某煤矿采空区治理设计文件Word文档格式.docx

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1

框架

筏片

2.5

120

835.50

833.00

2号楼

835.38

832.88

3号楼

835.22

832.72

4号楼

835.10

832.60

5号楼

834.98

832.48

6号楼

834.86

832.36

7号楼

834.70

832.20

8号楼

834.60

832.10

9号楼

834.72

832.22

10号楼

57.0

15.5

11

3.5

220

835.45

831.95

11号楼

835.60

12号楼

835.75

832.25

13号楼

839.62

836.12

14号楼

38.2

837.50

834.00

幼儿园

52.0

9.2

3

条形

100

综合服务楼

33.8

25.2

市政服务中心

39.0

18

2

80

根据物探资料及钻探验证说明书，本工程建设用地局部处于沁水煤田3#煤采空区范围内，为确保拟建建（构）筑物的安全，受晋城蓝焰煤业股份有限公司的委托，根据国家相关规范、规程及技术要求，同时结合我单位采空区治理设计的经验对本工程范围内的采空区治理区域进行合理的设计。

第二节采空区治理的必要性

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）5.5.7条的规定：

“对次要建筑且采空区采深采厚比大于30，地表已经稳定时可不进行稳定性评价；

当采深采厚比小于30时，可根据建筑物的基底压力、采空区的埋深、范围和上覆岩层的性质等评价地基的稳定性，并根据矿区经验提出处理措施的建议”。

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012），本工程拟建建（构）筑物均为一般～重要建筑物。

依据物探资料及钻探验证说明书，本工程3#煤埋深在82m左右，煤层采高平均厚度5.5m左右，求得其采深采厚比在15.0左右。

综上所述，拟建建（构）筑物为一般～重要建筑物，其存在采空区采深采厚比小于30，本工程为多层及小高层住宅小区，其存在的3#煤采空区为上部建（构）筑物的不稳定因素，为确保上部建筑物的安全，必须对其治理。

第三节设计目的及任务

本次设计的目的及任务是选择安全可靠、经济合理的方案，对晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区建设用地下伏采空区进行治理。

使治理后的场地能满足上部建（构）筑物的地基稳定性的要求。

第四节交通位置及地质环境

一、交通位置

设计区位于山西省晋城市泽州县下村镇岳南村，毗邻省道S332公路，交通极为便利（详见图4-1）。

二、气象

设计区属属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏秋湿润多雨春冬干燥寒冷。

据泽州县气象局1956年～2001年观测资料，本区多年平均气温10.9℃，月平均1月份最低为－3.8℃，7月份最高为24℃；

多年平均降水量616.8mm，最大年降水量为1014.4mm（1956年），最小年降水量为265.7mm（1997年），最大日降水量为176.4mm（1956年7月30日），最大时降雨量为59.2mm，历年来一次最大降水量为114.2mm（1998年8月21日）。

降水的特点是：

①年平均降水量略高于全省平均降水量（400～650mm），是全省平均降水量的1.17倍；

②年平均降水量略高于周边高平市，但与陵川、沁水、阳城持平；

③降水主要集中于每年的7～9月份，约占全年降水量的70%；

④县境内由北向南，由西向东降水量逐渐增大。

多年平均蒸发量为1009.6mm，是多年平均降水量的1.6倍。

三、水文

泽州县境内河流分属于黄河水系和海河水系。

沁河是区内最大河流，它发源于沁源县二朗神沟，经安泽、沁水至阳城与泽州县的交界处流入河南省境内，全长450km，流域面积12800km2，多年平均流量为43.664m3/s。

属沁河支流的有丹河和长河。

丹河是县境内的主要河流，发源于高平市琉璃山丹株岭，经高平、泽州在河南沁阳县汇入沁河，流域面积3150km2，全长162km，泽州县境内长87km，沿途建有任庄、青天河水库和郭壁提水工程，以小会为界，上游为季节性河流，下游为常年性河流。

属丹流的有巴公河、北石店河、许河、东丹河和白水河，均为季节性河流。

长河发源于泽州县五圣山南麓，在赵良村汇入沁河，全长58.15km，流域面积317km2，多年平均流量为0.463m3/s。

东大河属海河水系，发源于陵川县鱼池村，在泽州县西角村出境，流域面积176km2，全长为31.9km。

其含水层组共有以下几类：

（一）松散岩类孔隙水

主要分布于巴公、北石店、城关和南村等山间盆地与丹河、长河河谷地带。

含水层岩性为全新统和上更新统砂砾石。

在山间盆地区，含水层厚度一般2～5m，埋深20～45m，由于采煤活动改变和破坏了当地的水文地质条件，含水层呈逐渐疏干趋势，一般水量贫乏，标准井涌水量小于100m3/d。

