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采空区基本术语及相关概念 1.采空区定义地下固体矿产开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围。 2.采空区类型按采煤方法与顶板管理方法分类按采煤深厚比分类按煤矿采空区形成和停采的时间分类按煤层倾角分类采空区基本术语及相关概念 3.影响地表变形的主要因素采空区基本术语及相关概念 4.覆岩采动破坏的垂直分带弯曲下沉带裂隙带跨落带采空区基本术语及相关概念 5.地表移动盆地水平煤层采空区地表移动盆地形态曲线倾斜煤层采空区地表移动盆地形态曲线急倾斜煤层采空区地表移动盆地形态曲线采空区基本术语及相关概念 6.地表移动变形参数（两变形、三参数）竖向位移水平位移地表倾斜地表曲率水平变形采空区基本术语及相关概念 7.地表移动盆地边界相关的术语地表移动盆地边界移动盆地的最外边界：以地表移动和变形都为小于等于10mm为界限的盆地边界点所圈定的边界移动盆地的危险移动边界：以盆地内地表移动与变形对建筑物有无危害而划分的边界。目前我国采用的一组临界变形值为：i=3mm/m ε=2mm/m K= 移动盆地的裂缝边界：以移动盆地最外侧的裂缝圈定的边界边界角≤移动角≤裂缝角采空区基本术语及相关概念 7.地表移动盆地边界相关的术语圈定地表移动盆地边界的角值参数边界角：在充分采动或接近充分采动的条件下，以下沉值为10mm的点作为边界点，边界点至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。移动角：在充分采动或接近充分采动的条件下，分别求出移动盆地外边界：i=3mm/m ε=2mm/m K= 裂缝角：在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地内最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角提要煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一章煤矿采空区勘察技术第二章煤矿采空区治理工程设计第三章煤矿采空区治理工程施工技术第四章煤矿采空区治理工后监测技术第五章工程实例煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术接收委托现场踏勘、编制勘察技术大纲工程地质调查与测绘地球物理勘探钻孔探查验证地表位移监测岩土体物理力学性质测试建立采空区三维工程地质模型地表残余变形量预计残余空洞估算稳定性评价危害性评价及防治措施建议采空区失稳与破坏模式分析煤矿采空区勘察技术路线第一节工程地质调查与测绘 1 采矿情况调查第一章煤矿采空区勘察技术（1）调查采空区的范围、形状大小、埋深情况等空间几何特征；（2）调查煤矿开采的历史沿革、开采时间、采矿方法、顶板管理方法、煤柱留设情况等采矿条件；（3）调查工作面的布设，工作面尺寸与推进速度，采空后岩移与地表变形的时空关系；（4）调查该矿开采规划与地表拟建工程空间关系；（5）搜集相关采矿资料等。大煤矿实际开采往往与设计图不符！小煤矿存在先开采后设计的问题！第一节工程地质调查与测绘采空区调查表煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术第一节工程地质调查与测绘 2 地表变形情况调查第一章煤矿采空区勘察技术（1）收集矿区地表移动观测站的实测数据及分析报告。（2）地表塌陷、陷落特征及分布规律。主要包括塌陷坑、塌陷裂缝、塌陷台阶、塌陷盆地的范围等，分析地表变形与地下开采之间的关系。它是确定治理范围、稳定性评价的基础性资料。估算已发生的地表变形量，为残余变形量预计典型基础。第一节工程地质调查与测绘 3 采空区覆结构的初步认识第一章煤矿采空区勘察技术（1）收集矿区地质勘探报告（钻孔柱状图、剖面图及综合地质平面图构造图）。（2）收集矿区“三带”发育的实测或经验资料。第一节工程地质调查与测绘第一章煤矿采空区勘察技术（1）形成对采空区的总体认识；（2）明确主要工程地质问题；（3）初步建立起采空区的工程地质结构模型；第二节地球物理勘探 1 工程物探目的第一章煤矿采空区勘察技术（1）大尺度、宏观上圈定采空区的边界及影响范围；（2）是钻孔布设的依据，并为钻探成果的内插、外推提供依据；（3）从地层的物性资料研究该地区煤矿采空区对上覆岩层的影响；注意：由于各地采空区地层岩性、地质构造、采空区规模、埋深、采矿层数、采矿时间、塌陷与否、充水与否等因素不同，不能用一个探测模式应用于所有的采空区。第二节地球物理勘探 2 常用的物探方法及适宜性煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术第二节地球物理勘探煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术第二节地球物理勘探 3 物探成果的综合分析第一章煤矿采空区勘察技术（1）对物探成果解释判译时，应考虑多解性，区分有用信息与干扰信号；（2）应采用多种方法进行综合探测，进行综合判译，并应有已知物探参数或一定数量的钻孔验证；（3）工地质、岩土工程、物探工程师密切配合，制定分析方案。应以地质工程师为主导。第三节钻孔探查与验证第一章煤矿采空区勘察技术钻孔探查与验证的必要性：煤矿采空区勘察中，所有的地质测绘、采矿情况调查、各种物探方法所得出的结论，最终都要靠钻探结果来验证和控制，因此该部分内容是采空区勘察工作的关键点，也是难点（采空区覆岩复杂性、探查参数较难识别）。第三节钻孔探查与验证 1 钻孔探查的目的第一章煤矿采空区勘察技术（1）查明覆岩结构特征；（2）查明采空区的空间分布特征、几何形态、塌陷变形状况及顶底板埋深情况；（3）查明“三带”的控制埋深、具体高度和发育状况；（4）岩样采集及试验，为采动岩体强度及变形参数预测提供依据；（5）为孔中物探提供工作条件；第三节钻孔探查与验证 2 布置原则第一章煤矿采空区勘察技术（1）根据工程地质测绘资料确定；（2）根据物探异常确定；（3）根据地表变形观测资料确定；一般来讲，地质调查、采矿情况调查、物探异常与形变沉降中心重合的位置一定是采空区，只需布少量钻孔，而将多数钻孔布置在需要进一步验证和精细划分边缘带的位置。第三节钻孔探查与验证 3 钻孔施工煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术下伏采空区的钻探工程除了满足一般工程地质地层描述的要求外，要重点注意采空区及其“三带”的识别。（1）掉钻、卡钻、埋钻情况；（2）进尺快慢、孔口吸风、有瓦斯气体；（3）冲洗液消耗与漏失情况；（4）岩芯完整程度；建立适合该采空区“三带”划分的判别依据！！第三节钻孔探查与验证工程实例（黄陵某矿区老采空区勘察工程）煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术冒落带的判别依据： ①钻探冲洗液消耗量超过10m3/h，或突然全部漏失； ②岩取芯困难，RQD小于15； ③发生突然掉钻、卡钻等钻探事故； ④孔口发生吸风现象。上述①②为判断进入垮落带的主要依据。第三节钻孔探查与验证工程实例（黄陵某矿区老采空区勘察工程）煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术导水裂隙带的判别依据： ①钻探冲洗液消耗量变化很大，局部地段超过2m3/h； ②局部地段岩芯破碎，RQD小于25； ③发生卡钻等钻探事故。上述①②为判断进入导水裂隙带的主要依据。第四节采动岩体的工程地质分类及强度预测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术采动岩体结构：采动岩体结构是指岩体中采动次生结构面与结构体的排列组合特征，因此，采动岩体结构应包括两个要素或称结构单元，即采动次生结构面和采动结构体。也就是说不同的采动次生结构面与采动结构体之间，以不同方式排列组合形成了不同的采动岩体结构。对于采空区覆岩来讲，与原生沉积或构造结构面相比，采动次生结构及次生结构面对工程岩体稳定性的控制作用更为显著 1 采动岩体结构定义第四节采动岩体的工程地质分类及强度预测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术采动岩体工程地质分类：采动岩体结构类型与老采空区覆岩 “三带”的空间分布特征、岩体完整性紧密相关，故以老采空区覆岩“三带”发育高度和岩体完整性指数为主，对采动岩体结构类型进行划分具有易操作、符合实际、工程应用方便的特点。 “三带”发育高度钻孔探查验证、工程类比分析岩体完整性指数钻孔波速测试（单孔、跨孔）分类指标 2 采动岩体工程地质分类第四节采动岩体的工程地质分类及强度预测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 采动岩体工程地质分类采动岩体结构类型描述完整性指数 “三带”发育情况连续岩体结构主要结构面为层面，使得岩体呈层状结构特点，坚硬岩层和软弱岩层往往交互沉积，变形破坏时硬岩起控制作用，软岩随硬岩运动 > 弯曲下沉带；采场外侧采动影响范围以外的地层中等连续岩体结构坚硬岩层被有规律的几组结构面、裂隙切割成较大的结构体，块体间相互咬合、挤压～老顶、导水裂隙带中上部不连续岩体结构岩层被节理、劈理、裂隙等不规则结构面分隔，非均质各向异性～导水裂隙带底部及规则冒落带散体岩体结构岩体被多组结构面切割，呈碎块、颗粒状，各向异性体 < 不规则冒落带第四节采动岩体的工程地质分类及强度预测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 3 采动岩体强度及变形预测方法完整岩块的单轴抗压强度测试覆岩的完整性测试，岩体平均波速值确定换算为GSI值 M、S值估算强度及变形预测引入新广义HB岩体经验强度准则充分考虑埋深、三带发育范围冒落带：修正系数D取0 裂隙带范围：修正系数D取～弯曲下沉带：修正系数D取1。第五节建立采空区三维工程地质模型煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 1 所包含的工程地质信息（1）地形、地物，尤其是地表拟建工程的空间形态；（2）地层岩性、风化程度、构造特征等；（3）“三带”发育特征，各层岩土体物理力学参数（尤其是采动岩体的强度及变形参数）；（4）采空区的空间展布特征（平面、剖面形态）、残余空洞的分布；（5）地表残余变形量；第五节建立采空区三维工程地质模型煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 建模方法第一步：各种探查成果的归一化，也就是统一输入参数的格式；第二步：以MVS软件为平台，输入参数；第三步：模型的显示与校验。将实际工程地质剖面或切面与所所生成的模型剖面进行对比、验证及修正。