蒙华铁路石膏矿采空区稳定性评价

研究报告　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　Ｉｎｎｏｖａ２ｔ０ｉ１ｏ　５ｎ　Ｎ　ＨｅＯｒ．ａＩｌｄ￣团匿亚圃一■一置｜　■■●一■－　＿　蒙华铁路石膏矿采空区稳定性评价①　袁佶　（中铁第四勘察设计院集团有限公司　湖北武汉４３００６３）　摘要：研究目的：本文结合蒙华铁路石膏矿采空区工程地质勘察，通过对采空区工程地质勘察方法和稳定性评价方法的研究，探讨采空区稳　定性及其对铁路工程的影响，为铁路建设的场地适宜性提供科学依据，为类似工程提供参考。研究结论：采空区工程地质勘察采用地质调绘，　资料收集，调查访问、物探探测　机动钻探等相结合的综合勘探手段，查明线路沿线采空区的详细开采情况；并根据综合勘察成果，采用铁路　工程保护矿柱的设计方法，确定安全边界范Ｉｌｌ，综合评价采空区的稳定性及其对铁路工程的影响。　关键词：石膏矿采空区　高频大地电磁测深法　保护矿柱法　移动盆地边界　中图分类号：Ｕ２１２．２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－－０９８Ｘ（２０１５）０４（ａ）－００５３－０２　近年来，随着铁路工程建设的飞速发　界范围及其与线路的关系，采空区工程地质　岳阳市平江县安定镇梅塘村境内，矿区属　展及矿产资源的不断开发，许多铁路项目　勘察采用地质调绘、资料收集、调查访问、　于高阶地岗地及坳谷区，地势略有起伏，自　右，岗地上植被发育，灌木丛生，坳谷局部　Ｏ。左右，标高在１０１～１　３８ｍ左　无法完全绕避采空区。采空区已经成为影　物探探测、机动钻探等相结合的综合勘探　然坡度约５～１响铁路方案选择的重要不良地质因素…，因　手段。　此必须查明线路沿线采空区的详细开采情　况，确定其影响范围，综合评价采空区的稳　铁路保护矿柱的设计方法确定移动盆地边　程的影响。　　通过综合勘探方法取得的成果，采用　分布小水库和水塘。整个采空区呈近似梯形状。　矿区内岗地区表层主要为Ｑ，“粉质　黏土：褐黄色，硬塑，含砾石约１　５％，粒径　２地层岩性　定性，为铁路建设的场地适宜性提供科学　界范围，评价采空区稳定性及其对铁路工　１．依据。　蒙西至华中地区铁路煤运通道岳阳至　吉安段，线路ＤＫ１５４６＋３００～ＤＫ１５４８＋８００　１采空区工程地质概况　段从湖南平江青山石膏矿（已停采）采空区　１．１采空区概况　２－１０ｍｍ，棱角状，厚约２～３ｍ；表层下部为　Ｑ　３ａｌ粗圆砾土：杂色，稍密～中密，潮湿～饱　右侧通过。为了详细查明石膏矿采空区的边　湖南省平江县青山石膏矿位于湖南省　和，圆砾含量约占５５％，圆棱状，母岩成分　多为砂岩，充填约３Ｏ％～４５％黏性土及砂类　土，厚约１．０～５．６ｍ；坳谷区表层为Ｑ　ｐｌ　粉质黏土：褐黄色，软～硬塑，厚度ｌ～３ｍ，　下伏白垩系上统戴家坪组（Ｋ　ｄ）钙泥质粉砂　岩，棕红色，全～弱风化，其中全风化层厚　度２～８ｍ，强风化层厚度８～１　５ｍ，岩层产状　３０３　－３３８。　７。～８。。　本石膏矿产出于白垩系上统戴家坪组　第二段（Ｋ　ｄ　）钙泥质粉砂岩上部。　１．３地质构造　矿区位于新华夏系、华夏系构造形成　的断陷红色构造盆地内，矿区附近无较大　的地质构造；根据物探成果推测目前线位　和矿区之间发育一条小型断层，断层倾向ｗ　向，断层性质不明。　１．４水文地质　矿区地表水较发育，低洼处分布较多小　水库和水塘。地下水类型主要为第四系孔隙　潜水及基岩裂隙水，不发育，矿区岩性主要　图１　ＥＨ－４测线布置示意图　表１平江石膏矿矿区边界拐点坐标一览表　为钙泥质粉砂岩，富水性较弱，基本可视为　隔水层。　