２０１３年第５期 西部探矿工程 ｌ４５ 辽宁省本溪市东山采空区建筑场地适宜性分析 程胜楠 ，戴明樾 ，程积毅 （１．辽宁省第八地质大队，辽宁本溪１１７０００；２．辽宁省第十一地质大队，辽宁葫芦岛１２５０００） 摘要：通过对辽宁省本溪市溪湖东山采空区地表建筑场地的适宜性分析，对采空区地表进行工程建 设提出相应的防治措施及建议。 关键词：采空区；建筑场地适宜性；防治措施 中图分类号：Ｐ６４２文献标识码：Ｂ文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２Ｏ１３）Ｏ５一Ｏ１４５一Ｏ３ 随着国家经济建设的快速发展，我国的土地资源愈 该建设项目地貌单元为剥蚀低丘陵，地形起伏较 来愈珍贵，而采空区地表土地资源的利用问题已成为建 大，场地总体地势北高南低；场地出露的地层由第四系、 筑工程施工、建筑结构设计中重要的问题之一。在已有 二叠系下石盒子组及山西组、石炭系太原组及本溪组组 采空区地表进行工程建设，涉及建筑物基础与地基稳定 成；本区地震基本烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度 性、建筑物的抗变形能力等问题。 ０．１０ｇ；水文地质按埋藏介质可分为３种类型；松散岩类 辽宁省本溪市具有煤铁之城的美名，其地下煤田资 孔隙水、岩石风化裂隙水及碳酸盐裂隙岩溶水；破坏地 源非常丰富。据史料记载，本溪市煤田自明清时代就有 质环境的人类工程活动影响较强烈。 “古窑”开采煤炭活动，１９０５年，日本人大仓喜八朗开办 ２地下采空区的分布 本溪湖大仓煤矿，至今已有数百年的历史。煤炭开采在 为了查明研究区场地的采空区分布、塌陷及地面不 本溪溪湖等地区留下了地下采空区、采空回填区、开采 均匀沉降等特征，收集了大量的地球物理勘探资料，并 巷道等隐患。在采空区地表进行工程建设，由于建筑物 结合实地钻探资料综合分析。 荷载的作用，有可能使原来处于相对平衡状态的采空区 地下采空区主要分布在２个区域，一区位于该项目 的岩体重新“活化”，使地下所残留的空硐再次冒落，导 的东部３４＃～３７ 与４２＃～４４ 住宅楼，建设场地的采 致地表及周围的拟建物产生附加移动、变形及裂缝的形 空区产状较陡，走向为北东５０。～７０。，倾向南东，倾角一 成。进而使新的建筑物产生地面沉降、局部裂缝、楼体 般为２５。～５０。，上部缓，下部较陡，采空区底板高程多在 倾斜等地质灾害。因此，有必要对老采空区建筑物地基 ８０．０￣１５０．０ｍ之间。勘察施工过程中３５ 楼建设场地 的稳定性评估及其变形破坏规律进行进一步的研究工 的ＺＫ６号钻孔在埋深９．０～１１．０ｍ（高程１４２．６７～ 作。对老采空区建筑物地基的处理及已回填的采空区 １４４．６７ｍ）处、３５ 楼与３．６ 楼之间建设场地的ＺＫ３号 上部进行新建筑物的布置、变形结构设计等都具有重要 钻孑Ｌ在埋深２３．Ｏ～２ ５．５ｍ（高程１４２．６７～１４５．１７ｍ）处 的理论和实际运用的价值。现结合本溪市溪湖东山采 和３６ 楼建设场地ＺＫ７号钻孔在埋深３５．０～３６．２ｍ 空区地表建设情况，对煤矿采空区地表建筑场地适宜性 （高程１１３．５９～ｌ１４．７９ｍ）煤层被采空，形成地下采空 进行分析。 区，钻孑Ｌ揭露采空区高度分别为２．０ｍ、２．５ｍ及１．２ｍ； １工程设计及地质概况 二区位于该项目的中东部２３＃、２６ 住宅楼建设场地采 该项目位于本溪市溪湖区河沿，拟建筑物为４Ｏ栋 空区，产状相对较缓。走向为北东７０。～９０。，倾向南东， 住宅楼及配套设施，其中：一期工程为１９栋住宅楼，编 倾角一般为１Ｏ。～１５。，采空区底板高程多在１３０．０～ 号１＃～１９ ，均为６层；二期工程为１５栋住宅楼，编号 １５０．０ｍ之问。其中２３ 楼建设场地ＧＫＲ２２号钻孔埋 ２０ ４２６＃、３４ －－４１＃、均为６层；还包括西侧的８８＃、 深３．０４４．５ｍ（高程１４７．５Ｏ～１４９．００ｍ）处、ＧＫＲ２４号 ８９ 和９７ ３栋１１层、东侧４２＃～４４ ３栋ｌ７层住宅楼 钻孑Ｌ埋深２．