非常直观地显示采空区的结构特征、以及采空区与拟建工程的关系第六节剩余变形量预计及剩余空洞估算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 1 剩余变形量预计剩余变形量基本沉降未结束的沉降量残余沉降量据《三下采煤规程》，连续6个月地表的下沉量<10mm，就被视为地表下沉基本结束。地表下沉基本结束后，破碎岩块间的微小空间经漫长的时间进一步密实后地表的下沉量剩余变形量：地表最终下沉量与预计前期已经发生的下沉量之间的差值第六节剩余变形量预计及剩余空洞估算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术残余变形量预计方法预计方法数值计算法结构力学法概率积分法典型曲线法剖面函数法有限元离散元边界元二维梁（板）柱模型三维无梁楼盖模型第六节剩余变形量预计及剩余空洞估算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 剩余空洞估算—采空区治理工程设计的重要依据长壁式开采所形成的老采空区，塌陷冒落充分，剩余空洞甚少，主要表现为冒落带岩块欠密实、离层裂隙等。部分开采（房柱式、条带式或巷柱式）所形成的老采空区，由于残留煤柱的支撑力并未完全丧失，大多存在很大的空洞，对地表建构筑物潜在的危害程度很高。因此剩余空洞体积估算是指部分开采所形成的老采空区中的残余空隙。第六节残余变形量预计及残余空洞估算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术采空区影响范围示意图（以榆神高速公路下伏煤矿采空区治理工程为例）第六节残余变形量预计及残余空洞估算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 残余空洞估算剩余采空区的体积（V）：V=Va－ΔV 式中：Va—采空区总体积，其值为：Va=S×M×K ΔV—为截止目前已经沉降变形的冒落岩石碎胀所充填体积。 S—采空塌陷区面积 M—煤层厚度 K—煤层采取率。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 1 采空区稳定性评价方法稳定性评价内容自然状态下的稳定性施加工程荷载后的稳定性建筑地基的稳定性采空区自身的稳定性采空区活化第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术稳定性评价方法预计方法数值计算法结构力学法概率积分法典型曲线法剖面函数法有限元离散元边界元二维梁（板）柱模型三维无梁楼盖模型长壁式开采老采空区部分开采老采空区第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法应用条件（发生连续变形破坏类型）：（1）采深（H>100m）较大，深高比>30，长壁式全部跨落法管理顶板开采；（2）部分或全部充填式管理顶板条件下的开采。（3）急倾斜煤层开采引起地表位移变形规律性极差，目前尚缺乏通用的预计理论。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法移动参数：垂直移动（下沉）和水平移动变形参数：倾斜，曲率和水平变形第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法（1）地表最大下沉值 ① 首次采动时，充分采动情况下的最大下沉值计算： Wmax=η.mCosα 其中： Wmax—最大下沉值(mm) m—矿层的真厚度(m) α—矿层倾角(º) η—下沉系数(mm/m) 第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法下沉系数参数值表第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法（2）最大倾斜、最大曲率、最大水平移动和变形第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 2 概率积分法（3）地表最大下沉速度按公式概率积分法预计剩余变形量的关键是：确定剩余下沉系数第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 3 数值方法（有限元、离散元及边界元）关键点1：不同类型采动岩体的强度、变形参数及破坏准则；关键点2：不同的开采方式下的模拟方案（正演、反演）选择；第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 4 结构力学法结构力学法是房柱式老采空区稳定性分析计算最常见的一种方法。通过对采空区进行简化，建立起工程地质模型，再抽象出结构力学模型，推导其理论计算公式而进行求解。结构力学法在评价房柱式采空区稳定性时，一般是对顶板、煤柱及底板的强度进行校验。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术结构力学法计算的关键点：（1）根据地质条件，抽象出不同的梁、板、壳、柱模型及综合模型；（2）所抽象出来结构的不同破坏形式、所承受荷载及极限荷载；（3）安全系数的选定；第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 4 非线性动力学通过建立采空区顶板-煤柱-底板的力学系统及总势能方程，研究系统发生突变的力学机制及条件，是目前一个较为前沿的研究领域。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 5 危害程度评价地表残余变形量拟建工程的允许变形量二者关系一般砖混结构的抗变形要求：地表倾斜i<3mm/m 地表曲率K<×10-3/m 地表水平变形ε<2mm/m 第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 6 稳定性分区稳定性分区的依据：（1）采空区自身稳定性；（2）采矿地质条件等；（3）特殊构筑物的要求，如桥梁、高层建筑物等；（4）地表剩余变形量计算成果。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)第条规定：下列地段不宜作为建筑场地：（1）在开采过程中可能出现非连续变形的地段；（2）地表移动活跃的地段；（3）特厚矿层和倾角大于55度的厚矿层露头地段；（4）由于地表移动和变形引起边坡失稳和山崖崩塌的地段；（5）地表倾斜大于10mm/m，地表曲率大于或地表水平变形大于6mm/m 的地段。第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)第条规定：下列地段作为建筑场地时，应评价其适宜性；（1）采空区采深采厚比小于30 的地段；（2）采深小，上覆岩层极坚硬，并采用非正规开采方法的地段；（3）地表倾斜为3～10mm/m，地表曲率为～的地段．第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术稳定性分区实例（以陕北某高速公路工程为例）（1）稳定区：采空区残余沉降量小于公路规范的要求，对公路无大的影响，即沉降量不会导致公路损坏，不必采取特殊的工程措施，可以直接兴建。考虑到本区工程地质的复杂性，这一区域的地表移动变形规定如下：下沉≤200mm，倾斜≤ 第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术稳定性分区实例（以陕北某高速公路工程为例）（2）基本稳定区：采空区残余沉降量接近公路《规范》的要求，对公路建设有一定的影响。考虑到本区工程地质条件复杂，下有流砂层等。本报告计算的各种移动变形未包含该部分的影响。另外一些因素无法确定，因此其后期沉降可能大于计算的采空区沉降量，这一区域规定的沉降量为： 200mm＜下沉≤300mm，＜倾斜≤ ，＜水平变形≤ 第七节采空区稳定性评价及危害程度分析煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术稳定性分区实例（以陕北某高速公路工程为例）（3）不稳定区：该区域地表沉降量大于《规程》规定的沉降量或由于地质采矿条件复杂，尚不能确定是否稳定的区域，必须采取工程措施才能保证公路建设的安全，规定的地表移动变形值为： 300mm＜下沉，＜倾斜，＜水平变形第八节地表移动变形观测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术线路通过大面积采空区，当缺乏资料且勘探难以查明采空区的基本特征时，应布设观测网，进行定期观测，直接查明地表变化特征，变化规律和发展趋势。有条件的可进行井下复测。第八节地表移动变形观测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术（2）观点线布置（1）观测线布置：宜平行和垂直矿层走向或开采工作面布设不少于两条直线的观测线，其长度应超过移动盆地的预计变形范围，走向观测线（即观测线平行矿层走向），应有一条测线通过预计最大下沉值的位置；倾向观测线（即观测线垂直矿层走向）不宜少于2 条。第八节地表移动变形观测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术（3）观测周期公式中： t—观测周期（月） k—系数（一般为2～3） n—水准测量平均误差（mm） S—地表变形的月下沉量（mm/月）观测周期可根据地表变形速度和开采深度公式计算：第八节地表移动变形观测煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术（5）观测整理 ① 绘制下沉曲线图，下沉等值线图，水平变形分布图。 ② 根据有关变形值，划分地表变形区的范围。如根据建筑物对地表变形区的容许极限值，确定移动区范围（内边缘区），根据地表下沉10mm 的下沉值，确定轻微变形区，即移动盆地的范围。 ③计算盆地内有关地点的地表下沉值、倾斜值、曲率、水平移动值和水平变形值。（4）观测方法常用的观测方法：全站仪与经纬仪配合监测，可满足测量精度要求。第九节防治措施建议煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术根据采空区的稳定性、危害性确定防治措施建筑结构措施（增设抗变形构件）采用筏板基础、桩基础等采空区治理（全充填、部分充填等）经济、技术、效益对比第十节煤矿采空区工程地质勘察报告编写提纲煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术 1 前言（项目由来、目的、任务、规范规程、勘察工作综述） 2 建设工程概况 3 勘查区的工程地质条件（气象水文、地形地貌、地层岩性、构造与地震、水文地质条件、人类工程活动） 4 采空区工程地质勘察（工程地质测绘、物探、钻探、测试） 5 采空区稳定性评价（剩余空隙体积和残余变形量估算、稳定性计算） 6 采空区稳定性分区及评价 7 采空区对拟建工程的危害程度评价 8 采空区治理措施建议 9 结论及存在问题第十节煤矿采空区工程地质勘察报告编写提纲煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第一章煤矿采空区勘察技术附图： 1）采空区勘查工程量平面布置图 1/1000～2000 2）采空区井上下对照图 1/1000～2000 3）建设工程场地平面布置图 1/1000～2000 4）采空区物探成果图 1/1000～2000 5）采空区钻孔柱状图 1/200～500 6）采空区平面、断面分布图 1/1000～2000 7）剩余变形量预测成果图 1/1000～2000 8）采空区稳定性分区图 1/1000～2000 9）采空区治理范围图 1/1000～2000 附表：1）钻探成果表；2）岩土试验成果表；3）采矿情况调查表。