编号　经距　拐点１　５１７１９８．６　拐点２　５１６９６３．０　拐点３　５１６７５６．４　拐点４　５１７２０７．４　２采空区开采情况　２．１矿体基本情况　平江县青山石膏矿开采范围南北长约　纬距　编号　经距　３ｌ６８７６６．０　拐点５　５１７５０９．５　３１６８７５０．３　拐点６　５１７９８１．７　３１６７２６７．８　拐点７　５１７９８１．７　３１６６８７６．９　拐点８　５１７７７０．０　２．５ｋｍ，东西长大于１．３ｋｍ，石膏矿产出于　白垩系上统戴家坪组第二段（Ｋ　２ｄ　）钙泥质　纬距　３ｌ６６３０３．２　３１６６２６８．６　３１６８４２９．５　３１６８４４３．６　粉砂岩上部，开采矿层厚度约１．５～２ｍ，岩　①作者简介：袁佶（１９８４一），男，硕士研究生，工程师。　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　５３　！　：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃＩｎｎｅｌｅｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　研究报告　层产状３０３。～３３８。　７。一８。，开采深度为　地面垂直以下ｌ００至ｌ５Ｏｍ。　沿线路方向布置２条共０．９５ｋｍＥＨ一４　在线路边坡外再加２０　ｍ围护带宽度。按　测线，沿垂直线路方向布置１条共０．　５ｋｍＥＨ一４测线。测线布置如图１所示。　最不利情况考虑，即线路距矿区采矿权边　界最近距离约为４３２　ｉｎ，取采深取埋深　２．２采空区开采方式　本石膏矿共有３个开采井，３＃井与２＃　物探结果表明该段地下岩性较为复　２１　５　ｍ。由于岩层倾向北西向，线路位于　井连通，２＃井与ｌ＃井连通，开采深度为地　杂，共有九处明显的物探低阻区，主要位于　采空区西侧，按最不利情况考虑取沿着矿　面垂直以下ｌＯ０至ｌ５０米（调查）；开采矿层　ＤＫ１５４７＋４ｌ０～ＤＫ１５４７＋６５０左侧４５０ｍ及　层倾向下山方向的边界角Ｂ　０＝５４．７５。来计　厚度约１．５～２ｍｌ矿区开采方式为成片开　ＤＫ１５４７＋６２０左侧５２Ｏｍ－ＤＫ１５４７＋６２０左　算，可以得出线路距离移动盆地最近距离为　采，开采矿层留有保护柱，并用矿渣回填矿　侧４３０ｍ范围内，与调查访问原石膏矿厂长　２６０　ｍ，见图２所示。　井。　确定的最大开采范围基本吻合；物探探测　４．２对铁路工程影响评价　通过采用保护矿柱的方法来计算移动　据当地村民口述矿区曾与６０、７０年　最大采深为２１５ｍ，位于ＤＫ１５４７＋５００左侧　塌陷事件。据现场调查，安定镇浮潭村　向的断层在ＥＨ一４测线２上也有所体现。　（ＤＫ１５４７＋？００～＋８００左￣１５２ｏ　ｍ附近）部　代及９　０年代发生过地面下沉、采空区　４７５ｍ。另外线路附近发育的一条倾向为Ｗ　盆地的安全边界　，按最不利边界条件开采　考虑，即按最大开采边界开采至地面以下　２１５ｍ时，距预测采空区移动盆地边界最小　分老式房屋及水田于７、８年前出现过裂缝，　４采空区的稳定性评价　近年来无变形现象；根据岳阳市国土资源局　４．１移动盆地边界范围确定　地质灾害防治规划，平江县安定镇浮坛村　线路ＤＫＩ５４６＋３００～ＤＫ１５４８＋８０Ｏ段　上垅组存在采空塌陷危害，危及房屋３０间人　主要以路基形式通过，局部以桥梁形式通　口１００余人。　过，离采空区最近的ＤＫ１５４７＋７００处的轨面　标高为ｌ０９．７　ｍ，线路走向近南北向。采空　３采空区工程地质勘察　区位于线路左侧，线路距矿区最大开采范围　３．１资料收集及调查访问　边界最近距离约为４３２　ｍ。　