Ｏ～６．０ｍ（高程１４６．６～１５０．６ｍ）处、２６ 楼 及附属配套设施。 建设场地ＧＫＲ２５号钻孔埋深７．６～９．６ｍ（高程 ＊收稿日期：２０１２一ｌ１一Ｏ１ 第一作者简介：程胜楠（１９８４一），女（汉族），辽宁本溪人，助理工程师，现从事岩土工程勘察、地质灾害评估等工作。 １４６ 西部探矿工程 结构及其工程地质性质； （２）上覆第四系的厚度与含水性； ２０１３年第５期 １４３．６～１４５．６ｍ）煤层被采空，形成地下采空区，钻孔揭 露采空区高度分别为１．５ｍ、４．Ｏｍ和２．Ｏｍ。 以上资料表明，拟建场地的东部及中东部的太原组 ７层及８层煤已被采空。 ３ 采空区活化对建筑物稳定性的影响因素分析 ３．１地下水活动对采空区的影响 （３）采空区高度及采空区顶底板产状； （４）煤田开采及顶板管理方式； （５）矿区停采年限； （６）停采后矿区进行回填质量，建筑物对地面的承 载力大小。 采空区“活化”的影响因素较多，针对本研究采空区 场地主要应考虑水文地质条件的变化。研究区水文地 质按埋藏介质可分为３种类型：松散岩类孔隙水；岩石 其影响综合为：浅埋藏、第四系厚度大并含有较大 的地下水、采空区厚度大、采空区顶底板产状平缓、采用 风化裂隙水；碳酸盐裂隙岩溶水。拟建工程基础高于本 区浸蚀基准面，其基础部位地层中含水微弱。地下水的 补给方式主要为大气降水，水位随季节变化而有所波 动，变化幅度约１．５～２．Ｏｍ。丰水期地层浅部含少量岩 溶水，地下采空区为饱水状态，地下水水位高，在一定程 度上缓解了地面沉降的速度。未来期间如果有研究区 及其附近开采、抽取地下水，导致地下水水位下降，则会 破坏现有地应力场地的平衡，将可导致采空区的“活 化”，地表下沉加剧、加速、对拟建建筑物产生危害。 ３．２地质构造对采空区“活化”的影响 该区大地构造位于中朝准地台，胶辽台隆，太子 河一浑江台陷，辽阳～本溪凹陷的中部。场址及周围地 层呈单斜状产出，地层产状为倾向南，倾角２８。～３５。。 场地分布有２条断层，均为平移断层。１号平移断层， 水平断距约３３０ｍ，倾向南西，倾角６０。～７０。。２号平移 断层，水平断距约５５０ｍ，倾向南西，倾角６Ｏ。～７，５。。地 震基本烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度０．１Ｏｇ。地质 构造对采空区“活化”具有一定的影响。 ４地面沉（塌）陷的影响因素及其规律 依据钻探、浅层地震的反射波法、瑞雷面波法等地 球物理勘探手段进行分析，建设场地地下采空区主要与 石炭系太原组内的７、８层可采煤层的分布吻合。该煤 层直接出露于地表的和埋深较浅区区域，在日伪时期 （２０世纪４０年代）已被无序开采。浅表部位以露天开 采为主，采后便已回填。形成了回填土较厚的条带状区 域；埋藏略深的区域以地下开采为主，由于当时煤田地 质资料、煤炭开采技术以及矿产资源管理等缺乏，场地 区的采空区、巷道及探井等分布凌乱、无记载。露天开 采及井下开采区域，在开采后２ｏ世纪５０￣６０年代已建 设了低层建筑，为本项目改造工程的拆迁对象，现已全 部拆除。据本溪市溪湖区河沿棚户区改造工程地质灾 害危险性评估资料，场地内采空区地质灾害类型为地面 沉（塌）陷地质灾害。 ４．Ｉ地面沉（塌）陷地质灾害的影响因素 （１）地面以下至采空区顶板地层岩石的厚度、组成 走向长臂全部垮落法管理顶板及停采时间较短的开采 区域易产生地面变形与地面沉（塌）陷。 ４．２地面沉（塌）陷规律 参考《本溪矿区采煤沉陷情况报告》本溪市溪湖东山 沉陷区地层属倾斜地层，煤层顶板及上覆地层岩性多为 砂岩、砾岩、砂页岩和页岩组成，属于中硬性上覆岩。采 用长臂全陷开采后，上覆岩层表现出典型的垮落带、断裂 带和弯曲带的“三带”变形特征。其垮落带高度值为煤层 开采厚的１．４３～２．７９倍，断裂带为煤层开采厚的１５．６～ ２９．７倍。地面变形可划分为初始期、活跃期和衰退期，初 始期一般延续时间为１～５个月，活跃期延续时间一般为 ３～１０个月，衰退期延续时间１～３年，地面变形的总延续 时间为３．５～５．