提要煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一章煤矿采空区勘察技术第二章煤矿采空区治理工程设计第三章煤矿采空区治理工程施工技术第四章煤矿采空区治理工后监测技术第五章工程实例煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一节治理工程设计所包含的主要内容 1 文字部分煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计（1）工程概况（2）勘察成果概述（3）设计原则与依据（4）方案设计（5）施工图设计（6）施工流程与施工工艺（7）施工注意事项（8）施工条件（9）存在问题与建议第一节治理工程设计所包含的主要内容 2 图表部分煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计（1）治理工程平面布置图（1/500）（2）治理工程剖面图（1/200）（3）细部构造图或者大样图（1/20~1/200）（4）治理工程数量一览表第一节治理工程设计所包含的主要内容 3 施工图预算煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计（1）编制原则、依据（2）编制套用标准及方法（3）预算结果及分析（4）附件（表）第二节治理工程设计的原则与依据 1 设计原则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计采空区的治理方案设计应在充分考虑当地环境特点、工程地质条件、材料分布与供应、资源规划与工期要求等因素的前提下，具有技术先进、经济合理，满足拟建工程的各项功能，保证构造物的安全、坚固、稳定和使用寿命。坚持一次根治，不留后患的原则，治理后的采空区地基在工程运营期间，能有效地承受建构筑物的动静荷载，不产生超过建构物允许的变形，保证建构物的安全营运。同时遵守投资合理、效益高、保护环境、合理利用与保护矿产资源的原则。第二节治理工程设计的原则与依据 2 设计依据煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计《公路上（下）采空区勘察、设计与施工技术规范》（报批稿）， 2002年，交通部《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90），1992年。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，煤行管字（2000）第81号（文中简称为《规程》）存在问题：目前我国尚未形成一套成熟的采空区勘察、设计及施工技术规范（程）第三节常用的治理方法及适用条件 1 干砌法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计干砌法是在采矿后形成的空洞内，用灰岩或砂岩片石等人工回填砌筑。该方法适用于处理煤层开采后未全塌落、空间较大的空洞，且埋深小、通风良好，具备人工作业，材料运输等条件的即将关闭矿山采空区治理。第三节常用的治理方法及适用条件 2 浆砌法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计浆砌法同样是在采矿后形成的空洞内，用灰岩或砂岩片石等人工回填，砂浆砌筑，片石规格尽量大一些，具有一定的抗压强度。该方法的适用条件与上述方法基本相同，不同之处在于要求砌筑物具有较高的整体强度，一般用于建构筑物重要部位的采空塌陷区。一般用于建构筑物重要部位的即将关闭埋藏浅的矿山采空区治理。第三节常用的治理方法及适用条件 3 注浆充填法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计注浆充填是指用钻孔灌注水泥-粘土或粉煤灰混合料浆液的方法。常用于长壁式开采冒落带、裂隙带的残余空隙、尚未密实的采空部位以及离层裂隙带中，适宜于各种埋深、复杂煤矿采空区的治理中。对于生产矿井采空区治理时，应根据进行治理区与井下生产运输系统的关系进行治理工程专项设计。第三节常用的治理方法及适用条件 4 注浆注骨料充填法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计注浆注骨料常用于地下残余大量空洞，且体积很大的采空区治理中，该类采空区大多为部分开采所形成。骨料的选择可以充分结合当地的实际条件，以经济适用为主。如风积沙区可采用砂作为骨料；其它地区可以选用矿渣、石粉或米沙石等。第三节常用的治理方法及适用条件煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计国内公路下伏采空区治理情况一览表第四节治理方法选择的流程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计采空区治理方法原理过去应用的经验机具、材料条件考虑条件处理方案的可行性研究提出多种治理防范技术、经济对比分析，考虑环保及施工场地条件初步确定治理方法治理方案设计必要时进行小型现场试验、补充勘察治理效果采空区赋存条件治理的范围及指标建筑工程的抗变形要求第五节全部充填式注浆设计 1 注浆范围的确定煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计治理范围横向示意图（以榆神高速公路下伏煤矿采空区治理工程为例）第五节全部充填式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计治理范围纵向示意图（以榆神高速公路下伏煤矿采空区治理工程为例）第五节全部充填式注浆设计 2 注浆量煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计注浆充填量=V剩余×K损×K充÷K结 3 注浆孔帷幕孔：间接10~15m，也可据埋深和扩散半径来确定；注浆孔：可据埋深和扩散半径来确定； 4 注浆材料水泥、粉煤灰及添加剂、骨料和水第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计是将采矿中的条带开采理论反过来应用于采空区治理。对注浆结石体的试验表明，注浆结石体的强度大于一般煤层的强度，因此可以将充填区域看成是条带煤柱，将未充填区看成是开采区域，其开采厚度等于未下沉的空间，即残余空间。这就提出条带式注浆的初衷。该理论适合缓倾或水平煤层采空区的治理。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 1 设计原则（1）注浆结石体的强度足够支撑上覆岩体的重量，在覆岩应力作用下能保持长期稳定。由于注浆结石体的强度高于煤层的强度，因此按条带煤柱设计的方法评价其强度是偏安全的，可以采用。（2）注浆结石体形成的条带足够支撑上覆岩体的重量，能保证形成注浆带后产生的地表残余移动变形小于建（构）筑物的临界变形，保证地面建（构）筑物不损害。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 适用条件（1）当开采深度H满足下式时： H≤hli+hc 式中，H—开采深度，m；hli—导水裂缝带高度，m；hc—建（构）筑物载荷传递深度，m。在该情况下，覆岩已经不存在完整结构或建（构）筑物载荷已对老采空区破裂岩体有影响，将导致破裂岩体变形，此时应采用全部注浆充填，即注浆钻孔间距为：L=2R 式中，L—注浆孔间距，m；R—注浆有效扩散距离，m。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 适用条件（2）当开采深度H满足下式时： H≥hli+hc 在该情况下，覆岩已经存在完整结构或建（构）筑物载荷不对老采空区破裂岩体有影响，覆岩结构可以支撑上覆岩体载荷，此时可以采用带状注浆充填即可控制地表变形，即注浆钻孔间距为： L=L1+2R 式中，L1—不注浆充填的宽度，m。对于不注浆充填的宽度L1将取决于建筑物抗变形能力、地质采矿条件等因素，将在下面专门讨论。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 注浆孔间距的确定按条带开采沉陷理论，为使地面变形不超过地面建（构）筑物的临界变形，必须先计算地表移动变形最大值，在计算中，认为地表最终沉降达到极限残余沉降，即最终沉降量将达到煤层采出厚度，将剩余沉降看成是等效开采厚度，即有： m等效=（1-qcosα）m 设注浆充填带宽度为a，不充填宽度为L1，由条带开采地表沉陷预测参数得：第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 注浆孔间距的确定下沉系数：主要影响角正切：tgβ条=（）tgβ全水平移动系数：第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 注浆孔间距的确定可以求出任意开采宽度的地表最大变形量，也可以根据地表建构筑物的变形值计算出注浆条带的宽度和间距。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 注浆孔间距的确定最大倾斜、最大水平变形和最大曲率是相关的，因此只要根据一种变形求得注浆所要求的宽度，也可以根据其它变形求得所要求的宽度。下面根据最大倾斜求得注浆要求的宽度。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 注浆孔间距的确定按照条带开采理论，条带采出宽度还应满足如下条件，即：求出L1后，就可求得注浆孔间距L： L=L1+2R 第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 注浆带宽度的确定在确定带状充填宽度时，应考虑充填条带宽度足够支撑上覆岩体重量，根据三向受力状态计算方法：威尔逊认为条带开采成功与否的关键在于保留条带煤柱的稳定性，并由此概念，经过室内及现场研究得出，保留条带煤柱宽度a应为： a≥+ 式中：m—开采煤层厚度，m； H—平均开采深度，m。