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临涣工业园区非采动沉降安全监测研究

文档作者：许延春，孙晓虎，喻怀君文档来源： 1．中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院 2．淮北矿业(集团)公司技术部		点击数：	更新时间： 2022年11月28日
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第3期
201 1年6月
矿 山 测 量
MINE SURVEYING
NO．3
Jun．2OI1
r ～ 一1
{开采沉陷}
L ⋯ ，、．。 -f
临涣工业园区非采动沉降安全监测研究
许延春 ，孙晓虎 ，喻怀君
(1．中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京 100083；
(2．淮北矿业(集团)公司技术部，安徽淮北234000)
摘要：临涣工业园区内建有电厂、选煤厂(扩建)、焦化厂、化工厂等多个大型项目，根据各项目相对
位置关系合理布置观测点进行地面沉降观测，掌握了矿井疏水导致工业园区地面沉降的规律，即沉
降量小、倾斜小，并得出了矿井疏水对地面建筑物无开裂损坏性影响的概念。
关键词：非采动沉降；观测； 四含水位；地面倾斜； 无开裂损坏性影响
中图分类号：TD325 ．4 文献标识码：B 文章编号：1001—358X(201 1)03—0066—03
临涣工业园区位于安徽省淮北市濉溪县韩村镇
境内，与临涣矿区相邻。园区建于2005年，自东向
西依次建有电厂、选煤厂(扩建)、焦化厂、化工厂，占
地总面积2．7242 km ，共投资180亿元。目前，园区
已成为淮北市第五大税源产业，未来将成为淮北矿
区甚至安徽省十分重要的工业园区。
园区内项目具有大型设备多，对地面沉降和变
形要求高，项目投资高，服务年限长等特点。而过去
对于园区地面沉降的研究较少，观测资料缺乏，不能
满足实际生产需要。因此，为了掌握矿井疏排水以
及松散层内部变形造成的地面沉降情况，保障重大
建筑物不受非采动沉降 的影响，特建立地面沉降
观测网进行数据观测。通过5年来的地表沉降观
测，不仅掌握了地表非采动沉降规律，同时也为评价
地面沉陷对电厂重大建筑物的影响提供了基础。
1 工业园区水文地质概况
工业园区所在区域的松散层厚度受基岩起伏的
控制，由东向西厚度增加，在矿区内一般厚度为230
～ 260 m，赋存较稳定。整个松散层按其岩性组合及
区域剖面对比，自上而下划分为四个含水层(组)和
三个隔水层(组) 。。‘ 。其中，～ 、二、三含属于上部
受大气降水影响系统；四含属于下部受井下疏水影
响系统。两个系统水位变化具有相互独立的特征：
一含的水位变化与丰枯水季具有较好的同步性；四
含主要是通过区域侧向迳流补给和下伏太灰水的顶
托补给。三隔基本阻隔了四含与上部含水系统之问
的水力联系，从水位下降趋势判断四含所受到补给
量较少。井下采掘工程形成采动裂隙和构造裂隙导
66
通四含，地下水泄入井下是四含水的主要排泄通道。
四含水位下降是工业园区地面沉降的主要动
力，其总厚度为0～32．9 m，平均14 m左右，单位涌
水量q=0．0493—0．64 L／s·IYI，渗透系数K=
0．1543～5．05 m／d，静止水位埋深0．8～3．87 m，富
水性弱一中等。2005年后临涣矿区对于四含水位变
化进行了定期观测，主要观测的钻孔有海孜06一观
1、临涣85—02、临涣85—01，观测成果如图1所示。
图1 临涣矿区四含水动态
由图1可知：海孜06一观l孔水位2007年后有
小幅上升，2009年后开始呈疏降态势，2007年1月
水位标高为一102．3 m，2010年8月水位标高为一
1 18．06 m，水位下降l5．76 m，下降速率约为
4．4 m／a；临涣85—02孔、85～01孔水位2005年以
后基本持平，下降速率低于1．5 m／a。
2 工业园区非采动沉降观测
为了及时掌握工业园区地面沉降情况，在lL业
园区建成后在工业园区范围内布置了数据监测网，
以期做好地面沉降观测工作和建筑物保护工作，保
障工业园区重大构筑物及设备的正常运营。
第3期 许延春等：临涣工业园区非采动沉降安全监测研究 2011年6月
工业园区地面沉降监测网包括有1个基准点，
19个观测点，长期进行数据观测，其中基准点为临涣
矿基岩标，风补观测点位于风井处，小湖孜观测点位
于工人村内，其余观测点分布在水厂、电厂、选煤厂、
铁运处、焦化厂区域，平面布置示意如图2所示。
临涣
图2 监测网平面布置示意图
由图2可见，当距电厂最近的临涣矿945工作
面开采时，通过观测地面沉降可评价采煤对电厂等
地面沉降的影响，945工作面距电厂约430 m，大于
按移动角确定的开采边界292 m和按边界角确定的
开采边界312 m。表明电厂、选煤厂和焦化厂位于开
