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某线煤矿采空区工程地质分析某线煤矿采空区工程地质分析旨在评估煤矿采空区对拟建或在建工程的影响，确保工程安全与稳定。采空区由于长期采煤活动形成，普遍存在岩体破碎、地层松散、顶板冒落等问题，易引发地面沉降、塌陷等地质灾害。工程地质分析主要通过地质调查、钻探、物探及数值模拟等手段，查明采空区的空间分布、埋深、充填情况及其稳定性。同时，结合区域地质构造、岩性特征及水文地质条件，评估采空区对地基承载力、边坡稳定性及建筑物安全的影响。分析结果可为工程选址、地基处理方案及灾害防治措施提供科学依据，保障工程建设和运营安全。
表1主要煤层分布情况
沿线含煤地层大部分被第四系风积沙、黄土及第三系泥质 粉砂岩、砂质泥岩和钙质胶结疏松的含砾砂岩所覆盖，一般风积 沙厚0.0~35.0m，新黄土厚约0.0~25.0m输水洞工程施工组织设计，第三系基岩厚1.0 28.0m、各煤层顶板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，次之为泥
常、中细粒砂岩等，各主要煤层的顶板性质见表2
&2 煤居项板岩性及主物理力学指标
各煤层底板岩性多以粉细砂岩、砂质泥岩及泥岩为主，抗压 强度28.4~50.0MPa，比重24.8~26.9kN/m²，容重23.1~26.0 kN/m，软化系数0.36~0.92.为硬岩类，
从煤矿普查试验资料及开采情况看，沿线煤层瓦斯含量很 低，瓦斯成分中可燃气都<52%，均在二氧化碳一氮气带及氮气 一沼气带，矿井开采过程中，井下照明多用电石灯，并以机采、地 采为主，自然通风和机器换风两种通风方式，从未发生瓦斯爆炸 事故，属低沼气煤层
影响煤尘爆炸的主要因素是煤中挥发分，煤的挥发分含量 越高，煤尘爆炸性危险也越大，从收集试验资料看，井田内各煤层
挥发分产率（煤尘爆炸指数）均在30%以上，因此煤尘有 可能。
井田内各煤层变质程度低，挥发分产率及丝炭含量较高，且 含有黄铁矿结核，给煤的自燃提供了条件。从敢芯测定结果看， 煤的自燃倾向等级为易自燃～很易自燃，根据经验资料，开采出 的煤堆放厚度约2.5m以上，在夏季堆放时间30天之久便有自 燃现象。从沿线部分地区煤层自然露头多有自燃现象就证明了 这一特征
表3责通方案采空区现状及主要特点
表4比较方案采空区现状及主要特点
首先粗略估算一下安全开采深度。已知煤层顿角为1°～3 度，开采厚度2.0~4.5m，建筑物安全系数按K=75，则安全开采 深度为150~337.5m。从表3、表4所列采空区埋深看，均小于安 全开采深度，采空区可能引起地表建筑物变形，这就需要对采空 区顶板稳定性、建筑物基底稳定性、以及地表的最大沉降情况进 行进一步的分析。 我们知道，矿层未开采前岩体内部的应力是平衡的，一般情 况下只存在垂直压应力和水平压应力，矿层开采后，采空段周围 岩体失去平衡，围岩应力发生变化。顶板的场落一般是受拉应力 作用，采空区侧壁主要受压应力作用，四角受剪应力作用。如图
陈则连、曹虎、刘振田：某线煤矿采空区工程地质分析
所示采空区，其顶板岩块ABDC在量力G作用下将会下沉，两达 的奥形体ABM和CDN也对其施以水平压力P，因此AB和CD 两个面上存在誉因P的作用而产生的摩擦力F（以下我们把煤矿 各工作面视为小采空区进行计算）
的压力（kN/m/m） G一采空区单位长度顶板上岩层 的总重力。设采空宽度为2a，则
