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1勘查工作概況

1．1勘查歷程本場(chǎng)區(qū)詳勘階段部分鉆孔發(fā)現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，為查明掉鉆原因，對(duì)掉鉆區(qū)域進(jìn)行了物探勘查工作，根據(jù)物探勘查的成果，對(duì)物探確定的異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)鉆探的同時(shí)，深入國(guó)土部門及周邊村莊、礦山進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查、訪問(wèn)本區(qū)采礦史。

1．2勘查目的與任務(wù)通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查，收集區(qū)域的相關(guān)資料及對(duì)已有資料的深入分析，采用物探、鉆探等工作，查明該場(chǎng)地受溶洞及采空區(qū)影響情況并提出處理方案建議。

1．3勘查及評(píng)判依據(jù)本次采空區(qū)(溶洞)勘查工作主要依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范:1)GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范;2)GB50007-2005建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范;3)工程物探手冊(cè)，2011水利水電版;4)JGJ87-92建筑工程地質(zhì)鉆探技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);5)SH3017-1999石油化工生產(chǎn)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范;6)工程地質(zhì)手冊(cè)，中國(guó)建筑第四版;7)JTG/TD31-03-2011采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則。

1．4勘查工作方法勘查工作采用地質(zhì)調(diào)查與物探、鉆探相結(jié)合的綜合勘查手段，其中地質(zhì)調(diào)查包括區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦井地質(zhì)調(diào)查;物探工作采用瞬變電磁法;鉆探采用取芯鉆探，用以揭示采空、冒落或礦層的深度、厚度和井巷富水情況。

2勘查區(qū)自然地理與工程地質(zhì)條件

2．1自然地理?xiàng)l件勘查區(qū)位于太行山脈南端西側(cè)、沁水盆地東南緣，地貌類型屬低山丘陵區(qū)，地表大面積為黃土層所覆蓋，基巖僅出露于廠區(qū)西南部(西寺莊村北側(cè))。廠區(qū)內(nèi)總的地勢(shì)為南部高東部低。本區(qū)屬東亞暖溫帶大陸性氣候，一年內(nèi)四季分明。

2．2工程地質(zhì)條件區(qū)域位于太行山脈南端西側(cè)、沁水盆地的東南緣，晉(城)～獲(鹿)褶斷帶東側(cè)。晉(城)～獲(鹿)褶斷帶為區(qū)域性的一條大斷裂，其中南段稱晉(城)～高(平)褶斷帶，呈北北東走向，由一系列褶皺、斷裂組成，影響帶寬度達(dá)16km～20km，是控制本區(qū)地層、地貌、礦產(chǎn)分布的主構(gòu)造帶。構(gòu)造卷入地層有奧陶系、石炭系。該斷裂帶在陳溝以南發(fā)育于奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r中，由一系列強(qiáng)烈擠壓的緊密褶皺群組成，軸部走向NNE15°～35°并伴有同方向的壓扭性斷裂，地貌上組成串珠狀山梁。在陳溝以北為開(kāi)闊不對(duì)稱的褶皺和地塹為主，褶皺呈隱伏狀。區(qū)域內(nèi)出露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系，上第三系及第四系松散沉積物廣泛覆蓋于上述各時(shí)代地層之上。

3采空區(qū)(空洞)調(diào)查及特征

3．1礦井地質(zhì)與采掘調(diào)查根據(jù)礦井地質(zhì)調(diào)查，勘查區(qū)內(nèi)所存在的空洞，可由兩部分組成，第一部分為受向斜構(gòu)造影響，地下水沿構(gòu)造富集，致微晶方解石膠結(jié)中K5灰?guī)r中巖溶發(fā)育，形成較大規(guī)模的溶洞(在本項(xiàng)目詳勘查階段，3號(hào)鉆孔掉鉆4m)，第二部分為近年小煤窯采掘9號(hào)煤層形成的空洞。