在石膏矿采空区的铁路勘察过程中，　石膏矿产出于白垩系上统戴家坪组第　首先充分收集了既有资料，主要包括：区域　二段（Ｋ　２ｄ　）钙泥质粉砂岩上部，岩层产状　地质资料、矿山地质勘察报告、矿产资源　３０３。～３３８。　７。～８。，受区域构造影响，　规划、分布资料、巷道设计等相关图件及资　倾角变化较大，开采矿层厚度约１．５～２ｍ，　料。此外，本次采空区工程地质勘查还访问　开采深度为埋深１００至１　５０米（调查），物探　了原平江县石膏矿厂厂长、技术人员以及大　探测最大采深２ｌ５ｍ。通过目前搜集到的资　量当地村民。　料，综合考虑，倾角取平均值１７．＝１５。。　通过资料收集和调查访问，初步确定　移动参数选取及计算方法参考《铁路　了平江石膏矿采空区最大开采范围（现场　工程地质手册》（２００５年修订版）【３】及《建　ＧＰＳ测量）及主要采空范围。平江石膏矿矿　筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压　区边界拐点坐标如表ｌ所示。　煤开采规程》　。　３．２物理勘探　采用保护矿柱的方法来计算移动盆地　从收集的既有资料基础上分析，不排　边界范围，根据矿层倾角、采厚及采深，　除有部分采空区域、巷道情况未调查清楚　参考《铁路工程地质手册》（２００５年修订　的可能，为进一步确认采空区的范围，采用　版）表４－５—８，采用类比法，选取走向移动　高频大地电磁测深法（ＥＨ一４）对采空区关　角５＝７８。，上山移动角ｖ＝７２。，下山移动角　键、重点地段进行剖面勘探　，判断覆盖层　＝７８－０．７ａ＝６７．５。。　厚度、可能的采空位置。　铁路此处以路基形式通过，需要考虑　线圈　移　最　路护　萄　大　中带　盆　开　心宽　地　采　度　边　边　霁　霁　＾　，　辘蕊椽斋１１３＇９‰，　地葡舔蕊１０６嘻俩，　＿ｌ　赫酌＿　。　地蕊标蕊ｌ０５　羼　一　“　。憝　钙避隳糖醛墙　一　—舔鼙黩　｝拜祭糕　ｌ∞　蒜｜　图２采空区稳定性分析剖面示意图　５４　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　距离为２６０ｍ，按照《建筑物、水体、铁路及　主要井巷煤柱留设与压煤开采规程　来判　定，采空区对目前线位无影响。　５结论与建议　（１）采空区对铁路工程稳定性具有重　要影响，需采用综合工程地质勘察方法。通　过地质调绘、资料收集及调查访问，同时结　合高频大地电磁测深法（ＥＨ一４）和其它必　要的工程手段，相互验证，相互补充，综合　确定采空区边界范围。　（２）铁路线位距离平江石膏矿采空区　移动盆地边界２６０　ｍ，采空区不会对目前的　线位构成威胁。从安全考虑，为了确保铁路　施工及运营安全，建议严格控制该石膏矿　复采及向线路方向扩界，避免越界开采现　象。　参考文献　【１】刘熙，张昆，李晓凡．铁路穿越小型采空　区稳定性的评价方法研究…．铁道工程　学报，２０１２（Ｉ２）：３２－３５．　［２】潘瑞林．采空区物探方法新探［Ｊ］．铁道勘　察，２０１０（６）：００２３－００２５．　【３】铁道第一勘察设计院．铁路工程地质手　册【Ｋ】．北京：中国铁道出版社，２００５．　［４】国家煤炭工业局．建筑物、水体、铁路及　主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［Ｍ］．　北京：煤炭工业出版社，２０００．　［５１韩康，陈德君．采空区移动盆地评价的探　讨［Ｊ】．高速铁路技术，２０１ｌ（８）：００４４－　Ｏ０４６．　［６】李国和，李桂芳．采空区铁路工程地质选　线研究…．铁道工程学报，２０１２（１０）：　ＯＯ】５一ＯＯ２０．