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 注浆带宽度的确定考虑老采空区部分岩体已经破裂，特别是冒落带岩体破裂程度较高，承受应力的能力降低，因此在进行设计时，煤层开采厚度应取冒落带的高度，由开采沉陷理论可知，冒落带高度为（3~5）m，因此，上式变为： a≥（～）mH+ 上式即为充填条带所要求的有效宽度。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 注浆带宽度的确定当注浆扩散距离大于所要求的有效充填宽度时，可以采用一排孔，当注浆扩散距离小于所要求的有效充填宽度时，应采用多排孔注浆，则注浆孔排数n用下式计算：第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 工程实例京福绕城高速公路经过的新河矿老采空区主要开采7#、9#煤，开采时间1987～1995年，平均开采厚度为和，累积开采厚度，开采深度75～200m。徐州矿区开采沉陷参数为：初次下沉系数q=，重复开采下沉系数为q=，主要影响范围角正切tgβ=，水平移动系数b=。在试验阶段已对急倾斜部分开采的老采空区进行了注浆，剩下部分为煤层倾角为24°。剩余段开采深度为120~210m之间。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 工程实例为安全起见，取初次开采下沉系数为计算参数，可得等效开采厚度为： m等效=（1-qcosα）m =1027mm 取高速公路临界倾斜为1mm/m，则通过上述公式计算的不同开采深度条件下注浆带宽度见下表。根据试验知,注浆有效扩散距离在走向方向为10～30m，取注浆扩散距离为20m，则计算的孔间距L见下表。第六节条带式注浆设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 工程实例开采深度（m） 100 150 200 tgβ条 r条充填带宽度a（m）～～～不注浆带宽度L1(m) 25～10 ～15 ～20 注浆孔间距L（m） 75 每组布设孔排数 1 1 1 带式注浆设计参数一览表第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 1 引言目前在老采空区下方注浆充填宽度设计中，一般采用移动角来确定注浆充填范围。而选取的移动角一般为正在开采的采空区移动角，正在开采的采空区移动角与老采空区移动角存在较大的差异，使得采用正在开采的采空区移动角确定的老采空区注浆充填范围偏大，选取什么样的移动角确定老采空区注浆充填范围，目前国内外未进行研究，为此，下面进行探讨。第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 1 引言（1）覆岩力学性质、岩层层位；（2）松散层对地表移动特征；（3）煤层倾角的影响；（4）开采深度和开采厚度；（5）采动次数；（6）采煤方法及顶板管理方法；（7）地形、地貌等。影响正在开采的采空区移动角大小的主要因素研究表明，它与残余移动角度有良好的关系第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 残余移动角与采深采厚比的关系覆岩抗压强度＜50Mpa 覆岩抗压强度＞50Mpa （1）走向移动角与深厚比的关系抗压强度＜50时： δ = + 抗压强度＞50时：δ = + 第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 残余移动角与采深采厚比的关系覆岩抗压强度＜50Mpa 覆岩抗压强度＞50Mpa （2）下山移动角β与深厚比的关系抗压强度＜50时：β= + 抗压强度＞50时：β = + 第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 残余移动角与采深采厚比的关系覆岩抗压强度＜50Mpa 覆岩抗压强度＞50Mpa （3）上山移动角γ与深厚比的关系抗压强度＜50时：γ = + 抗压强度＞50时：γ = 第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 老采空区残余移动角确定老采空区残余移动角定义为：在充分采动或接近充分条件下，地表移动盆地主断面上，老采空区残余移动变形值达到建筑物临界变形值的最外点与采空区边界连线和水平线在煤柱一侧的夹角称为老采空区残余移动角。第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 老采空区残余移动角确定由于正在开采的采空区移动角与深厚比有关，根据地表移动的相似性及移动角的定义，老采空区残余移动角与深厚比的关系公式可以近似的看成是正在开采的采空区移动角与深厚比的关系，即有： δ′=f（H/M′）式中：δ′——老采空区移动角；H——采深；M′——老采空区等效采厚；第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 老采空区残余移动角确定对新建的建（构）筑物有影响的是残留空洞垮落和破裂岩体空隙的压密，按采空区空洞和破裂岩体的空隙全部压实考虑，则引起老采空区残余沉降的极限开采厚度为开采厚度减去已经发生的下沉： M′=M -Mqcosα=M（1-q cosα) 式中： α——煤层倾角；q——下沉系数第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 老采空区残余移动角确定根据老采空区残余移动角与正在开采的采空区移动角的相关性可以确定出老采空区残余移动角计算式为：（1）老采空区走向残余移动角δ与深厚比的关系当覆岩的抗压强度＜50时为： δ = H/M′ + 当覆岩的抗压强度＞50时为：δ= H/M′ + （2）老采空区倾向下山残余移动角β与深厚比的关系当基岩的抗压强度＜50时为：β = H/M′ + 当基岩的抗压强度＞50时为：β = H/M′ + （3）老采空区倾向上山移动角γ与深厚比的关系当覆岩抗压强度＜50时为：γ = H/M′ + 当覆岩抗压强度＞50时为：γ= H/M′ + 第七节老采空区注浆范围确定方法探讨煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 老采空区残余移动角确定特别说明：可以根据上面各式，确定老采空区残余移动角，然后进行注浆设计，但是此方法的适用条件是地面建筑物载荷作用深度与导水裂缝带高度之和小于老采空区开采深度。 4 目前普遍使用的采空区治理设计方法根据地面拟保护建设场地的范围，确定采空区的治理范围，在治理边缘处布设一排帷幕孔（孔距按埋深推算），然后按梅花状在其内布置一般注浆孔（孔距按埋深推算）的原则进行设计。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 煤矿采空区治理范围与井下巷道关系 ——以京福绕城高速新河煤矿采空区为例新河煤矿采空区不稳定路段下分布有603材料道、-110东大巷及新东大巷、采区车场部分巷道、9205运输道和一轨道，巷道特征见表8-1。目前主要用作矿井深部开采回风用，由于这些巷道有很多分岔巷道，因此都砌筑了隔离墙以防止漏风，但隔离墙的强度较低，不能承受较大的静水压力和注浆压力，一旦地面钻孔将水和浆液导入，将对矿井生产安全构成重大威胁，为确保深部煤层开采工作的安全，巷道必须进行加固，以保证采空区注浆加固时，巷道能够维持正常的回风工作。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 2 煤矿采空区治理范围与井下巷道关系 ——以京福绕城高速新河煤矿采空区为例巷道名称标高（m）断面（m2）巷道形式支护方式 603材料道 -40 梯形架棚 -110东大巷及新东大巷 -110 梯形、局部半圆拱架棚和锚喷 9205运输道 -171 梯形架棚采区车场 -110 半圆拱形锚喷一轨道下山 -40～-171 半圆拱形、局部梯形砌碹和架棚新河矿地下巷道特征第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 矿井井下巷道防护设计矿井井下巷道防护方法目前主要采用封闭法和监控法。封闭法是在地面进行注浆时，封闭井下受影响的采区和主要巷道，防止一旦发生水灾和漏浆时灾害的扩大，在事故发生以后得到控制的情况下，对井下相关生产系统进行恢复。这种方法以安全第一为宗旨，前期需要投入一定的费用，但可靠性高。目前我国矿山处理类似问题主要以这种方法为主，树立了“安全为天，预防为主”的方针，确保矿井的安全生产。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 3 矿井井下巷道防护设计监控法是在地面注浆时，不封闭井下的采区和巷道，而是做好注浆过程的监控和井下工作面的监测和检查，密切联系地面注浆和井下安全监测，同时做好灾害发生时的抢险准备工作，一旦发生涌水和漏浆时，及时进行排水或封堵，防止灾害的扩大。这种方法需要投入较大的人力和物力，可靠性欠佳，尤其不适用可能发生的大面积突水、漏浆的情况。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 封闭法的主要工程措施水闸门的设置：针对采空区不稳定地段注浆加固可能对井下造成的安全隐患，若封闭区域后期不再需要恢复，这时在主要巷道出入处应设置水闸墙，另外对生产区与采空区的连接地段也应设置水闸墙，防止采空区的涌水和漏浆流淌，影响矿井的正常生产。在采空区注浆加固结束后，水闸墙可根据需要考虑是否拆除，它对矿井生产不产生影响。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 封闭法的主要工程措施防护墙的设置：针对采空区不稳定地段注浆加固可能对井下造成的安全隐患，在与主要巷道的连接处的支巷，可能受到的水压力较小时，实施封闭以后又不需要再恢复，可考虑设置防护墙。在采空区注浆加固结束后，防护墙也不必拆除，对矿井生产不产生影响。第八节注浆治理工程安全防护技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第二章煤矿采空区治理工程设计 4 封闭法的主要工程措施水闸墙的设置：针对采空区不稳定地段注浆加固可能对井下造成的安全隐患，若封闭区域后期不再需要恢复，这时在主要巷道出入处应设置水闸墙，另外对生产区与采空区的连接地段也应设置水闸墙，防止采空区的涌水和漏浆流淌，影响矿井的正常生产。在采空区注浆加固结束后，水闸墙可根据需要考虑是否拆除，它对矿井生产不产生影响。提要煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一章煤矿采空区勘察技术第二章煤矿采空区治理工程设计第三章煤矿采空区治理工程施工技术第四章煤矿采空区治理工后监测技术第五章工程实例煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第三章煤矿采空区治理施工技术煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 本章结合第五章的工程实例进行讲解！煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一节总则 1 基本方法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术采用采空区处治工程施工过程质量控制（包括质量保证资料）、工后质量检测两方面综合评定方法第一节总则 2 采空区处治工程质量检测时间煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术采空区处治工程质量检测的时间一般在治理工程结束后的 3个月后进行。第一节总则 3 采空区处治工程质量评定单元划分煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术单位工程：采空区处治每个合同段作为一个单位工程。分部工程：根据采空区处治施工特点，分为施工过程质量控制和工后质量检测两部分。分项工程：根据施工方法和工序在施工过程中划分为钻孔、帷幕孔注浆和注浆孔注浆；工后质量检测评定分为钻探检查和物探检测。第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术单位工程分部工程分项工程备注编号合同段名称 XRC-CKQ× ××采空区治理工程施工过程质量控制钻孔帷幕孔注浆注浆孔注浆质量保证资料工后质量检测钻探检查物探检测第一节总则 4 采空区处治工程质量评定基本要求煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术（1）开工报告（包括所有材料质量检验结果、试验仪器标定结果）。（2）浆液配比试验数据。（3）钻孔资料（包括施工放样、钻孔班报、地质编录、钻孔柱状、单孔钻探成果汇总表、钻孔终孔检验单、中间验收申请表、工程报验单和驻地监理的工程检验认可书）第一节总则 4 采空区处治工程质量评定方法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术采空区处治工程质量评定以分项工程为评定单元，采用100 分制评分方法进行评分，在各分项工程质量评定的基础上，逐级计算各个分部工程、单位工程评分值和单位工程质量等级评定。第一节总则 4 采空区处治工程质量评定方法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术检查项目分值计算方法：各检查项目分数＝100×合格率合格率＝（检查项目合格数/检查项目总数）×100％分项工程分值计算方法：各分项工程分数＝Σ（各检查项目分数×检查项目权值）/Σ检查项目权值第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术施工过程分值计算方法：施工过程质量评定分数＝Σ（分项工程分数×分项工程权值）- 质量保证资料总扣分工后质量检测分值计算方法：工后质量检测评定分数＝Σ（分项工程分数×分项工程权值）第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术单位工程分值计算方法：单位工程分数＝施工过程质量得分×40%＋工后质量检测得分×60% 单位工程等级评定方法：单位工程质量等级评定总分不小于75为合格，总分小于75为不合格。第一节总则 5 工后质量检测项目计分办法煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术注浆段取芯：注浆段取芯检查以检查孔钻探注浆段每回次的取芯率≥50%为合格的评定标准。合格率＝（注浆段取芯率≥50%回次数/注浆段总回次数）×100％第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术干燥结石体强度：干燥结石体是指检查孔所取注浆段的岩芯按试验室规定烘干后的结石体岩芯。干燥结石体强度以干燥结实体抗压强度≥ MPa为合格的评定标准。合格率＝（干燥结石体抗压强度≥ MPa测试数/总测试数）×100％第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术微伽重力：微伽重力检测处治工程质量以微伽重力差值≥50微伽为合格的评定标准。合格率＝（微伽重力差值≥50微伽的面积/检测总面积）×100％。第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术孔内波速：孔内波速检测处治工程质量以纵波速度≥2300m/s为合格的评定标准。合格率＝（采空区注浆段≥2300（m/s）测点数/采空注浆段的总测点数）×100％第一节总则煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术三维地电：三维地电检测处治工程质量以断面和平面ρs≥50Ω·m为合格的评定标准断面合格率＝（断面图ρs≥50Ω·m的总长度/断面总检测长度）×100％平面合格率＝（平面图ρs≥50Ω·m的总面积/检测总面积）×100％三维地电得分＝100×（平面合格率×50%＋断面合格率×50%）第二节质量检验评定内容与标准 1 施工过程质量评定煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术（1）钻孔（2）注浆孔注浆（3）帷幕孔注浆分项工程检查项目检查方法评定标准检查项目权值　分项工程权值　钻孔孔位孔位放样、监理复测记录 ±100cm 孔斜钻孔测斜记录、监理记录 ≤° 孔深终孔孔深记录、监理记录进入冒落带或煤层底板1m 帷幕孔注浆浆液配比注浆班报表、监理旁站记录水固比≥1∶ 水泥占固相的比例 ≥40（%）平均结石率 ≥68（%）单孔注浆方法与工艺符合本表注2)要求注浆结束压力符合设计文件要求注浆孔注浆浆液配比注浆班报表、监理旁站记录水固比≥1∶ 水泥占固相的比例 ≥20（%）平均结石率 ≥70（%）单孔注浆方法与工艺符合本表注2)要求注浆结束压力符合设计文件要求检查项目钻孔编号孔位孔斜孔深合格（≤±100cm）不合格（＞±100cm）合格（≤°）不合格（＞°）合格（进入冒落带或煤层底板1m）不合格（未进入冒落带或煤层底板1m） ×W-1 … ×Z-1 … 合计合格率（％）（合格总数/总钻孔数）×100％（合格总数/总钻孔数）×100％（合格总数/总钻孔数）×100％钻孔检查项目评定一览表帷幕孔注浆检查项目评定一览表检查项目钻孔编号浆　液　配比结石率单孔注浆方法与工艺结束压力水泥占固相比例合格（≥1∶）不合格（＜1∶）合格（≥67％）不合格（＜67％）合格符合B表注2）的要求不合格符合B表注2）的要求合格（≥持续注浆15min）不合格（＜持续注浆15min）合格≥40% 不合格＜40% ×W-1 合计合格率（％）（配比合格孔数/总钻孔数）×100％（结石合格总数/总检测次数）×100％（单孔合格总数/总钻孔数）×100％（结束压力合格数/总钻孔数）×100％（水泥占固相比例合格数/总钻孔数）×100％注浆孔注浆检查项目评定一览表检查项目钻孔编号浆　液　配比结石率单孔注浆方法与工艺结束压力水泥占固相比例合格（≥1∶）不合格（＜1∶）合格（≥67％）不合格（＜67％）合格符合B表注2）的要求不合格符合B表注2）的要求合格（≥持续注浆15min）不合格（＜持续注浆15min）合格≥20% 不合格＜20% ×Z-1 合计合格率（％）（配比合格孔数/总钻孔数）×100％（结实合格总数/总检测次数）×100％（单孔合格总数/总钻孔数）×100％（结束压力合格数/总钻孔数）×100％（水泥占固相比例合格数/总钻孔数）×100％第二节质量检验评定内容与标准 2 工后质量检测评定煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术工后质量检测评定是以局部检测结果来全面评价采空区注浆工程质量的评价方法。工后质量检测是在相同地质条件的采空区，采用相同的注浆材料及配比、相同的工艺技术要求和标准进行注浆工程，在工程结束后对采空区处治一般情况，兼顾重点和难点进行抽查，通过抽查结果评价采空区处治质量。第二节质量检验评定内容与标准 2 工后质量检测评定煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第四章煤矿采空区治理工后检测技术采空区处治工后质量检测方法分为钻探检查和物探检查。钻探检查项目为检查钻孔中采空区注浆段取芯率和干燥结石体抗压强度两项。岩芯采取率主要评价采空区注浆段的充填情况。工后钻探检查项目评定一览表检查项目钻探编号注浆段取芯率干燥结石体抗压强度合格（≥50%）不合格（＜50%）合格（≥ MPa）不合格（＜） ×J-1 … 合计合格率（％）（注浆段取芯合格回次数/总回次数）×100％（干燥结石体强度合格数/总检测个数）×100％工后物探方法检查项目评定一览表检查项目单位工程微伽重力（m2）孔内波速（点）三维地电合格（≥50微伽）不合格（＜50微伽）合格（≥2300 m/s）不合格（＜2300 m/s）断面（m）平面（m2）合格（≥50Ω.m）不合格（＜50Ω.m）合格（≥50Ω.m）不合格（＜50Ω.m） XRC-CKQ× 合格率（％）（合格面积/总面积）×100％（合格总点数/总测点数）×100％（合格总长度/断面总长）×100％（合格面积/总面积） ×100％煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例煤矿采空区勘察、设计、治理与检测技术 Geologic Investigation , Design, Treatment and Test Technique to Coal Goafs 第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 1 工程概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例六道湾煤矿塌陷区位于乌鲁木齐市水磨沟区道湾乡六道湾村至七道湾之间，至今已有50多年的开采历史。随着乌鲁木齐市城市的发展，六道湾矿区已由市郊快速地转变为城市的中心地带，北面和南面紧邻南湖路和外环路，东面临近六道湾路，南面距乌鲁木齐市政府仅有700m。