3．2地表變形調(diào)查勘查區(qū)內(nèi)地表較為平坦，建設(shè)用地下伏采空區(qū)形成時(shí)間已在多年以上，現(xiàn)狀條件下地表未見(jiàn)變形、開(kāi)裂跡象，未發(fā)現(xiàn)地裂縫、地面塌陷。原因可能在于該區(qū)為小礦生產(chǎn)，大多采用房柱式開(kāi)采，回采面積較小，需較長(zhǎng)時(shí)間才可能波及到地表，但是隨著保護(hù)煤柱的風(fēng)化，采空區(qū)頂?shù)装宓闹饾u破裂等多種內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力的作用下，可能會(huì)發(fā)生地裂縫、地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害。溶洞區(qū)現(xiàn)亦未見(jiàn)明顯地表變形，由于該區(qū)在歷史上未有大的人類活動(dòng)影響，隨著廠區(qū)建設(shè)，溶洞頂板必將逐漸破裂，形成地裂縫、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

4物探勘查成果

4．1物探工作方法勘查區(qū)物探勘查主要采用瞬變電磁法，該方法為近十年發(fā)展起來(lái)的一種地球物理方法。在正常情況下，采空塌陷區(qū)通常都比正常巖層含有更多的水分，與圍巖之間存在視電阻率差異，在地面上借助人工方法建立的電場(chǎng)，采集不同深度的視電阻率數(shù)據(jù)，來(lái)反映不同深度地質(zhì)體的地電信息。通過(guò)條件試驗(yàn)獲取已知采空塌陷區(qū)視電阻率參數(shù)，并以此解釋采空區(qū)變化情況。本次電法勘探對(duì)象，符合直流電法探測(cè)的物性前提。

4．2物探工作量根據(jù)委托方的要求分別以3號(hào)及379號(hào)為中心布設(shè)40m×40m的正方形勘探區(qū)，每個(gè)勘探區(qū)勘探面積1600m2，共布置18條測(cè)線，點(diǎn)距為3m，線距為5m，完成瞬變電磁法測(cè)點(diǎn)252個(gè)。測(cè)線點(diǎn)位采用地質(zhì)羅盤控制方位，結(jié)合皮尺量距布置，每個(gè)測(cè)點(diǎn)用木樁標(biāo)記。采用EMRS-3微機(jī)電磁勘探儀逐點(diǎn)勘探。4．3物探勘查成果A區(qū)9條線均發(fā)現(xiàn)明顯的高阻異常，異常區(qū)面積約1275m2;B區(qū)9條測(cè)線均發(fā)現(xiàn)明顯的高阻異常，異常區(qū)面積約673m2。

5鉆探驗(yàn)證及成果

5．1鉆探方法鉆探工作是本次勘查工作的重點(diǎn)之一，其目的是對(duì)物探圈定的異常體范圍進(jìn)行驗(yàn)證。采用清水鉆進(jìn)，填土層中采用套管護(hù)壁，觀察記錄鉆探過(guò)程中的漏水情況。

5．2鉆孔布設(shè)與目的根據(jù)最初的物探結(jié)果，對(duì)物探確認(rèn)的明顯異常中心和較為模糊的異常邊界部位共計(jì)布設(shè)了7個(gè)鉆孔，詳細(xì)查明勘查區(qū)內(nèi)的地基地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特征，進(jìn)一步掌握采空區(qū)的要素。

5．3鉆探結(jié)果

5．3．1A區(qū)鉆探結(jié)果分析A區(qū)共布設(shè)并施鉆11個(gè)鉆孔，最初布設(shè)4個(gè)孔位于物探范圍之內(nèi)，孔號(hào)為A1～A4，4個(gè)鉆孔全部掉鉆，之后在物探區(qū)之外布設(shè)A5～A11等7個(gè)鉆孔，其中A9號(hào)孔在灰?guī)r處漏漿，漏漿后再不返水，A10號(hào)孔見(jiàn)溶洞充填物，充填物成分為粘土及砂巖、灰?guī)r碎塊，厚度2．5m，A11號(hào)孔掉鉆，全部掉鉆孔中掉鉆落距最大4．0m(為建材太原地質(zhì)勘查院原詳勘3號(hào)孔)，最小0．5m(A4號(hào)孔)，平均約1．8m，掉鉆同時(shí)伴隨孔內(nèi)泥漿全部漏失，且孔口存在吸風(fēng)現(xiàn)象。