５年。煤田采空区的地表最大沉降量、倾 斜位移和水平位移变形量参数计算见表１。 该项目的沉陷区改造工程进行了地面整平，拟建设 ４Ｏ栋楼房及附属建筑和多条道路。增加了地面静、动 荷载，增加了产生地面沉（塌）陷地质灾害的可能性和危 险陛。依据该区地质环境条件、采空区顶板埋深及厚度 和工程建设规模，对工程建设后的采空区产生地面沉 （塌）陷地质灾害的可能性及危险性按照上面的参数进 行计算分析，该区的地面稳定性及建筑物的稳定性分析 结果如下： （１）采空区顶板埋深小于ｌＯｍ及顶板岩层（中风 化）厚度小于６．Ｏｍ的区域。即东部３４＃、３５＃、３６ 楼和 中东部２３＃、２６ 楼建设区，地面稳定性差，有产生地面 沉（塌）陷地质灾害的可能，危险性大。 （２）根据资料推断，采空区顶板埋深大于ｌＯｍ及顶 板岩层（中风化）厚度大于６．Ｏｍ，至顶板埋深小于 ５０．Ｏｍ的采空区域。即东部３７＃、４３ 和４４ 楼建设区， 地面稳定性较差，有产生地面沉（塌）陷地质灾害的可能 性，其危险性中等。 （３）采空区顶板埋深大于５０．Ｏｍ的，地面稳定性 好，产生地面沉（塌）陷地质灾害的可能性较小。但建设 中、小层住宅楼后，有产生地面沉（塌）陷地质灾害的可 能性及危险性。根据资料推断，东部４２ 楼建设区，顶 ２０１３年第５期 西部探矿工程 １４７ 最大下沉值 ％ （ｍｍ） ４ １０ Ｏ．４８ 加∞黜 ∞咖∞∞猢加∞黜 Ｏ．４８ ｑ一 １．９２ ４８０４ ．２．０ ４ １Ｏ ０．１９２ ０．０８ ０．Ｏ２ ２．０ ２．０ ２．０ ２５ １００ １Ｏ ２５ 最大倾斜值 ｒｎ （ｒａｍ／ｍ） １Ｏ ／ｒ Ｏ．４８ ０．１９ ０．０５ ２．０ ２．０ １００ ０．３０ Ｏ．Ｏ９ Ｏ．Ｏ４ 最大水平 变形值 （ｒａｍ／ｍ） ４ １Ｏ ０．３Ｏ 虬０．３０ Ｏ．３Ｏ ｓｚ． ・ ． ０．Ｏ９ Ｏ．Ｏ２ Ｏ．５８ ６’ 最大水平移动 值 （ｒａｍ） ４ １０ Ｏ．３Ｏ Ｏ．３Ｏ １．４４ ５采空区地表建筑场地适宜性分析及防治措施 ５．１建设场地适宜性分析 低层建筑物。 ５．２防治措施 （１）采空区顶板埋深小于ｌＯｍ及顶板岩层厚度小 于６．Ｏｍ的区域，属工程建设适宜性差区。建议采用桩 基础，桩基深度要达到采空区底板的适宜持力层中。 （１）建筑物的下部及其影响范围内，严禁残煤开采 及其它采掘活动。 （２）采空区顶板埋深大于ｌＯｍ及顶板岩层厚度大 于６．Ｏｍ，至顶板埋深小于５０．Ｏｍ的区域，属工程建设 不适宜性区，建议避让。如需要在此建设，建议采取回 填和注浆处理。 （３）采空区顶板埋深大于５０ｍ的采空区域，属工程 建设基本适宜区。建议采用天然地基、筏板基础，建筑 （２）在建筑物的影响范围内，严禁开采地下水。 （３）该建设项目要以低层建筑为主，并适当降低建 筑物的密度。 （４）采用桩基础、筏板基础及充填加固地下采空区 域。 （５）建立地面沉降动态观坝４站，定期观测其动态变 化，发现问题及时采取措施。 （上接第１４４页） 参考文献： （２）矿区内的镁质超基性岩分异良好，具有同质同 源和共同经历自变质作用的特征，均已蚀变为纤维状蛇 ［１］毛景文．北祁连西段金属矿床时空分布规律与成矿环境 ＿Ｊ］．地质学报，１９９９，７３（１）：７３—８２． 纹石。具有相同的成矿机理和相同的高磁、高激化的地 球物理特征。磁异常极值多为８００￣１０００ｎＴ，尤其应该 引起注意的是２号超基性岩，磁异常强度大，极值为 ［２］吴汉泉．北祁连山中段早古生代双向俯冲一碰撞造山模式 剖析［Ｊ］．地球科学进展，１９９７，１２（４）：３１５—２３２． ［３］左国朝，吴茂炳．北祁连西段中元古代蛇绿岩的发现及其 地质意义＿Ｊ］．矿物岩石地球化学通报，１９９８，１７（２）：１１４— １１８． ３８００ｎＴ，岩体规模大，分布范围约１．３ｋｉｎ 。通过磁法 成果分析，磁性体厚度估计为９０￣２４０ｍ，并且伴随较好 的激电异常，具有良好的找矿前景，是寻找冶金级铬铁 矿极为有利地段。 Ｅ４］张招崇．北祁连西段早古生代构造演化史［Ｊ］．甘肃地质学 报，１９９９，８（１）：６－１３．