采空区的勘测及工程处理

采空区的勘测及工程处理措施
11.2.1 小型采空区
一．小型采空区的勘测。
小型采空区的巷道很不规则，且一般历史较久遗迹模糊，勘察难 度很大。
（一）搜集资料 小型采空区一般均未进行过专门的地质勘查，无规则开采，搜集 资料极为困难，需详细向当事者或者当地居民和有关方面的调查。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 采的年限，主要巷道的位置、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和开采计 划，今后规划等。 （二）测绘内容 1．坑洞的分布、位置、断面大小、延伸方向及其相应于铁路的 地表位置。 2．因采空影响而产生的陷坑、裂缝的位置、形状、大小、深度、 延伸方向及其采空区和地质构造的关系。 3．了解采空区附近工农业抽水和水利工程建设情况及其对采空 区的影响。 （三）勘探 若通过搜集资料、调查访问和地质测绘不能查明前述坑洞的有关
采 14- 5
ABDC 因重力 G 的
作用将会下沉。两边的楔形体 ABM 和 CDN 对
P AB CD
P
（F） 采
长
按 14-3
Q=G-2F
(14-3)
式中 Q——巷道单位长度顶板上所承受的压应力（kN/m3/m）;
G——巷道单位长度顶板上岩层的总重力。设巷道宽度为 2a（m）
则
G=γ·H·2a（kN/m3/m）
(二)处理方法
l.根据前述小型采空区顶板和地基稳定性计算分析，当 H> 1.5H0 时，在采空区上的建筑工程，可不做工程处理；当 Ho<H<1. 5H0 时，
在采空区上的重大建筑工程需处理，一般建筑工程可不做处理，当
H<H0 时，在采空区上的所有建筑工程均需处理。
2．铁道部第一勘测设计院根据阳涉铁路小煤窑采空的具体特征：
y
H
tan2 (45
2
)
（14-2）
式中 σz——垂直压应力（kPa）;
σx，σy——水平压应力（kPa）;
γ——上覆岩层重度(kN/m3);
H——矿层顶板埋置深度（m）;
φ——岩层的内摩擦角（°）。
采采 体
处 受 状态 板
落受 2．小型采空区 板
2
图 14-5 小型采空区顶板稳定性
(1) 采 面一
以斜井为主，主巷道呈网状结构，主巷道间距 25～30m，支巷道断面
宽 2.0～2.5m，高 2.5～3.0m，一般为房柱式开采，最后形成长 25～
30m 高 6m、宽 6m 的采空仓，采完即封闭。经塌陷情况调查、典型解
剖、稳定性检算、综合评定后按顶板厚度确定的稳定性分区标准是 ：
6
(l)当顶板为基岩时 Ⅰ——可能塌陷区，顶板厚度小于 30m，所有工程均需处理； Ⅱ——可能变形区，顶板厚度，30～60m，重点工程应处理; Ⅲ——基本稳定区，顶板厚度大于 60m，一般工程不处理，重点 工程结合工程的重要性综合考虑。 (2)顶板为第四系土层时，按 3 : 1 换算为基岩厚度。 对上述稳定性分区标准，只有在当地的煤窑情况与上述情况相近 时，才能参照。对古、小窑采空的稳定性分区，必须根据调查，结合 坑道宽度、高度，开采情况，顶板岩体的性质，地面变形的程度，稳 定检算等综合考虑确定。 3.小型采空是铁路运营中的隐患，变形常突然发生，严重时会造 成列车颠覆。一旦发生，又难以维修养护，往往中断行车，危害性甚 为严重，因此线路一般应以绕避为宜。若必须通过时，必须尽可能查 明情况，彻底处理，不留后患。 4.地下水位的变化对小型采空引起的变形影响很大。因此对小型 采空区附近的工农业抽水以及水库水位变化，要作为重要因素，慎重 考虑。 5.采用雷达或洞探的方法查清路基下的坑洞，进行回填处理.可 消除病害的根源，是最彻底的处理方案。过种处理方法要架空或封闭 线路，工作面要考虑支撑、照明、通风等。 6.把路基改为桥梁跨越采空，将墩台基础置于坑洞底板以下，跨 越小型采空区是稳妥可靠的处理措施。采空分布紊乱一般基础条件很
均布荷载
： ：
h＇
β
必须处理范围
β
（）
图 14-6 小型采空处理范围
45
p 2
（14-8）
p

arctan(tan
c) P
（14-9）
P
l[(h0
h
')
3
l fkp
]
（14-10）
β=45+φ ／2
φ
1
（）
5
l
a
h tan(90
p)
H 2
tan(90
)
（14-11）
式中 p ——顶板的综合摩擦角（°）；
Q G 2aR 2F
H[2a
H
tan
tan 2
(45
2
)]
2aR
(14-6)
同前，当H大到某一深度时，Q 0
2a H0
4a2 2
8a R tan
tan2 (45
2
)
2
tan
tan2 (45
2
)
( 14-7)
(三)用临界深度H0粗略的评价小型采空区顶板及地基的稳定性 当 H < H0 时，顶板及地基不稳定； H0 < H <1.5 H0时，顶板及地基稳定性差； H >1.5 H0 时，顶板及地基稳定。
——顶板的内摩擦角；
c——顶板的粘聚力（kPa）；
P ——垂直压应力（kPa）； ——顶板的天然重度（kN/m3）;
fkp ——顶板演示的坚实系数； h' ——均布荷载换算高度（m）；
h0 ——地面至破裂拱天然高度（m）； a ——采空洞宽度之半（m）；
h ——顶板洞高度（m）；
H ——顶板厚度（m）。
1
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，洞探，物探和钻探等。勘探深度应大于预计的采空埋藏深度。
二．小型采空区的稳定性评价
（一）小型采空顶板稳定性的力学计算
1.顶板应力分析
矿层未开采前岩体内部的应力是平衡的。
应力，计算如式 14-1 14-2 。
z H
（14-1）
x
三．小型采空区工程处理措施
4
（一）处理范围 1.地面变形范围的确定 地面变形范围应根据地表裂缝、塌陷等特征调查测绘圈定。如地 表尚未出现裂缝或裂缝尚未达到稳定阶段时，可参考同类型的小型采 空区裂缝角用类比法确定。 地表产生的裂缝和塌陷的不稳定地段，建筑物应避开，并留有一 定的安全距离。安全距离的大小视建筑物的性质及巷道顶板的埋置深 度而定，一般应大于 5～15m。 2.处理范围的确定 由路基坡脚向外量出3～5m 作且安全距离，再由此点按β角在断 面 上 作斜线交 至采 空区 洞 底板 ，其以上部分即为处理范 围 ，见 图 14-6。
F——巷道单位长度侧壁的摩阻力（kN/m3/m），其值为：
F=Ptanφ
其中 P——楔形体 ABM 和 CDN 作用在 AB 或 CD 面上的主应力，
当取其最大值时
3
P
1 2
H
2
tan（2 45 -
） 2
则式 14-3 为：
Q
H[2a
H
tan
tan 2
(45
2
)]
（14-4）
14-4 H 一
板
拱
( Q = 0)
H
H0,则
H0
2a
tan
2
(45
2
)
tan
(14-5)
(2)用以上各类方法与公式取得的临界深度 H0，可能有一定差别，
应用中还应结合工程地质、水文地质条件，及经验数值，综合分析后
确定。
(二) 小型采空区地基稳定性计算
修采
按 14-6
设建筑物地基
的单位压力为R(kN/m2)，则作用在采空段顶板上的压力Q :