图1基采区受力分析所
其中7一上覆岩层密度，（kN/m）（沿线平均为Y=25.5） H一采空区顶板埋藏深度（m） F一采空区单位长度侧壁摩阻力（kN/m²/m），F=Ptang，其 中为岩层的内摩擦角，沿线平均为35°。 P为樱形体ABM和CDN作用在AB或CD面上的主应力 当P取最大值时，
当H大到某一深度时，顶板上方岩层的自拱力恰好能保持 自然平衡（即Q=0)而不场陷，这时的H称为临界深度H，则
H= tan²(45°)tang
将各矿采空区宽度及各媒层顶板岩层的内摩擦角（分别代 入公式就得到各矿的H。从表3、表4看，临界深度H。可按三种 类型开采方式计算：长壁式开采，工作面宽度150m，则H。= 789m+残柱式和房柱式开采工作面宽16m，留煤柱6m，则H= 84.2m;单独卷道宽3m.则H=15.8m。
6.2采空区地基稳建性分析
由于表3、表4中各矿采空区范围较大，线路均位于影响范 围内，我们再对建筑物地基稳定性做进一步的近似检算。 设建筑物基底的单位压力为R(kN/m2),则作用在采空段顶板上 的压力Q为：
位于采空区上建筑物类型的不同，单位的基底压力R也不 样，本线主要有桥梁和一般路基（路墅）工程。桥梁按32m预应 力混凝土梁，17m高重力式圆端板式墩三层基础（基础底宽555 ×732cm），则墩台基础作用在采空区顶板上的单位压力R=497 kN/m²：一般路基（路墅）工程基础单位压力按R=100kN/m²。根
据三种不同类型采空区分别计算（已知取Y=25.5，=35°）。长 壁式开采段均为一般路基工点，则H=794m；房柱式和残柱式 开采对于路基工程H=84.8m，对于桥梁工程H。=101m；对于 巷道上方的路基工程H=19m
当采空区埋深H
施工组织设计样本6.4地表最大下沉值的预测
从上述分析结果看，采空区顶板及该范围内的地基不稳定， 在一定时间内会发生沉降，采空区地表移动停止时的最大下沉 值就是一个重要参数，因各类建筑物对沉降量的要求不同，最大 沉降量的大小也就关系到各类建筑物基底下采空区是否需要处 理或处理多少的向题，所以有必要再对各采空区的最大下沉值 进行预测。 沿线各矿煤层倾角1～3°，一般为首次采动非充分式采动， 可根据公式分别计算。 首次采动时非充分采动公式如下：
根据各矿参数分别计算和（mm）.结果见表5
表5各果空区地表量大下沉预测值
照表5结果，根据建筑物种类和等级墩沉降要求的不 空区采取相应对策。
一般包括路基（路暂）本体或桥基础宽度、维护带及保护矿柱 三部分。建筑物基础以外保护矿柱宽度L按下列公式计算： L=H·cotp+H·cotp
根据各矿现状及开采方式的下同，可采用不同的处理方法， 其中5#矿埋藏浅井有两层采空区，需注浆处理；8#、9#、16# 矿均已回采报废，井下情况复杂·也需采用注浆处理的方法，其中 8在矿井下残留媒柱者过火t／ccma0066-2018标准下载，灭火时已采用钻孔灌沙的方法填充 部分采空区，灭火钻孔可以用来注浆；4在矿采空区位于隧道润顶 之上，可不处理，但在隧道开挖时注意及时防护；隧道洞身位置的 6一2层煤，在开挖时应注意煤尘的爆炸性和煤层的自燃性；其它 正在开呆阶段的煤矿，井下巷道及采空区尚未破坏，可以采用共 下回填块石的方法处理，这样可以充分利用本地石料及劳动力 资源：对于桥梁工程，在采空区较浅时可采用桩基础，将桩尖置 于采空区底板之下。
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