地下采煤活動對地面斜坡、民宅等變形調查評價

一、前言

湖北省恩施州內煤礦眾多，目前恩施州內有煤礦山100余個。每年煤礦山附近居民與煤礦企業扯皮不斷，附近居民其房屋建筑、道路、坡坎產生了變形破壞，疑為附近煤礦采煤活動所致，要求政府對此進行調查核實并落實解決此問題。

為此，各縣（市）國土資源局多次委托我單位開展煤礦山地質環境影響調查，提供煤礦采礦活動是否對地面民宅構成危害的調查評價報告。

二、工作內容

針對委托書，我隊一般工作內容為：調查礦山地質環境條件；調查礦山開采情況與井下變形破壞特征；調查地面和房屋變形破壞現狀與特征；對房屋及巷道進行工程定測。

井下巷道主要采用全站儀輔助半儀器法測量（主要低矮巷），地表建筑物及變形點采用全站儀測量，精度能夠滿足調查評價要求。

三、礦山開采概況

恩施州煤礦礦山開采歷史久遠，集中開采時期為1985～1990年間，一般沿煤層露頭線老窿密布，淺部已形成采空區，一般自煤層露頭線向深部掘進，深度50～100m，采空高度1.7～3m，頂板自然冒落。

2005年之后，煤礦開采逐漸規范化，部分礦山建設新主井，目前開采主運輸巷長度一般都超過300-500m（斜巷），最大的達到900-1200m（平巷）。

四、地質環境條件

（一）地形地貌

恩施州地貌總體為構造、剝蝕山地地貌之低山-中山區，斜坡地形坡角一般12°～30°，斜坡表面形態總體呈上陡～下緩折線狀，一般地形切割相對高差約200-500m。

（二）地層巖性

恩施州煤礦山主要開采煤層為二疊系龍潭組煤層，其頂板一般為灰～灰黑色中厚層生物碎屑灰巖夾1～2層含生物碎屑灰質白云巖，其底板一般為灰白色、淺灰色厚層灰巖，含生物碎屑、含燧石結核。

二疊系上統龍潭組一般厚度3～10m，上部灰黑色炭質泥巖，一般厚3～10m，煤層處于龍潭組中上部，一般厚0.4～0.8m。

五、變形破壞現狀

（一）民房修建年代

恩施州內煤礦區居民房修建于1987年前約占居民房總調查數的55%，修建于1987-2006年間的居民房約占37%，修建于2006年之后的居民房約占8%。

（二）民房建筑結構及基礎

居民房屋原始結構類型主要為木結構，輔以少量土石結構。由于部分房屋在老房基礎上進行了局部改建或新加建，形成一些兩種、三種混合結構房屋，如木結構+磚結構。

居民房地基基礎均為淺基礎之條形基礎，基礎埋深一般≤0.5m，持力層為第四系粘土、亞粘土夾灰巖碎石。

（三）地表變形破壞特征

區內地表表面及房屋附近一般均未見沉降臺階等變形現象。主要見有少量土體塌陷（土洞），長軸方向長度0.30～2.6m不等，寬度0.32～2.1m不等，目前可見深度一般＜1m，形狀呈“近圓狀”、“橢圓狀”為主。少量土坎土體坍塌，坍塌體積一般1～10m3。

當地居民對土體塌陷現象出現時間觀測不足，據訪居民對土體塌陷出現時間大多定為3年前（找政府反應變形時間為基點）就存在。

據村民反映民宅墻體、地面有裂縫變形現象，變形概敘如下：

1、木結構總體彎形不明顯。少量房屋變形表現為門窗關不攏、構件、樓枕有移位現象。

2、磚結構房屋（一般為預制磚砌體）沉砂漿與磚體結合處見沿砌面階梯隙，一般張開0.5～5mm，延伸0.75～2.0m。偶見磚體中間斷開現象（0.5～4mm）。隙一般至地面即消失，形態呈兩端窄中間寬或上下隙寬相近。

3、土石結構房屋石灰抹面見少量垂向隙，隙張開0.5～2mm。隙呈上寬下窄或上下隙寬相近。

4、房屋水泥地坪、階檐見線狀水平縫，一般延伸1.0～3.3m，地面裂隙總體未見錯位現象。僅少量房屋地坪見明顯變形錯位。

調查房屋變形位置極不均勻（外圍很遠也出現變形），表明區內表層第四系存在局部蠕滑現象。

（四）井下巷道變形破壞特征

井下測量表明，巷道直接頂板巖性為炭質泥巖、灰巖，一般采用φ18cm圓木稀疏支撐，間距0.6～1.5m不等；頂板總體未產生冒落、層離和彎曲變形現象，頂板總體完整、穩定。巷道底板、側壁未見底鼓、膨脹變形現象。區內井下巷道局部見有坍塌，坍塌區長度一般2-10m。巷道一般尺寸大小高1.7×寬2.2m，局部巷道高2.0～2.5m。

（五）采礦巷道頂板穩定性評價

參照《巖土工程手冊》公式21-11-8驗算巷道頂板穩定性。該公式計算條件為巷道不支撐或臨時支撐，頂板自然冒落；煤礦井下巷道進行了稀疏支護，與公式計算條件相近。

式中：H0—臨界深度（m）；

2a—巷道寬度（m），按測量巷道寬度2m加采礦影響綜合取值20m；

φ—巖體等效內摩擦角，按《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）表4.5.5及條文中Ⅲ類巖體類型取值50°；

H—巷道頂板埋藏深度（m）。

比較礦層巷道頂板埋藏深度H與臨界深度H0,可粗略地評價巷道頂板的穩定性。通過公式可判斷出，公式分母不變時巷道寬度值與臨界深度值成正比。

當H＜H0時，巷道頂板不穩定；H0＜H＜1.5H0時，巷道頂板穩定性差；H＞1.5H0時，巷道頂板穩定。

當2a綜合取值20m，通過計算H0=126.7m，1.5H0=190m。

上敘公式計算結果表明：巷道采煤對地表民宅有一定影響。但需注意的是，采煤后要及時支護與回填，以避免形成較大采空區。

（六）變形破壞影響評價地表范圍

凡礦山內反映房屋有變形現象居民戶及其周邊居民戶。重點是反映房屋有變形現象居民戶。

（七）房屋變形成因分析

結合資料綜合分析：

1、礦山房屋出現變形分地段，采礦巷道區內上方大多見有不同程度房屋、地坪裂隙，變形地段較明顯，裂隙區域性差別及對比較明顯，離井下巷道越遠變形越小。

2、房屋出現墻體（面）裂隙的集中在磚結構中，木結構房屋變形不明顯。

3、地坪變形總體不明顯，水泥地坪總體縫未見總體上下錯位。

4、部分墻體斷續外隆、地坪不規則底鼓，說明地基土有蠕動。

此外，調查房屋基礎持力層基本為第四系、調查房屋都建在山坡地帶；第四系土體物質組份復雜，易飽水、軟化等。

結合礦山地質環境條件、地表地下調查資料及巷道頂板穩定性計算等綜合分析，礦山地表斜坡、房屋等出現裂隙初步確定為斜坡表層第四系松散土體因重力作用而形成蠕動及井下采礦活動綜合造成地表變形。