采边界之外，临涣矿工作面开采造成的直接沉陷不
会对工业园区建筑物和设备造成不利影响。
3 观测资料整理分析
首次观测时间为2007年12月29日，至今已进
行了6次观测，观测结果见表1。得到近几年工业园
区非采动沉降的数据，考虑到数据的可用性以及电
厂在工业园区中的特殊性和重要性，特选取电厂周
围观测点的数据进行重点分析，可得到电厂及风补
的沉降观测结果(表2)，电厂相对沉降量变化趋势
(图3)和电厂累计沉降量变化趋势(图4)。
3．1 电厂地面沉降
(1)位于临涣矿的基岩标，其高程观测数据6
次均为29．71870 m，未发生疏降或抬升，该基准点是
稳定的。风补点有小量沉降，小湖孜点是稳定的。
(2)风补观测点近几年处于持续下沉状态，但
每年的地面沉降量有所差异，均只有几毫米；而电厂
表l 临涣工业园区沉降观测结果
点 号 原 始 第一次
2007．12．29
高程(m) 高程( )
第二次 第三次 第四次 第五次 第六次
2008．05．14 2008．11．25 2009．05．05 2009．12．08 2010．09．27 备注
高程(m) 高程(m) 高程(m) 高程(ITI) 高程(m)
29．7l870 29．7l870
28．29900 28．29900
29．02043
29．34339
28．68057
28．63730
28．85104
29．58746
29．71870 29．71870 29．7l870
27．73085 27．7262l
28．29900 28．29900 28．29900
29．34924
28．69543
28．67971
28．63929
29．35575
28．70l27
28．68365
28．64372
29．36083
28．70480
28．68909
28．64705
29．71870
27．72441
28．30000
27．77820
27．73750
29．O3240
28．91100
29．36740
28．7l15O
28．87680
29．60850
28．35660
28．40490
28．49320
28．30720
29．71870
27．7l832
28．30000
27．75127
27．71527
29．O268O
28．90545
29．36404
28．70738
28．87542
29．60522
28．35518
28．40626
28．48996
28．35975
临涣矿
风井
工人村
水厂
电厂
选煤厂
铁运处
28．74790 焦化厂
29．5613O 29．56107
67
标 孜
石 0湖蝴 腿 呲
第3期 矿 山 测 量 2011年6月
10
世 15
一21)
一
时间(a)
— — ◆—- 朴
20_ll1 — ● 一【"
— — ■r— j
— — { 一I
— — ÷÷一I)I2
图4 电厂累计沉降量变化趋势
周围四个观测点D7、D8、D9、D12从2007年至2009
年底未发生持续地面沉降现象，反而出现了小幅抬
升现象，每年均抬升几毫米，表明此期间工业园区内
呈持续上升态势，直到进入2010年才出现地面沉
降，沉降数值基本相近，表明工业园区非采动沉降均
匀，近几年地面沉降总体趋势为先持续抬升后下沉。
(3)至2010年10月，风补观测点累计下沉
12．53 mm，最大下沉量出现在2010年，为6．09 mm，
年平均沉降量为4．56 mm。
(4)2007至2009年12月，D7观测点累计抬升
量为24．01 mm，D8观测点累计抬升量为16．07 mm，
D9累计抬升量为8．52 mm，D12累计抬升量为
9．75 1／1／2"1。对比海孜06观1孔水位变化可见，2009
年以前四含水位也有一定量的回升。通过到临涣等
矿调研，认识到2005年到2009年底，采煤工作面主
68
要布置在深部，采动裂缝对四含疏降的水量少，因此
水位回升，地面也相应抬升。
(5)2009年12月8日至2010年9月27日，D7
点下沉量为3．36 mm，D8点下沉量为4．12 11"1111，折算
成年沉降量分别为4．19 mm、5．13 mm。沉降原因主
要是临涣浅部的945工作面开采对电厂附近的四含
水位进行了较大强度的疏降，对比海孜06观l孔水
位也出现了下降现象。故导致地面沉降。
3．2 焦化厂、水厂、选煤厂和铁运处地面沉降
(1)焦化厂
2009年12月8 13至2010年9月27日9个半
月时间，M2点下沉了0．23 mm，下沉量小。两点下
沉量接近，表明地面倾斜值小。
(2)水厂
2009年12月8日至2010年9月27 9个半
月时间，s1点下沉了2．67 mm，S2 点下沉了
2．22 mm，下沉量小；两点下沉量接近，表明地面倾斜
值小。
(3)选煤厂
2009年l2月8日至2010年9月27日，Ll点下
沉了】．42 mm，L3点下沉了1．36 IYlln，下沉量小；两