水化学类型为H·

S—C·

M型或S·

H—C型，矿化度一般小于0.5g/L，但在城关、北石店、巴公盆地区矿化度达0.65～1.42g/L。

大气降水是盆地区孔隙水最主要的补给来源，在长河谷地除接受降水入渗补给外，还接受西部砂页岩裂隙水的侧向径流补给。

地下水径流方向与地形倾伏方向基本一致，向盆地中心汇流，向长河、丹河及其支流河谷低凹地带径流。

排泄方式除人工开采外，主要是补给下伏裂隙水或岩溶水，在川底一带还排泄于地表。

（二）碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水

主要分布于山间盆地、长河谷地及低山丘陵区。

含水岩组主要为石炭系山西组和太原组。

含水层为数层砂岩及所夹的5～7层灰岩，灰岩层自下而上依次称K1～K7，其中K1、K5灰岩分布稳定，是主要的含水层。

下伏本溪组灰色铝土页岩构成区域相对隔水层。

据开采井调查资料，标准井涌水量大都在100～1000m3/d，局部可达3000m3/d。

山区泉水流量一般小于1.0L/s。

裂隙水水化学类型一般为H·

S—C型，矿化度0.5g/L。

盆地、丘陵区裂隙水补给来源主要是上覆第四系孔隙水的渗透，排泄方式为人工开采、矿山疏干及沿构造裂隙向下入渗补给奥陶系中统岩溶水；

山区接受降水入渗补给，沿层间裂隙向岩层倾斜方向流动，大部分以泉的形式排泄。

（三）碳酸盐岩类岩溶水

境内大部分地段均有分布。

包括奥陶系中统和寒武系中统两个含水岩组，奥陶系下统和寒武系上统为区域相对隔水层。

含水层岩性为奥陶系中统上、下马家沟组灰岩及寒武系中统张夏组鲕状白云质灰岩。

奥陶系中统灰岩质纯，岩溶较发育。

寒武系中统灰岩白云质含量较高，岩溶不发育，以裂隙导水为主，严格讲地下水类型为裂隙岩溶水或裂隙水。

岩溶水富水性极不均匀。

南村盆地、长河谷地及北义城、鲁村一带中奥陶岩溶水井标准涌水量小于566m3/d，而调查区中部城关盆地、巴公盆地、北石店盆地及李庄～水东一带中奥陶岩溶水标准井涌水量在2500m3/d以上，局部可大于10000m3/d；

寒武系中统含水岩组，一般埋藏深，仅在深切河谷的局部出露地表，我院近年在郭壁丹河河谷施工9眼寒武系岩溶水井，其中3眼为自流井，自流水头7～10m，最大自流量4000m3/d，最小自流量130m3/d，反映了其裂隙导水的不均匀性。

该含水岩组目前未充分利用，调查区南部的三姑泉，出露于张夏组鲕状灰岩中，流量3.5m3/s。

岩溶水水化学类型一般为H—C·

M型，矿化度0.3～0.5g/L，水质良好。

该类水目前已成为晋城城市供水和工矿企业的主要供水水源。

该类水主要接受大气降水入渗补给，上覆含水层水越流补给，水库和河道地表水渗漏补给及断裂构造传导补给，以人工开采，向区外侧向径流及泉的方式排泄。

（四）地下水位情况

根据《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区岩土工程勘察报告》（以下简称《勘察报告》太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司，2012年11月12日），设计区地下水位大于20.0m左右，水文地质条件简单。

