男，山东烟台人，硕士研究生，工程师，主要从事岩土工程勘察。

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孙东明，张弘：浅埋小煤窑采空区的勘察与处理

的的无序开采状态，开采方式以水平及斜向掘进为 主，基本沿煤层走向开采，巷道仍为人工掘进方式 形成，部分巷道顶部有简易横向支撑木。综上所 述，当地煤层开采以散户为主，乱采乱挖现象严 重，井下巷道无支护或简易支撑，开采结束后，巷 道任其垮塌。由于开采时间长，现在地面主要形成3 处塌陷凹地，凹地平均深度5.0~6.0m。

地面调查工作采用方格网式进行，对小煤窑的 井口位置及塌陷凹地位置进行测绘，并落到工程地 质平面图上，结合调查情况初步划定采空区范围。2.2工程勘探2.2.1 地球物理勘探

在调查、测绘的基础上，布置了工程物探。针 对本采空区开采深度浅并已经塌陷，残留空洞很少 的特点，此次物探工作主要采用高密度电法，用于 划定采空区边界及开采塌陷深度。因此，我们在里 程K7+100 ~ K7+400段沿路基两侧布置两条物探测 线，采用温纳装置采集，电极距5m。由于采空顶板 塌落，岩土层松散，第四系潜水和泥、砂岩裂隙水 丰富，呈低阻状态。因此，从视电阻率剖面图中可 以看到，采空区底板深度为14m左右，如图1所示。

图1 采空区视电阻率剖面图

2.2.2挖探

通过调查访问，伪满时期的老采空区基本已经 塌陷完毕，20世纪九十年代的新采空区巷道埋深很 浅，顶部支撑埋深多不超过3m。在勘察过程中，在 重点区域采取了人工挖探方法，挖探深度在2.5- 3.5m，共挖探坑7处，其中2处探到巷道支撑横木， 支撑木已腐朽，铁锹易挖断，通过挖探基本查明了上 覆土的状态及巷道的大致深度、走向，如图2所示。

图2挖探照片示意图

2.2.3 工程钻探与原位测试

在前期调查、测绘及物探、挖探资料的指导 下，对物探异常区域、可能存在采矿巷道的区域， 在高速公路路基影响范围内布置钻孔进行验证，钻 孔深度钻至最底层洞底以下不少于2m[2]，钻探过程 中同时对采空影响深度范围内岩土体进行连续动探 原位测试，并取代表性试样进行物理力学性质试 验，有效的确定出采空塌落区与岩层稳定区的界限 深度，并为高速公路工程设计提供了所需参数。

从钻探岩芯照片中可以看到，如图3所示，左 图3.7~4.2m、右图3.2~3.5m为巷道支撑木，其他钻 孔大多在2-4m深度范围内钻到木头，这说明巷道的 埋深大多很浅，并且绝大多数已经班塌，残留少量 空洞。

图3岩芯照片示意图

由于巷道已经班塌，单纯的通过钻探岩芯已不 能很好的区分地层是采空塌陷过的还是原岩。这时 我们对上部怀疑土层进行原位测试，通过动探锤击 数来标定土层松散密实程度，进而辅助我们来圈定 采空平面范围和深度。同时在钻探过程中，密切关 注孔内水位情况，并记录漏水深度，修正、补充我

们的判断。

3采空区稳定性分析与评价

公路采空区场地稳定性可按开采条件判别法、

地表移动变形预计法（概軸分法）、地表移动变形 观测法、极限平衡分析法及数值模拟法进行评价'

采空区的地形、地质条件是影响采空区地表稳 定性的重要因素之一，按采空区的地形、地貌和地 质条件可将采空区分为一般平地采空区、山地采空 区和特殊地质条件采空区三类[2]。开采时间是另一 项影响采空区稳定性评价的重要因素，根据移动期 的划分，可将采空区按时间划分为移动初始~活跃期 采空区、移动衰退期采空区和残余移动期采空区[2]。

本小煤窑采空区位于丘陵岗地之上，属一般平 地采空区，开采深度在2.0~14.0m,由于开采方式为

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西南公路

人工掘进，顶板无支护或简易支撑，上覆岩层为泥 岩、砂岩互层的软弱岩层，且开采年代久远，因 此，老采空区的地面塌陷变形过程已基本结束，距 今20多年的新采空区（老采空区原址上）塌陷也已 基本完成，区内基本无完整巷道，支撑部位局部区 域存在塌后小的空洞，支撑木都已腐朽，铁锹轻易 可将其伊断，在地面车载压力下，空洞顶板就能垮 塌。本小煤窑采空区按开采时间划分属残余移动期 采空区。由挖探及钻探显示，塌落层上部土质松 散，且局部有小的空洞，极易在荷载下造成不均匀 沉降，下部土质较密实。

综合以上分析可知，采空区的巷道顶板塌陷过 程已基本完成，但局部存在空洞，且变形区深度范 围内土层松散，沉降差异大，由开采条件判别法判 定，该采空区场地属欠稳定场地。

4采空区的处理方案

我国现阶段常用的采空区处理方法主要有注浆

法、干（浆）砌支撑法、开挖回填法、巷道加固 法、强夯法和跨越法。

由于路基影响范围内的采空区埋深大多在l〇m 以内，局部达14m，上覆顶板为泥岩或砂岩，完整 性差，岩体强度低，本采空区适餅用强夯法。

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强夯宽度宜超出路基影响范围，强夯的夯击能 量根据现场试夯确定，单击夯击能宜>6000kN-m， 当试夯二至三次采空区顶板未夯塌，可停止试夯， 可采用先爆破后强夯。夯击遍数宜为二至三遍。

对场地进行处治后，采用符合要求的》«

、煤

奸石、矿渣等筑路材料分层碾压，压实度>93%,考 虑加铺土工布、土工栅格等材料，提高路基的整体 稳定性，路面设计采用柔性材料，以满足采空区剩 余变形要求[3]。

5结语

本文利用地质调查、挖探、物探、钻探相结合

的综合勘察方法，x才辉南至白山高速公路所经过的 浅层小煤窑采空区进行了勘探分析，很好的圈定了 采空区范围、深度及工程地质情况，并根据勘察情 况对采空区进行了稳定性分析与评价，最后给出了 切实可行的地紐理方案，今后类似的浅层小煤窑 采空区的地质勘察和处理，斯启示和借鉴意义。

参考文献

[1] 颜荣贵.地基开采沉陷及其地表建筑[M].北京:冶金工业出版社,1995.[2] 孙金，万战胜，魏平，柴玉卿.高速公路采空区勘察及稳定性分析与评价

[J].西南公路，2015.

[3] JTG TD31-03-2011,采空区公路设计与施工技术细则[S].