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 1 工程概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例地下自燃煤层释放的瓦斯气体乌鲁木齐市区乌鲁木齐市区第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例火烧区 2008年6月份发生地面塌陷第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 1 工程概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例疆鸿远投资有限公司于二○○二年对六道湾塌陷区治理项目进行调研和论证，二○○五年正式立项，该项目被乌市确定为“十一五重点工程”和“抢救城市工程”，鸿远公司计划利用5～7年的时间拟将塌陷区逐步建设成为集生态园林、休闲、娱乐、运动、居住为一体的“天山明珠生态园”。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 1 工程概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例为了查明地下采空区的分布特征、塌实程度及影响范围，评价对拟建工程的危害程度，为治理工程提供设计依据。因此，由新疆鸿远投资有限公司出资、北京某勘察院完成了该采空区的勘察工作。该项目的勘察总投资达7000余万元。（勘察面积仅约4km2）以下主要探讨该勘察项目，我们工程技术人员从该项目中吸取的教训。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 2 采空区的特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 2 采空区的特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 2 采空区的特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 2 采空区的特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程 2 采空区的特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 2 采空区的特点（1）多层开采（2）急倾斜煤层（3）开采历史较长，采矿方法较多（4）地表回填土（建筑垃圾等）厚度相差较大，均匀性差第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中应吸取的教训一：从完成的工程量统计表上看，缺失了采矿情况调查部分内容。而这项工作又是采空区勘察中最为重要的工作内容。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中存在问题分析二：钻孔探查与验证，完全按照100m 孔距在勘察区内均匀布置，缺乏针对性。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中存在问题分析三：物探方法适宜性差，缺乏综合对比分析。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中存在问题分析四：地表全部为建筑垃圾回填土，均匀性、密实度很差。用此地表变形观测的数据确定塌陷区的残余移动参数，依据不足。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中存在问题分析五：对采空区、尤其是多层采空区的勘察钻探施工方法认识不足，尽管施工了4万m进尺的钻探任务，但对基本的塌陷冒落的认识与施工1/3 的效果是相同的。第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 勘察中存在问题分析六：未能根据天山明珠生态园中不同建构筑物的抗变形要求，以及地表的残余变形情况，综合评价场地的稳定性及危害性第一节乌鲁木齐六道湾西翼煤矿采空区勘察工程煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 吸取的经验教训对于煤矿采空区的勘察，要紧密结合采空区的特点，制定正确合理的勘察技术路线，编制切实可行的勘察工作大纲，才能以合理的经费取得优质的勘察成果。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 1 工程概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例省级高速公路榆商线榆林至神木高速公路起点为榆阳区小纪汉，终点为神木县半切墩，路线里程K0+000～K87+570，路线全长。西距榆林市6～93km,东距神木县3～。高速公路位于旧S204公路附近，两者近于平行。路线经过的煤矿有东风煤矿、讨老乌素煤矿、瑶渠煤矿、枣稍沟煤矿、神榆路煤矿、大清壕煤矿、上榆树峁煤矿、前阳湾煤矿、三道河村凉水井煤矿等9个煤矿。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 2 勘察技术路线煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例本次勘察工作的技术特点：以采矿情况、地表变形情况调查为主导，采用物探大尺度、小范围探测，钻孔探查验证相结合的采空区综合勘察方法，以最小的投入获取最大的勘察成果。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识（采空区的工程地质特点）煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（1）据采空区调查及物探成果，沿线涉及到9个煤矿采空区。通过本次勘察确定，对高速公路建设工程产生影响的为 5个煤矿采空区，急需治理的为3个煤矿采空区，分别是：枣稍沟煤矿、讨老乌苏煤矿、瑶区煤矿。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（2）煤层采空区近水平。区内构造简单，褶皱和断裂不发育，地层走向为北北东，倾向北西的宽缓单斜，岩层倾角1°～5° 。所有煤矿采空区均呈近水平分布。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（3）单层采空，房柱式（巷柱式）开采，残留煤柱留设不规范；绝大多数采空地段未发生塌陷冒落现象，地下残余空洞甚多，空洞高度与采厚相当。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（4）采空区埋藏浅，讨老乌素、瑶渠、枣稍沟采空区埋深为 50～130m。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（5）覆岩结构简单，表层为风积沙，向下依次为第三系粘土及煤系地层的砂岩、泥岩。据钻孔揭露，采空区“三带”发育特征不明显，单部分煤柱在长期的矿山压力作用下已发生塑性破坏和剥皮现象。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（6）采空区充水条件复杂。大部分采空区充水高度约占剩余空洞高度的1/3以上；可以从个别钻孔中可以听到“哗哗”的水声。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 3 勘察所取得的认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例勘察后的总体认识：（1）煤层采空塌陷区影响路线长度为；（2）3处煤层采空区仍处于不稳定状态，沉降变形大部分未完成，存在大量的剩余空洞，仍有85%-90%的残余变形量；（3） 3处煤层采空区对公路工程危害程度非常高，必须对影响路段全范围采取治理措施。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 4 治理工程设计煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例治理方案：采取间歇式全充填注浆、注砂方案里程（km+m）矿名煤层（号）采厚（m）采深（m）采空区处治长度（m）处治宽度（m） K61+570～K62+265 讨老乌素 3-1 30～75 695 140 K62+265～K62+745 瑶渠 3-1 50～80 480 148 K62+745～K64+165 枣稍沟 3-1 75～110 1420 154 合计 2595 第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 5 施工工艺煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例钻孔设计：注浆钻孔分为帷幕孔、注浆孔两类。帷幕孔布设：各段采空区处治区沿轴线两侧及沿轴线横向最边缘两排为帷幕孔，孔距10～15m。注浆孔布设：一般路基段：注浆孔根据各段采空区分布特点沿公路轴线布设，孔距20m，排距20m。构造物段：沿构造物每个基础设计部位分别布设一个注浆孔。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 5 施工工艺煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例浆液材料：由水、水泥、粉煤灰、速凝剂（水玻璃）及粗骨料（砂）等组成。注浆浆液：水泥粉煤灰浆加粗骨料。骨料最大占总充填量的50%。第二节榆神高速公路下伏煤矿采空区勘察、设计及施工 5 施工工艺煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例制浆工艺流程图第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 1 项目概况煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例京福高速公路徐州绕城西段位于江苏省徐州市西部，是我国“五纵七横”国道主干线和江苏省“四纵四横四联”高速公路网的重要组成部分，其起点位于徐州市东北的京福国道主干线徐州绕城公路东段王可乐附近，终点位于徐州西南的连霍高速公路罗岗镇附近，路线全长。影响路线的煤矿采空区主要有江苏省天能集团公司的柳新煤矿、大刘煤矿及徐州矿务局的新河煤矿。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 2 采空区特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（1）采空区煤层倾角变化大：沿线的柳新、大刘、新河煤矿开采区均处于为南陡北缓的不对称向斜中，向斜的南翼或东南翼倾角较大甚至直立、倒转。其中，柳新矿南翼倾角在40～60°间，大刘矿南翼倾角在70～80°间，新河矿南翼倾角在60～70°间，该部位的煤层在采出后形成了急倾斜甚至直立的采空区，其顶板岩石的变形形式以塌陷槽、抽冒为主。