5．3．2B區(qū)鉆探結(jié)果分析B區(qū)共布設(shè)11個(gè)鉆孔，實(shí)際施鉆9個(gè)鉆孔，驗(yàn)證孔的鉆探情況，與物探異常區(qū)的性質(zhì)相一致，由于異常區(qū)有向物探區(qū)之外延伸的趨勢(shì)，在物探范圍之外再次布設(shè)了8個(gè)驗(yàn)證孔，作為對(duì)采空區(qū)邊界的控制。通過(guò)本次鉆探驗(yàn)證使采空區(qū)的性質(zhì)、埋深得以確定，局部邊界得到了確定。同時(shí)確定9號(hào)煤層厚度接近4．0m，為可采煤層。

6勘查綜合分析與評(píng)價(jià)

本次勘查成果分析，由于本場(chǎng)地溶洞規(guī)模大、埋深淺將溶洞參照采空區(qū)特征進(jìn)行分析。

6．1勘查綜合分析與結(jié)論通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等三個(gè)手段的綜合勘查，按照三個(gè)勘查手段得到的結(jié)論進(jìn)行相互反復(fù)對(duì)比分析與綜合研究，最終依據(jù)物探解譯資料，及鉆探成果對(duì)空洞區(qū)邊界進(jìn)行了圈定?？辈閰^(qū)內(nèi)按區(qū)域分為A區(qū)、B區(qū)，首先采用物探確定了物探區(qū)的空洞范圍，通過(guò)驗(yàn)證鉆孔確定了空洞的性質(zhì)、規(guī)模?？辈閰^(qū)A區(qū)為巖溶空洞?？辈閰^(qū)B區(qū)為采煤空洞。

6．2采空區(qū)要素與空洞體體積估算

6．2．1A區(qū)溶洞要素根據(jù)鉆探成果，本勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的要素如下:埋深及標(biāo)高:地表埋深35．0m～38．5m，標(biāo)高:752．28m～747．2m。礦層采厚:0．5m～4．0m，平均1．8m。礦層頂板及特征:砂泥巖，厚度20．5m～22．0m。采深采厚比:21．4。空洞率:根據(jù)鉆探結(jié)果，溶洞掉鉆孔全部吸風(fēng)，判斷為連續(xù)空洞，取值100%。冒落塌陷率:根據(jù)地表變形和鉆探揭示，地表未見(jiàn)塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的100%左右。

6．2．2B區(qū)采空區(qū)要素根據(jù)鉆探成果，本勘查區(qū)內(nèi)采空區(qū)的要素如下:埋深及標(biāo)高:地表埋深33．7m～39．0m，標(biāo)高:752．3m～746．7m。礦層采厚:1．0m～3．6m，平均1．9m。礦層頂板及特征:砂泥巖，厚度16．3m～17．5m。采深采厚比:20?；夭陕?根據(jù)調(diào)查及鉆探結(jié)果，本區(qū)9號(hào)煤層為小窯破壞區(qū)，回采率約40%。冒落塌陷率:根據(jù)地表變形和鉆探揭示，地表未見(jiàn)塌陷，即采空空洞剩余未充填的體積為采空空洞的95%左右。

6．2．3采空區(qū)(溶洞)處治方案建議由于該場(chǎng)地地面建筑物為廠區(qū)各裝置，為確保建筑物的安全，本報(bào)告建議采用全充填注漿法對(duì)溶洞及采空區(qū)進(jìn)行治理。全充填壓力注漿法。在地表施工鉆孔，鉆孔深度達(dá)到采空底板，將注漿管密封在煤礦采空區(qū)上覆巖層中，采用泥漿泵，將漿液注入采空塌陷區(qū)和其上覆的巖層裂隙帶中，漿液的結(jié)石體阻止上覆巖層及地表的進(jìn)一步變形，從而達(dá)到治理采空區(qū)之目的。此方案優(yōu)點(diǎn)是:施工簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理;缺點(diǎn)是:施工周期長(zhǎng)，材料用量較大。

作者：崔玉成單位：山西晉城路橋有限公司