点下沉量接近，表明地面倾斜值小。
(4)铁运处
观测点损坏。
4 结 论
工业园区观测表明：
(1)工业园区地面沉降量小，倾斜值小，表明园
区整体处在临涣矿采动影响范围以外。
(2)工业园区的地面沉降与抬升，主要受四含
水位疏降和回升的影响。
(3)工业园区建筑物没有出现明显的开裂情
况，表明四含水位疏降对建筑物无开裂(下转第87页)
第3期 方 军：浅埋藏煤层上方地基稳定性评价探讨 2O11年6月
载影响深度(H )分别为21 m、23 m、25 rfl。两者之和分别为
62 m、64 m、66 m。又因拟建区域内煤层最小采深为58 I'll，依
据前面给出的判断式，可以认为新建住宅有可能使浅部采空
区地基处于相对不稳定状态。
3 岩移预计与建筑可行性评价
3．1 地表残余变形
依据该区域开采资料，选取概率积分法预计参数如下
下沉系数：q．=0．05—0．1
重复采动系数：q =1．1
水平移动系数：6=0．34
主要影响角正切：tgB=1．8
开采影响传播系数：k=0．6
预计结果见表2。
表2地表最大残余变形值预计结果表
据预计可知煤层露头影响范围地表残余 ⋯ =150 mm，
i⋯
= 2．5 mm／m ，s
⋯
= 1．1 mm／m ，8⋯ Ⅱ =1．1 mm／m 。一
般集中变形是正常变形的4倍，则在煤层露头影响范围内有
可能产生地表残余最大残余i⋯ =10 mm／m，s⋯ =4．4 mm／m，
新建建筑物有可能产生III级中度或IV级严重损坏。
3．2 建筑可行性评价
从国内众多矿区采动区、采空区地面建筑实例来看，该区
域作为规划建设用地新建农村住宅是可行的，由于受浅部老
采空区的影响，拟建区域地表今后还将产生一定量的残余沉
陷变形，新建建筑物受地表残余沉陷变形影响，要产生一定程
度的损坏，因此对新建建筑物要采取能够抵抗地表残余沉陷
变形的抗变形结构技术措施，对不稳定的采空区区域应进行
注浆处理或加大建筑物的抗变形结构技术措施。
4 结 论
X煤矿某区域作为规划建设用地新建农村住宅是可行
的，由于煤层埋藏较浅，受老采空区的影响，拟建区域地表今
(上接第68页)
损坏性影响。
参考文献：
[1] 许延春，耿德庸，申宝宏．淮北临涣矿区地层非采动沉
降分析[J]．岩土工程学报，1994，16(6)．
[2] 许延春，耿德庸，官云章等．深厚含水松散层的工程特
性及其在矿区的应用【M]．北京：煤炭工业出版社，
2003
后还将产生一定量的残余沉陷变形，因此对新建建筑物要采
取能够抵抗地表残余沉陷变形的抗变形结构技术措施，对不
稳定的采空区区域应进行注浆处理或加大建筑物的抗变形结
构技术措施，能够确保新建建筑物的安全正常使用。建议新
村庄做为建筑用地应做回填复垦设计和进行建筑平面规划，
并结合相应的地表残余沉降变形等值线图实施。建议在建设
区域内做工程勘察和回填后地基土承载力试验，并建立地表
及建筑物沉降观测站，定期进行观测，以便监测采空区地表及
建筑物的下沉情况，发现问题，及时处理。
参考文献：
-
[1] 邓喀中．开采沉陷中的岩体结构效应[M]．徐州：中国
矿业大学出版社，1998．
[2] 郭广礼．老采空区上方建筑地基变形机理及其控制
[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2001．
[3] 郭广礼，张国信，刘丙方．地面荷载对地下采空区的临
界扰动深度及其影响[J]．矿山压力与顶板管理，2004
(1)．
[4] 钱呜高。缪协兴，许家林．岩层控制中的关键层理论研
究[J]．煤炭学报，1996，21(3)．
[5] 张俊英．老采空区新建住宅楼裂缝原因及防治措施
[J]．矿山测量，1999(5)．
[6] 王存煜，郑贵等．老采空区上建住宅楼问题的探讨[J]．
煤炭工程，2004(10)．
[7] 滕永海，张俊英．老采空区地基稳定性评价[J]．煤炭学
报，1997，22(5)．
[8] 张宏贞，邓喀中，谭志祥等．老采空区残余移动变形分
区研究[J]．矿山压力与顶板管理，2005(2)．
[9] 秦植海．土力学与地基基础[M]．北京：中国水利水电
出版社．1998．
作者简介：方军(1982 一)，男，2006年毕业于中国矿业大学
矿山测量专业，从事“三下 采煤与矿区土地复垦研究工作。
(收稿日期：2011一O2—28)
0 0； ) ； t t= 0 t；产
[3] 许延春．临涣矿区地层非采动沉降及其对井筒作用影
响的研究[D]．北京：煤炭科学研究总院，1992．
作者简介：许延春(1963一)，男，河北乐亭人，研究员，博士。
2002年l2月毕业于煤炭科学研究总院，目前在中国矿业大
学(北京)资源与安全工程学院从事水体下采煤、井筒破坏
治理和岩土工程问题的研究与教学工作。
(收稿日期：2011—01—19)
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