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 2 采空区特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（2）多层采空区。沿线除大刘煤矿采空区开采一层煤外，柳新煤矿和新河煤矿均为多层开采，其中新河煤矿开采三层、柳新矿开采四层。多层采空区覆岩破裂严重、高度大、地表变形量大、工程地质更复杂。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 2 采空区特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（3）开采方法多变。沿线煤矿既有长壁开采，也有短壁开采，并且还存在回收短壁开采煤柱等，这些开采使地下采空区分布复杂化，将影响采空区的稳定性，使采空区的变形情况更为复杂。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 2 采空区特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（4）开采深度变化大。沿线采空区由于处在特殊的构造部位，地层产状变化大，导致采空区的埋深变化大，且埋藏较深。其中柳新采空区埋深125～510m；大刘采空区埋深：310国道以北为634～661m， 310国道以南为406～479m；新河采空区埋深75～220m。这给采空区的勘察、评价和治理带来了很大难度第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 2 采空区特点煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（5）采空区断层发育。采空区内多有断层发育，虽然属于非活动性断层，但开采活动可能引起断层的局部活化，不仅会造成局部塌陷，而且为地下水的运移提供了良好的通道。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目 3 采空区勘察技术方案及所取得的几点认识煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（1）对于多层复杂采空区综合勘察坚持以地质调查、采矿调查为主，工程综合物探为补充，配合工程钻探的勘察方法。对于老采空区和边界部位的重复开采，矿区勘察资料、采矿资料缺乏详细记录，后期地表变形可通过综合物探，沉降观测确定采空区的边界。第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（2）实践证明，该采空区最有效的物探方法是剖面直接测量与平面间接测量相结合综合物探方法，无论剖面还是平面对于较深、多层复杂采空区应不少于两种，两种方法相互补充，相互佐证，提高勘察效果。采空区剖面边界的划分应以地震反射波法，直流四极测深异常边界为主；采空区平面边界的划分应以直流中间梯度法，瞬变电磁法深部平面异常为主。 3 采空区勘察技术方案及所取得的几点认识第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例（3）实践证明，采空区垂向冒落带、裂隙带的划分对较深采空区一般较为困难，岩性、地层倾角因素影响较大。对于急倾斜采空区冒落带、裂隙带物性差异较大，范围也较大，物探反映也较为明显。 3 采空区勘察技术方案及所取得的几点认识第三节京福绕城西段下伏煤矿采空区治理项目煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 治理工程设计治理方案：采取间歇式注浆全充填治理方案治理工程设计：（1）引入了老采空区残余移动角概念，以老采空区残余移动角来确定治理范围；（2）引入条带式注浆设计方法，在保证治理质量的前提下节省了工程总投资。浆液材料：由水、水泥、粉煤灰、速凝剂（水玻璃）等组成。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例为了减轻由于地下煤矿开采所引发的地质灾害对生命财产的威胁，矿山企业及政府将对南河寨村实施整体异地移民搬迁。移民搬迁新址区位于陕西省黄陵县仓村乡塬畔村北，交通便利，地形平坦。移民搬迁工程按照新农村建设标准建设。由于拟建工程区位于陕西省仓村煤业有限责任公司仓村井田的老采空区范围内，所以移民搬迁工程组织实施前必须开展采空区工程地质勘察及稳定性评价工作，对拟建工程场地的适宜性问题予以明确回答，并提出相应的防治工程建议。 1 项目由来第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例采矿地表变形调查钻探工程岩芯地质力学分类岩土样采集岩土体物理力学测试岩体强度参数确定 1/100工程地质测绘建立采空区工程地质模型接受委托、编制工作大纲资料收集（采矿、以往地质及工程地质、水文地质、地表变形调查、航片等资料） 2 、技术路线框图第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例房柱式采空区稳定性评价非连续变形分析连续变形分析采动斜坡稳定性分析工程地质条件分析斜坡稳定性计算老采空区“活化”分析 “三带”发育特征附加应力分析场地稳定性综合评价 2、技术路线框图第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例场地适宜性评价场地适宜性良好场地基本适宜场地适宜性差进行下一步工作采空区治理重新选择建设场地场地适宜性评价 2、技术路线框图第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证拟建工程场地位于黄陵县仓村煤矿井田南部，对应该煤矿的6210、6208、6206和6204采掘工作面，其采空区形成于1988~1989年。该采区采掘方式为房柱式采煤，采七留三，留设了大量的保安煤柱，采掘工作面长约350m，宽100m。拟建工程场地在采掘工程平面上投影区域，其东边为无煤区，南边为塬畔村庄的保护煤柱，西边为井田开拓的运输大巷和总回风巷，北侧为F1断层的保护煤柱。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证 ZK1号钻孔2号煤层岩芯 ZK2号钻孔采空区上覆地层岩芯房柱式采煤采空区第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证 ZK3号钻孔2号煤层岩芯 ZK4号钻孔采空区上覆地层岩芯房柱式采煤采空区第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证 ZK5号钻孔2号煤层岩芯 ZK6号钻孔采空区上覆地层岩芯房柱式采煤采空区第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证的主要结论 (1) 拟建工程场地下伏煤矿采空区的探查结果和采矿活动调查结果基本一致。钻孔探查和采矿调查结果表明采空区和残留煤柱的吻合度达到80%；2号煤层顶底板深度和采空区的深度与钻孔设计吻合度达到85%以上。 (2) 采空区中留设大量的残留煤柱，目前大部分煤柱的完整性较好（如ZK1钻孔、ZK3钻孔和ZK5钻孔），部分煤柱在矿山压力作用下已发生塑性变形，煤柱呈碎末状（如ZK4钻孔）。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区探查与验证的主要结论 (3) 采空区上覆地层岩性变化较大，但无论是砂泥岩还是厚层的中粗砂岩，采空区部位均发生2~3m的掉钻，掉钻深度、进尺与2号煤层的深度、厚度基本一致。由此说明，采空区中仍然存在大量的空洞，且塌实度不高。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 采空区稳定性计算对于房柱式采空区稳定性的影响因素既有先后、主次之分，又相互关联，总是围绕着两种可能的破坏形式进行分析：其一为地表局部塌陷（非连续位移变形），其二为上覆岩体整体下沉（连续位移变形）。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 采空区稳定性计算对于房柱式采空区稳定性的影响因素既有先后、主次之分，又相互关联，总是围绕着两种可能的破坏形式进行分析：其一为地表局部塌陷（非连续位移变形），其二为上覆岩体整体下沉（连续位移变形）。顶板强度校核煤柱强度校核满足强度要求不满足强度要求第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 采空区稳定性计算 Wm’=599 mm； im’= mm/m； Km’=×10-3/m； Um’= mm； εm’= 不满足强度要求地表沉降变形预测第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 采动斜坡稳定性计算斜坡稳定性计算采用“厚表土层圆弧形滑面采动坡体计算方法”和“无稳定水位的单滑面采动坡体计算方法”（《“三下采煤”规程》中附录十一），其中煤层开采厚度取；平均开采深度为200m；开采宽度100m；岩性系数取；坡顶边缘残余下沉值取，残余倾斜值取 mm/m，残余水平变形值取第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 采动斜坡稳定性计算图中“黄色”代表第四系、“灰色”代表侏罗系、“黑色”代表2煤或采空区第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 采动斜坡稳定性计算距坡顶距离与斜坡安全系数之间的关系图根据《建筑边坡工程技术规范》第条款，边坡工程安全等级取为二级，平面直线滑动法安全系数取，圆弧滑动法安全系数取。距坡顶0~100m地段内斜坡的稳定性较差，拟建房屋工程应避让此地段。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价——适宜性评价标准场地适宜性地表变形特点地表移动阶段场地稳定性地表残余变形量煤层情况采空区稳定性采空区“活化” 适宜连续变形衰退期边坡（斜坡稳定性好） im’<3mm/m； Km’< εm’<2mm/m；基岩与采厚比大于30，近水平煤层；稳定性好不活化基本适宜连续变形衰退期边坡（斜坡稳定性好） im’为3~10mm/m； Km’为~ εm’为2~6mm/m；基岩与采厚比小于30，非正规开采方法开采地段稳定性较差活化适宜性差非连续变形活跃期引起边坡失稳或崩塌 im’>10mm/m； Km’> εm’>6mm/m；特厚矿层；倾角大于55°，矿层露头地段稳定性差活化第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价地形地貌特点：拟建工程位于黄土台塬区，场地西侧局部地段将受到斜坡失稳的威胁。在充分考虑采动作用对斜坡稳定性的影响，计算结果表明，距坡顶0~100m范围内斜坡的稳定性较差，靠近公路一侧场地受到斜坡失稳威胁较小。