（五）采空区积水情况

根据附近煤矿相关资料，设计区下伏采空区局部存在积水，具体积水量情况不明。

四、地形地貌

设计区场地西北高、东南低，据《勘察报告》，设计区高程介于830.00m～844.60m之间，最大高差11.6m，设计区场地地貌单元属冲洪积平原。

五、地质构造

设计区位置处于华北地台吕梁－太行断块的东南部，即太行山隆起与太岳隆起间晋东南台凹的南部，区域构造表现出一种以各项构造形迹复合、联合形成的复杂构造轮廓。

晋东南山字型构造脊柱、新华夏晋-获褶断带及其晋城挽近盆地为区域主要构造形迹。

晋-获褶断带呈NNE向展布，南起山西省晋城市南，北抵河北省获鹿，主要由褶皱和断裂两种构造类型组成；

延长达数百公里，宽度为几至几十公里，褶断带总体走向NE20°

～25°

，呈明显的线状延伸。

构造带位于场区东部，距设计区较远，对设计区影响小。

根据附近煤矿地质资料表明，场地岩层倾角约5°

。

第五节工程地质条件

一、区域地质条件

根据地层岩性组合特征及物理力学性质将区内岩土体划分为6类，其主要地层由老至新叙述如下：

（一）中～厚层中等岩溶化坚硬夹软弱灰岩岩组（∈+O）

主要分布于境内东部和南部的柳树口镇、高都镇、北义城镇、土河镇、大箕镇、晋庙铺镇、李寨乡和南岭乡，北部有零星出露。

由古生界寒武系、奥陶系碳酸盐岩组成。

主要岩性为中厚层状致密坚硬灰岩、白云岩、鲕状灰岩及软弱泥灰岩，角砾状泥灰岩。

其中灰岩、白云岩干抗压强度80～130MPa，软化系数0.66～0.88，泥灰岩、角砾状泥灰岩软化系数0.36～0.6。

（二）薄层夹中厚层状软弱夹坚硬泥页岩、煤层夹砂（灰）岩岩组（C）

主要出露于泽州县金村、大箕、犁川、大东沟、山河和柳树口等地，其它地段零星出露。

主要岩性为厚层状灰白色长石石英砂岩、灰色灰岩夹薄层状泥岩、页岩及煤层，底部为铝土岩、山西式铁矿。

该岩类干抗压强度100～1000kg/cm2，软化系数0.30～0.70。

据钻孔勘探资料，强风化深度一般2～3m，最深可达5.2m，其中以泥岩、页岩，煤的抗风化力最弱。

灰岩的岩石物理力学指标：

干容重为2.59～2.66kg/cm3，饱和极限抗压强度71.2～137.9MPa。

地基承载力标准值500～1000KPa，砂岩30～400KPa，泥页岩200～300KPa，煤为100～160KPa。

该岩组中的3#、9#、15#煤是可规模开采的煤层。

（三）互层状软硬相间砂页岩岩组（P1x、P2s）

出露于境内西部长河一带及龙王山、晋普山、方山、水山岭等中低山区，岩性主要为上、下石盒子组砂岩、泥岩、砂质泥岩、页岩，砂岩与泥页岩相间分布，呈互层状，层理发育。

该岩类干抗压强度40～150MPa，饱和抗压强度15～80MPa，软化系数0.38～0.65，砂岩坚硬性脆，泥页岩软弱，易风化。

（四）粘性土类单层土体（N2、Q2）

广泛分布于盆地区和丘陵边缘。

该岩类以褐红色、棕红色粘土、粉质粘土为主，富含钙质结核，钙质结核成层性较好，一般分布有3～5层。

据钻孔样品测试：

粘土、粉质粘土的天然含水量16.8～29.3%，天然密度1.86～2.09g/cm3，比重2.71～2.74，塑性指数10.2～16.8%，液性指数0.9～＜0，压缩系数0.06～0.53MPa－1，压缩模量4.515～23.771MPa。

该类土一般呈可塑～硬塑状态，无湿陷性，无胀缩性，地基承载力标准值在200～300KPa之间，为较好的天然地基。

（五）粉土、砂砾石双层土体（Q3）

指分布于近代河谷两岸及盆地、丘陵区的上更新统冲洪积、坡洪积粉土及砂砾石层。

该类土一般呈可塑状态，稍湿～湿。

物理力学指标：

天然含水量17.0～31.0%，天然密度1.74～2.12g/cm3，比重2.69～2.71，天然隙比0.573～0.953，饱和度72.0～100.0%，液限25.3～31.4%，塑限17.4～22.8%，塑性指数6.2～10.0%，液性指数0.40～＜0，压缩系数0.11～0.49MPa－1，压缩模量3.51～13.4MPa，湿陷系数0.011～0.016。

