小煤窑采空区工程地质勘察的几点认识.pdf

2 0 0 6年第 4期 科技 交流 总第 1 5 2期 小煤窑采空 区工程地质勘察 的几 点认识 李 景山 铁道第一勘察设计院地质路基处西安7 1 0 0 4 3 摘要通过对在包西线初测过程中遇到的米家园子小煤窑采空并对其所作的工作， 提出在小煤窑采 空的工程地质勘察中的几点认识． 关键词 小煤窑采空地质勘察认识 1 引言 小型采空也称人为坑洞， 是人们为了 各种 目的在地下挖掘后遗 留下来 的洞穴． 它一般是手工或小型机械开挖 ， 采空范围 窄， 开采深度浅， 无规划， 少支撑， 年代久远 的有不同程度的坍塌． 小煤窑采空是目前 铁路工程中最为常见的一种人为坑洞． 做 好小煤窑采空区的地质勘察基础资料， 为 施工方案设计和施工工艺的确定提供主要 依据． 2 对小煤窑采空区工程地质勘察的 几点认识 2 ． 1 小煤窑采空区的地质勘察概述 小型采空区的勘测过程中， 由于小型 采空的巷道很不规则 ， 且一般历史较久远， 痕迹较模糊 ， 因此勘察难度很大． 小型采空区一般均未进行过专门的地 质勘察 ， 开采 也没有规划 ， 搜巢资料十分困 难， 主要应做好向当事者或者当地居民和 有关方面的调查访问． 其主要 内容是 矿层 的分布范围， 开采的深度、 厚度和方法， 开 采和停采年限 ， 主巷道的位置 、 大小 、 断面 尺寸、 衬砌情况和采空区的分布 、 塌落 、 支 撑 、 回填情况 ， 以及开采时地下水变化情况 ． 3 0 ． 和开采计划， 今后规划等。 若通过搜集资料、 调查访 问和地质测 绘 尚不能查 明坑洞有关情况时 ， 应根据具 体情况， 选用不同方法进行勘探． 勘探的方 法有小型勘探 、 动探 、 物探和钻探 等． 勘探 深度应大于预计 的采空埋藏深度． 2 ． 2 小煤窑采空区的工程地质勘察步骤 2 ． 2 ． 1 准备工作 资料收集． 收集线路经过煤矿及临近 煤矿的地质资料， 掌握区域地质构造特征 和地层层序， 重点了解含煤地层的分布特 点和埋藏深度， 分析小煤窑采空可能出现 的区段， 结合线路方案去定调查范围． 2 ． 2 ． 2 调查访 问 采用从粗到细 ， 由浅到深 ， 由宏观至微 观的顺序， 层层访问， 细致的掌握各小煤窑 开采和废弃的情况， 并反映在图上， 作为线 路走向方案研究 的依据． 2 ． 2 ． 3 调绘 、 物探 、 钻探验证 1 地质调绘 首先逐个落实小煤窑 窑 位置 ， 罚绘在 i ／ 2 0 0 0的地形 图上 ， 对 影响线路的窑 口则用经纬仪测绘 ， 同时对 控制线路方案的的地段做进一步的补充调 查， 落实采空及地面变形情况， 配合纸上定 线 ， 稳定线路方案． 2 物探验证 采用高密度 电法 、 高密 度 G D S测深 、 瞬变电磁法等各种先进物探 手段， 基本查明小煤窑采空的范围、 分布、 维普资讯 2 0 0 6年第4期 科技交流 总第 1 5 2期 埋深， 并勾画采空范围在 1 ／ 2 0 0 0图中． 3 钻探验证 在调绘 的基础上 ， 布置 适当的钻孑 L ， 以验证调查资料， 钻孑 L 均结合 工程进行布设， 从而基本掌握调绘区域的 地质构造、 底层层序、 可采煤层层数、 厚度 变化 、 埋藏深度和采空情况 ， 为调绘区域的 稳定性评价提供可靠的依据． 2 ． 2 ． 4 分析、 整理采空区基本特征 依照收集到的区域地质资料、 调查访 问资料、 钻探成果资料、 物探成果资料等相 关资料进行分析整理， 掌握小煤窑煤层的 埋藏深度， 进行稳定性分段， 掌握调绘区域 地段煤层的埋深、 厚度及分布规律， 查清小 煤窑的采空情况． 2 ． 3 工程地质勘察概况 该工点位于陕西省榆林市鱼河镇米家 园子村附近， 为榆溪河左岸黄土梁前缘斜 坡地带 ， 增建二线位于既有线左侧 ， 与既有 线线间距 7～1 2 m， 线路 多以挖方通过 ， 挖 方最大高度约 1 0 m； 局部填方， 填方高度 3 ～ 5 m． 