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价煤层情况：拟建工程下伏覆岩与采厚比~（由于上部覆黄土强度较低，抗变形破坏能力差，进行采深采厚比计算时仅取基岩段厚度），小于规范中所规定的30。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价地表移动变形阶段：拟建工程下伏采空区形成于1988~1989年，目前处于衰退期。地表移动变形特点：由于房柱式采空区中预留煤柱失稳具有随机性和模糊性，所以采空区地表移动变形（发生的时间、发生的区域）具有不确定性。根据前面章节从地质条件和采矿条件分析可知，该房柱式采空区地表发生连续变形和非连续变形的可能性均有。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价地表残余变形量预测：地表残余变形量不满足《规程》中的相关规定。房柱式采空区稳定性：拟建工程场地下伏采空区顶板、底板和煤柱的稳定性较差，煤柱存留时间远远超过了煤柱稳定时间，采空区整体稳定性较差。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价综上所述，拟建工程场地靠近黄土台塬的沟谷一侧（距离坡顶100m地段区），适宜性差；靠近公路一侧场地基本适宜，须采取工程措施对采空区进行治理，提高地面建筑工程的安全性。第四节黄陵移民搬迁区下伏采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 场地适宜性评价适宜性差区基本适宜区第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 1 项目由来由于庞庄煤矿工业广场周边分布有煤层采空区和采空塌陷带，该区作为2×300MW(CFB)机组工程建设场地，可能遭受或引发地基不均匀沉降等地质灾害。为避免建设工程在前期建设和服务期遭受或引发地质灾害，徐州矿务集团有限公司与2007年9月7日，委托煤炭科学研究总院西安研究院，对华美2×300MW 发电机组建设场地煤层采空区进行工程地质勘察与稳定性评价工作。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 2 技术路线资料收集采空区工程地质勘察地表沉降残余变形量预计场地稳定性分析及对拟建工程危害程度评价采矿活动调查地表变形调查物探工程岩土体物理力学实验工程地质模型钻孔探查及验证防治措施建议建设场地适宜性评价第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察该勘察区范围的采空区为庞庄煤矿1998年以前开采的1煤、2煤、7煤、9煤所形成，其中：1煤和2煤采空区埋深200～210米左右、7煤和9煤采空区埋深320～340米左右。采煤方法以走向长壁为主，顶板管理均采用自然冒落法。目前，勘察采空区周边3km以内，无任何采煤活动。并且，在采煤远景规划中，也没有对9煤以下煤层，以及周边3km以内煤层进行开采的任何计划。采矿活动调查第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察地表变形调查结果表明：①煤层采空区边缘的沉降量较采空区中心位置小，沉降量一般为~；②单层煤采空区较4层煤采空区的地表沉降量小；③预留保护煤柱边缘的沉降量一般为~。建筑物的变形调查结果显示：位于工业广场保护煤柱区边缘上的建筑，除了1991年以前的建筑物局部发生开裂外，其余建于2000年以后的建筑物均未发现有明显变形开裂现象。采矿活动调查第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察测区存在原生富水裂隙区、采空区裂隙、采空区边缘高电阻率大裂隙区。在1、2、7、9煤的预留保护煤柱上，均存在部分原生富水裂隙区。采空裂隙区主要集中在小号测点区域和大号17号以北区域，该区的电阻率相对较低。采空区边缘高电阻率大裂隙区位于采空区边缘，视电阻率最高，裂隙富水性最差。本次探测出大号点区域的电阻率值较低，说明本区地层的富水性较强。原生裂隙相对较多。瞬变电磁法第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察钻孔布设于采空区与保护煤柱的过渡带区。设计3条钻探剖面线，每条钻探剖面线2个钻孔。其中一个布设在预计采空区上，另一个布设在预留保护煤柱上。钻孔间距约60m左右。总计6个钻孔，每孔深250m。钻孔探查与验证第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察钻孔探查与验证钻孔编号煤层数煤层编号及采厚 (m) 累计采厚 (m) 钻孔勘察确定高度 (m) 近似估算高度h (m) 统计估算高度 (m) C1-1 1 1＃煤 hR = ± C1-2 C2-2 2 1＃煤 hR = ± C3-1 2＃煤 1 7＃煤 HZ= ± 1 9＃煤垮落带发育高度第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 3 采空区工程地质勘察钻孔探查与验证导水裂隙带发育高度钻孔编号煤层数煤层编号及采厚 (m) 累计采厚 (m) 钻孔勘察确定高度 (m) 公式一计算高度 (m) 公式二计算高度 (m) C1-1 1 1＃煤 HZ= ± HZ= C1-2 C2-2 2 1＃煤 HZ= ± HZ= C3-1 2＃煤 1 7＃煤 HZ = ± HZ = 1 9＃煤 2 7＃煤 9＃煤 HZ = ± HZ = 第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 地表沉降残余沉降量预计计算方法及参数参数名称计算剖面编号 1、2煤 7 煤 9 煤采空煤层平均埋深H (m) C1-1’ 202 317 335 C2-2’ 215 340 360 C3-3’ 206 330 350 煤层采空区影响半径r (m) C1-1’ 119 186 197 C2-2’ 126 200 212 C3-3’ 121 194 206 沉降拐点偏移距 S (m) C1-1’ 34 C2-2’ ,C3-3’ 36 主要影响角正切tgβ 水平移动系数b 计算方法：概率积分法第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 地表沉降残余沉降量预计计算结果残余沉降等值线图第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 4 地表沉降残余沉降量预计计算结果（1）残余沉降所占百分率 R：依据下式可以求得残余沉降占总沉降的百分率 R。经过计算，1-1′剖面上R = %、2-2′剖面和3-3′剖面上R = %。（2）场地残余沉降与变形值：7、9煤采空边界处的残余沉降量为~。7、9煤采空边界处于180mm与210mm沉降等值线之间，且偏向210mm线一侧。参照《三下采煤规程》第27条规定，拐点连线（计算边界）处最大残余倾斜值（im’）略大于规定的允许值，即im’＞第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价场地稳定性分析包括2项内容：煤层采空沉降对场地稳定性影响和采煤岩巷对场地稳定性影响。煤层采空沉降对场地稳定性影响：在勘察区内，拐点连线（计算边界）处的最大残余倾斜值（im’）略大于规定的允许值，即im’= ~ mm／m ＞第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价采煤岩巷对场地稳定性影响：由计算可知 Dz + h = + = 。勘察区岩巷最浅埋深H = 205m。显然，附加应力影响深度Dz与岩巷垮落拱的高度h两者之和远小于岩巷埋深H。计算时，通过参数取值已充分考虑了多条巷道之间的耦合加强作用。因此，采煤岩巷对场地稳定性影响极小，可以忽略不计。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价稳定性评价标准危险性分级危险性大危险性中等危险性小采空7、9煤残余变形分区采空沉陷区拉伸变形及裂缝影响带不受采空影响煤层终采时间＜20年＞20年无采空区采空层数单层或多层保护煤柱边缘保护煤柱内部现场建筑物变形破坏情况近几年建筑物出现变形开裂现象无建筑物开裂现象或原变形无发展扩大趋势第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价危险性大区：该区为单层或多层煤层采空区。大面积分布在评价区的西部、北部地区。主要为1、2、7、9 煤三层或四层采空类型，局部为其双层、单层采空类型。7、9煤采空形成时间一般小于20 年；1、2 煤采空形成时间仅在西南部的局部地段小于20 年，其它地段均大于20 年。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价危险性中等区：该区为煤层采空区的拉伸影响带，分布在危险性小区（Ⅰ区）的外围，至危险性大区（Ⅲ区）。评价区西部的庞庄井工业广场、北部游泳池、东部庞东公路位于该区内。该区的西部外围为四层煤采空区，北部外围为单层煤采空区，西北部为双层煤采空区。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 5 场地稳定性评价危险性小区：略呈半圆形分布于评价区中南部之庞庄井工业广场中心部位。该区无采空区，且不受采动影响。铁路以南属于危险性小区，足以保证拟建电厂建筑设施的安全。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 6 适宜性评价危险性大区（Ⅲ区）:该区曾发生采空地面塌陷，残余沉降变形或 “活化”变形灾害的危险性大，场地适宜性差。危险性中等区（Ⅱ区）：该区的西部外围为四层煤采空区，北部外围为单层煤采空区，西北部为双层煤采空区。受采空区残余沉降或 “活化”变形的影响，该区的倾斜变形或拉伸变形，可能发生引发建筑物的局部破坏。因此，场地适宜性中等，为基本适宜。危险性小区（Ⅰ区）：略呈半圆形分布于评价区中南部之庞庄井工业广场中心部位。该区无采空区且不受采动影响。工程建设遭受采空地面沉降危害的可能性小，为建筑适宜场地。第五节华美2×300MW 发电机组采空区勘察与稳定性评价煤科总院西安院刘天林研究员电话：13992859298 第五章工程实例 7 防治措施建议依据厂区总布置设计方案一，拟建的11项建（构）筑物建设场地为危险性中等区（Ⅱ区）为基本适宜建设场地；6项建（构）筑物建设场地位于危险性大区（Ⅲ区），为适宜性差建设场地。因此，建议对采空区上方适宜性差的建设场地及基本适宜建设场地外围，采用注浆加固方案进行治理。谢谢大家！欢迎各位领导、专家讨论！

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