（六）砂卵砾石类单层土体（Q4）

分布于长河、白水河、丹河、巴公河河谷。

第四系全新统，岩性以砂卵砾石类土为主，中密～密实状态；

该类土地基承载力高，承载力标准值大于200KPa，压缩性小，透水性强，为良好的天然地基。

另外区内盆地区表部普遍分布一层杂填土，厚度一般小于2m，局部厚度可达10m以上。

二、设计区地质条件

设计区进行采空区验证时施工的4个钻孔均为无芯钻进，根据《勘察报告》及区域地质资料，设计区地层由新至老分述如下：

（一）素填土，黄褐色，以粉土为主，含煤屑、砖屑等，稍湿，稍密。

实测标贯击数4-10击，平均6.7击。

静力触探锥尖阻力为2.19MPa，侧壁阻力37.2kPa。

（二）黄土状粉土，褐黄或褐红色，含云母、氧化铁等，湿，稍密—中密，具中等压缩性。

实测标贯击数4-10击，平均6.6击。

静力触探锥尖阻力为2.02MPa，侧壁阻力61.9kPa。

（三），粉质粘土，褐红色，含云母、氧化铁等，可塑，具中等压缩性。

实测标贯击数6-15击，平均10.8击。

静力触探锥尖阻力为3.38MPa，侧壁阻力112.5kPa。

（四）粉质粘土，褐红色，含云母、氧化铁等，软塑—可塑，具中等压缩性。

实测标贯击数5-13击，平均7.7击。

（五）粉质粘土，褐红色，含云母、氧化铁等，可塑—硬塑，具中等压缩性。

实测标贯击数10-23击，平均15.5击。

（六）含砾粉质粘土，杂色，由粉质粘土、圆砾、粗砾砂混杂分布，中密。

实测标贯击数18-29击，平均22.1击。

（七）泥岩，褐灰色，强风化，极破碎，遇水软化，属极软岩，岩体基本质量指标Ⅴ级。

（八）砂岩，褐灰色，强—中风化，破碎，属软岩，属极软岩，岩体基本质量指标Ⅴ级。

（九）泥岩，褐灰色，中风化，破碎，遇水软化，属极软岩，岩体基本质量指标Ⅴ级。

（十）砂岩，褐灰色，中风化，较完整，属较硬岩，遇水软化，属极软岩，岩体基本质量指标Ⅳ级。

第六节采空区的分布特征及其稳定性

一、设计区采煤情况

根据资料调查及走访，设计区周边在上世纪90年代至本世纪初采过煤。

目前已全部关闭，当时为小窑房柱式开采，主采3#煤，煤厚约5.5m，采煤深82m，回采率约40.0%。

二、采空区的分布特征

根据物探资料钻探验证说明书，设计区2#煤埋深82m左右，设计区局部已被采空，其中影响建设场地稳定性的空区面积约20423m2（以现有资料圈定）。

三、煤矿采空区变形及其稳定性评价

（一）采空区地表变形

根据物探资料及现场踏勘调查，设计区局部地区3#煤已采空；

采空区分布范围详见《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区建设用地采空区治理钻孔设计图》。

根据现场踏勘调查，设计区曾发育地裂缝，同时局部出现过小范围塌陷，裂缝及塌陷坑近多年雨淋日晒及村民复垦土地填埋，目前地表已无明显痕迹，但裂缝仍然存在。

（二）采空区的地基稳定性分析

对煤层采空区而言，由于煤层的采煤活动，改变了岩体的应力状态，整体上看场地内的岩体均受到煤层采动的影响，岩体的稳定性变差，垮落带内充填物碎块较为松散，空隙大小不一，当存在有上覆荷载时，将会产生压密过程，导致地面位移和变形，是工程建设的不稳定区域，要求对建筑物下的采空区块段进行治理。

四、采空区稳定性评价

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），本工程拟建建（构）筑物均为一般～重要建筑物。

第二章采空区治理工程设计

第一节主要工程关键点设计方案概述

本设计方案依据国家有关法律、法规，结合现场踏勘对采空区治理从设计目的、设计依据、治理范围、治理深度、治理方法的对比及选择、治理方法的可行性、治理工作量的设计进行了阐述，力求做到治理方法科学合理，治理投资最优化，现分别叙述如下：

第二节采空区治理设计

一、设计目的

本场地采空区治理工程设计的目的就是通过对采空区进行治理，满足上部建筑的场地稳定性要求，不产生破坏和影响拟建（构）筑物正常使用，同时满足松动土/岩层的承载力及变形要求。

