建筑场地老采空区勘察及处理方法

建筑场地老采空区勘察及处理方法引言

在过去的几十年中，由于煤炭资源的开采，在中西部地区的一些老能源基地造成了大规模、大范围的采空塌陷区，导致上覆岩体冒落、断裂和弯曲，使岩体力学强度降低，造成老采空区上方建筑地基的承载能力下降。随着西部大开发战略和基础建设的加速实施，随着小城镇建设的不断发展，由于可供建筑的地面严重不足，一些地区工业厂房和住宅楼不得不建在老采空区上方。在建筑物荷载作用下，有可能使原本处于相对平衡状态的冒裂带岩体重新活化，使冒裂带岩体再压密。地下残留空洞再冒落，导致地表产生附加移动和变形，进而使新建建筑物沉降，局部开裂、倾斜、直至倒塌。因此，开展对老采空区建筑地基稳定性评价及其变形破坏规律的研究工作，对老采空区建筑地基的处理，采空区建筑物的布置及其抗变形结构设计等都具有极其重要的理论和实际运用价值。目前，采空区建筑地基的处理一般采用灌浆技术，针对该项技术的研究和工程实践已有十多年的时间，取得了一定的成效，但是，由于对老采空区建筑物移动变形规律研究不够，一方面在采空区建筑地基处理设计中忽视了采空区的影响，留下了安全隐患;另一方面，使得采空区建筑地基处理设计的安全性偏高，增大了建设费用。根据大量资料表明，矿区停止开采以后，采动破碎岩体会进行长期的蠕动，地表会继续进行缓慢的移动变形。并且开采沉陷使采空区形成由残留空洞和破裂岩体构成的不良地质条件。考虑采空区上方建筑荷载有可能使得原本处于相对平衡状态的上覆岩层重新发生“活化”，从而威胁到建筑物的安全和稳定。因此，前期勘察中对采空区采深、采厚以及采空范围的划定就显得无比重要。在实际工程勘察中，由于建

筑场地范围大、地质异常区不清楚、钻探成本高等原因，导致直接采用钻探对建筑场地进行勘测经济成本高而结果不理想，文中主要探讨采用物探与钻探相结合的综合勘察方法，先划定物探异常区再进行钻探验证，旨在结合工程实例说明其可行性以及实际效果。

1老采空区现场勘测技术与方法

建筑场地工程地质采矿条件的调查，主要是收集包括地形地貌、地质构造、水文气象条件、采空情况等详细资料，并对矿区分布图、地貌图、地质柱状图等资料进行分析，采空区初步勘探工作步骤如图1所示。

2采空区综合物探与钻探验证

2．1瞬变电磁法勘探技术

瞬变电磁法属于主动性勘测方法，适合目标埋深50～600m，适合于复杂地形，具有自动化数据采集、施工难度小等特点，但容易被常见的导电体等因素干扰。老采空区中遭到破坏的上覆岩层的电阻率、密度、弹性等物理特征相对于完整覆岩发生的巨大改变，为使用物探勘测采空区提供了物理前提。瞬变电磁的工作原理:瞬变电磁法(TEM)，是一种时间域电磁法。其探测原理是在发送回线上加载电流脉冲击波，产生一个向地下传播的一次磁场，在受到地下不均匀介质的影响后将产生涡流，俗称“烟圈”。由于一次场的频率域较高，屈服深度小，衰减快，因此可以探测浅部地层。该“烟圈”在衰减过程中会产生二次场向地表传播，该二次场屈服深度大，能够反映深部地质的电性分布。由于实际地下介质电性不同，在视电阻率图上会产生异常现象，推断矿体、地下水、残留空洞等的位置。图2为瞬变电磁法在矿区的视电阻率剖面等值线图，可以清楚地反映地下采空区的空间位置特征。采空区的地质及其地球物理特征:根据

矿区生产地质报告及其他相关资料，矿区内不同深度覆岩岩性电性特征见表1。 一般情况下，岩石的电阻率除了跟其物质组成有关以外，还跟其岩石的含水率有着密切的关系，即岩石的含水率越高，则其电阻率越低，反之亦然。在采空区上覆岩层发生破坏以后，其整体的电阻率会高于完整岩体的电阻率，而在边缘区域，电阻率相差不大，且呈现层状延伸状态。如果含有充水裂隙的岩层其整体区域电阻率降低，会在视电阻率图上显示为低阻异常。由于空气的电阻率较高，空气附近区域的电阻率会明显高于周围未采空区的电阻率。由于煤层的开采，采空区上覆岩层破坏后形成“三带”，该三带内岩性裂隙发育，此区域岩性的电阻率会高于正常覆岩。

2．2高密度电阻率法

高密度电阻率方法一般在地面布置很多电极，电极的位置在不断的改变，同时把电极先相关的位置测出来，从而达到对不同的深度探测的目的，如图3所示。矿井高密度电阻率法是一种新型的直流电法技术，是集测深和剖面于一体的一种多装置，多极距的组合方法，具有一次布极即可进行多点，多极距和多参数的数据采集的优点;并通过数据处理求取比值参数，可突出异常信息，减少多解性与其它方法比较，此法具有高效率、信息丰富、解释方便、勘探能力显著。可减少井下通讯不便可能造成的跑极错误和保证电极接地条件稳定的特点，是用于解决开采地质条件和水文地质等问题的理想矿井物探方法，非常适合井下施工。

2．3工程钻探验证

钻探是以“点”的方式直接获取采动岩体破坏情况，探明地下覆岩结构特征的最直接和最有效的方法。从钻探过程中获取的资料不仅可以用来查明垮落带、裂隙发育以及覆岩情况详细的资料，而且