路 基起 讫 里 程 为 C K 3 8 31 1 0～ C K 3 8 41 3 0 ， 长度 1 0 2 0 m， 工点处通 过一 古小煤窑采空区， 既有线通过采空区长度 约2 8 0 m 根据已收集到的竣工文件 ， 已 做注浆处理， 目前既有线路运营良好． 工点 位于米家园子村靠山侧， 临近2 0 4国道， 交 通较便利． 2 ． 4 小煤窑采空区情况概述 米家园子小煤窑沿线路为 C K 3 8 2 1 0 0～C K 3 8 5 2 0 0 ， 长度约 3 1 0 0 m． 根据调 查访问， 为当地老乡开采生活用煤， 5 O年 代有过开采， 6 O ～ 7 O年代煤窑为生产队所 有 ， 8 O年代初 有私人联合开采 ， 约近 2 O年 没有开采 ， 原共有 7个洞 口， 6个为竖井 ， 1 个为平洞 ， 竖井深 2 5～3 0 m， 平洞长 8 O一 1 5 0 m， 煤层一般厚 3 0～ 4 0 e m， 矿洞高 6 O～ 7 0 c m， 以半卧式为主要开 采方式， 无方 向 性 ， 顺煤层挖掘， 矿渣多回填在洞内． 无地 下水， 局部有渗水现象． 目前， 井口多回填， 部分现为水井， 小煤窑地面多为房屋， 地面 没有变形． 该工点范围内有两个古煤窑井 口， 分别在 C K 3 8 3 3 2 8右 8 5 m； C K 3 8 3 6 0 8右 1 7 1 m， 均 为竖井 ， 目前井 口已改为 水井， 水位埋深大于 2 0 m ． 故该处小煤窑采 空 区为古煤窑采空区。既有线在施工过程 中， 对该段通过采空区长度约 2 8 0 m 根据 已收集到的竣工文件 的路基宽度内的采 空区进行了灌浆处理， 目 前运营良好． 2 ． 5 地层岩性及工程地质特征 工点范围内大部分为第四系地层覆 盖， 仅在沟心及斜坡陡坎处有基岩出露． 从 地质调查和钻孔揭示， 出露地层有第四系 全新统 人工填筑 土 Q 、 风积细砂 Q ， 上更新统风积砂质黄土 Q ， ， 中更新统风积砂 黏 质黄土 Q ” ， 基岩 为侏罗系中下统砂岩夹泥岩 J S * M s 及 煤层 J 。 _ 2 C b ． 2 ． 6 水文地质条件及地震动参数 工点内未见地表水． 地下水为第四系 孑 L 隙潜水及基岩裂隙水， 主要受大气降水 补给， 排泄以地面蒸发和地下渗流为主． 地 下水位埋深大于 2 0 m， 据附近水质分析报 告， 地下水水质良好， 对圬无侵蚀性。最大 土壤冻结深度 1 5 0 c m． 据 中国地震动参 数区划图 G B 1 8 3 0 6 --2 0 0 1 ， 地震动峰值 加速度为 0 ． 0 5 g ， 动反应谱特征周期为0 ． 3 5 g ． 相当于地震基本烈度为六度． 2 ． 7 钻探成果 该古煤窑采空区开采无规律， 加之年 代久远， 局部可能已有坍塌． 根据调查及物 探资料 ， 我们选择物探异常的地段进行 了 钻探验证， 共布钻孑 L 1 3 5 ． 2 0 r n ／ 3孑 L ， 钻孑 L 揭示煤层 底板标高在 9 7 1 ． 8 0～9 7 6 ． 8 0 m， 煤层厚 0 ． 3 00 ． 5 0 m， 但 与物探有 出入。 ． 31 ． 维普资讯 2 0 0 6年第4期 科技交流 总第 1 5 2期 物探判释采空区标高在 9 7 0 9 8 0 m， 分析 认为， 标高 9 8 0 m以下到煤层顶板， 可能为 松动层或基岩裂隙发育地段， 为确保铁路 运营的安全， 也应当按采空区处理． 2 ． 8 物探成果 本次勘察采用调查、 多种物探 包括 高密度电法、 高密度 G D S 测深、 瞬变电磁 法 为主， 钻探验证为辅的手段， 初步查明 了小煤窑采空的分布． 