二、治理方案

依据《矿山开采沉陷学》理论及煤矿“三下”采煤经验，结合国内多个采空区治理工程实践，通常采用条带式注浆法和全充填注浆法。

条带式注浆法是在采空区影响范围内，在采空区形成类似煤炭系统的“保安煤柱”，起着支撑采空区及上覆岩层的作用，该方法材料用量较小，但施工工艺相对复杂，造价相对较大。

全充填注浆法是在采空区影响范围内，按一定孔距和排列方式，布设足量的注浆孔，用钻机成孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落塌陷。

全充填注浆法已在国内多个采空区治理工程中取得了成功的经验，该方法施工相对简单，安全性高，施工工艺成熟，施工易于管理，但缺点是材料用量较大。

两种方法比较，本次注浆采用全充填注浆法。

由于煤层采出后顶板岩层变形严重，采空区大多呈冒落状态，故在注浆过程中可依据岩体的连通程度选用不同配合比的浆液进行灌注。

同时加入细粒石子，以此减小浆液的流动性能，在钻孔预设的影响半径范围内形成结石体，充分利用煤层顶板灰岩的强度，形成稳定的岩体支撑结构，以求完全充填岩体裂隙，提高岩体的整体强度。

在采空区的注浆施工顺序上采用先施工帷幕孔，后施工注浆孔的二次序施工顺序。

三、设计依据

根据治理方案确定的方法和以往的治理经验，本地区采空区采用全充填注浆法治理，即在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液固化后胶结岩层裂隙带，同时采空区内的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落，防止地面因冒落而引起的沉陷变形，保证拟建建筑物的稳定。

本设计文件所依据的规范、规程主要有：

1.《岩土工程勘察规范》（GB50021-2009）；

2.《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）；

3.《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）；

4.《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）

5.《工程勘察设计收费标准》（2002）

6.《水工建筑物水泥注浆施工技术规范》（DL/T5148-2001），电力部，2001.12；

7.《采空区公路设计与施工技术细则》（中华人民共和国交通部，2011，以下简称《技术细则》）；

8.《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-2006）

9.《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596—2005）

10.《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB/T—175—1999）

11.《施工现场临时用电安全技术规程》（JGJ46—88）

12.《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33—2001）

13.《采空区治理工程施工质量评定标准》（试行）

本设计文件所参考的主要技术资料有：

1.《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区岩土工程勘察报告》（以下简称《勘察报告》太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司，2012年11月12日）；

2.《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁住房小区验证孔说明书》；

3.采用1954年北京坐标系，3度带投影，中央子午线为111°

；

4.采用1956年国家高程基准。

四、采空区治理范围及深度

（一）采空区治理范围

参照《规程》及《技术细则》，其采空区治理范围按下式确定：

H＝h1/tgφ+h2/tgγ

公式中：

H——建筑物治理区域外墙投影线外延范围（m）；

h1——上覆松散层厚度（本次设计取平均厚度27m）；

h2——上覆基岩厚度（本次设计取55.0m），

φ——松散层移动角（本次设计取55°

）

γ——基岩移动角（本次取73°

经计算，本次采空区治理范围为建筑外墙投影线外延35.7m。

考虑到矿区建（构）筑物安全保护等级及荷载要求，同时根据《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区建设用地采空区治理钻孔设计图》显示的建筑物边线局部和红线重合，结合我单位相关工程治理经验，本设计治理范围为物探圈定的全部采空区异常区。

治理总面积约20423m2，其中Ⅰ区治理面积约4088m2；

Ⅱ区治理面积约3438m2；

Ⅲ区治理面积约12897m2。

需要说明的是，由于设计区未做详细采空区勘察以及征地红线外未做物探，该设计治理面积是根据现有资料圈定的面积，可能与实际情况有出入，特别是临近建筑物且未做物探的35.7m范围内，在实际施工过程中，应根据实际情况及时进行修订，确保治理面积准确有效。

各采空区治理分区详见《晋城蓝焰煤业股份有限公司公共租赁房住宅小区建设用地采空区治理钻孔设计图》。

（二）采空区治理深度

根据及治理目的，本次采空区治理深度为地面至3#煤层底板下2.0m，设计注浆孔深度平均90.0m。