根据物探电法实测资料分析， 在小煤 窑非采空区， 基岩较为完整， 高密度视电阻 率值、 瞬变电磁视电阻率值都相对较高， 等 值线一般表现为水平状分布， 高密度 G D S 曲线变化较为平缓； 在小煤窑采空区， 由于 本工区地下水位较高， 煤层采空后造成巷 道进水及潮湿， 其电性表现为低阻异常， 高 密度视电阻率值、 瞬变电磁视电阻率值在 水平方向上有较为明显变化， 高密度 G D S 曲线呈锯齿状． 物探资料出现多处低阻异 常， 反映本区采空较为严重． 通过对所绘制 的测深曲线、 高密度视电阻率等值线图、 高 密度 G D S曲线图和瞬变电磁视电阻率等 值线图的综合分析， 初步推断小煤窑采空 区的分布范围、 埋藏深度和延伸方向． 1 C K 3 8 31 0 0～ 1 1 5段 为采 空 区， 采空区标高在 9 7 5 m左右 ； 2 C K 3 8 31 6 5～1 8 5段为采空 区， 采空区标高在9 8 0 m左右； 3 C K 3 8 3 2 4 0～3 1 0段为采空 区， 采空区标高在9 8 0 m左右； 4 C K 3 8 34 0 5～ 4 2 0段 为采 空 区， 采空区标高在 9 8 0 m左右； 5 C K 3 8 35 5 0～7 1 0段 为采 空 区， 采空区标高在9 7 0 m左右； 6 C K 3 8 37 6 5～ 7 7 5段 为采 空 区， 采空区标高在9 7 0 m左右； 7 C K 3 8 38 9 0～C K 3 8 40 2 0段 为 32 ． 采空区， 采空区标高在 9 7 0 m左右． 2 ． 9 分析判定 该处采空为古煤窑采空， 古代开采无 规律 ， 随意性大 ， 采空 范围难 以界定 ， 加之 年代久远， 坍塌严重． 综合钻探、 物探、 调查 访问及既有竣工资料分析， 采空区范围沿 线路为 C K 3 8 3 1 0 0一C K 3 8 4 4 - 1 3 0 ， 采空 区埋深 3 0～ 4 0 m， 顶板高程 9 8 0 m， 底板高 程 9 7 0 m， 采空的煤层厚度为 O ． 3 OO ． 5 0 m， 最大厚度约 1 m， 松动层或基岩裂隙 发育段落厚 4 ． 0～ 8 ． 0 m， 采空率约为 3 O～ 4 O ％； C K 3 8 35 5 0一 7 1 O段 、 C K 3 8 3 8 9 0一 C K 3 8 4 0 2 0段采空规模较大， 采空 率约为6 0 7 0 ％。依据 铁路工程地质手 册 有关小型采空区稳定性分 区评价标 准， 该处古煤窑采空区顶板基岩厚度多小 于 3 0 m， 稳定性分区为 I 一可 能塌 陷区， 需 做工程处理． 3 结束语 经过此次包西线初测、 米家园子采空 路基的地质勘察， 基本了解了小煤窑采空 区勘察的步骤与方法， 归纳后有以下几点 在小煤窑采空勘察的中需要注意的问题 1 重视 区域 资料 和矿 区 资料 的收 集 ， 主要是区域地质报告和图件、 煤田矿区 详查报告和图件、 煤层地板等高线图、 采区 规划 图、 已采巷道平 面图、 钻孔柱状图等． 2 针对拟定 的各线路方案， 进行区 域性大面积调查， 查明底层岩性、 煤层分 布、 矿区、 井口位置、 采空边界等， 一填绘 于图件上． 3 重视采空变形调查和综合资料分 析 ， 先访问 ， 后实地试验 ， 目的性要强． 采空 区内地貌凌乱是重点调查对象， 记录变形 范围、 变形程度、 综合各种资料， 分析引起 变形程度差异 的原 因． 维普资讯 2 0 0 6年 第 4期 科技交流 总第 1 5 2期 4 对古空区、 以访问为主。由知情 者到现场指点坑口 位置、 巷道方向、 开采层 埋深、 采掘巷道长度、 巷道端面等， 注意绘 出边界， 以免离开后记忆不清． 5 在调查访 问时， 要 注意调查 地表 变形和建筑物的变形 ， 及时发现． 参考文献 【 1 ] 刘双进 - 铁路工程地质实例西北及相邻地区分册 - 北京 中国铁道出版社， 2 0 0 2 [ 2 ] 铁道部第一勘测设计院 - 铁路工程地质手册 北京 中国铁道出版社， 1 9 9 9 维普资讯