苏州小茅山矿山采空区勘查研究与应用.pdf

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1、地质学刊第36卷第4期doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2012．04．434苏州小茅山矿山采空区勘查研究与应用赵金勇(江苏省地质矿产勘查局第四地质大队，江苏苏州215129)摘要：采空塌陷是地下开采矿山主要的地质灾害之一，矿山关闭后采空区土地资源如何开发利用至关重要。以苏州小茅山矿山采空区勘查研究与应用为实例，从采空区的地质环境条件特征分析人手，采用系统搜集资料，实地地质测绘，地球物理勘探验证，综合研究分析评价的“四步骤”方法，对采空区场地土地适宜性进行了评价。关键词：采空区塌陷；勘查研究应用；江苏苏州中图分类号

2、：P618．41文献标识码：A文章编号：1674—3636(2012)04—0434—050引言苏州小茅山铜矿为早期关闭的地下开采矿山，其场地已划入苏州科技城开发区的建设用地范围之内，而采矿活动形成的陈家沟矿段和吴宅矿段的采空区以及采空塌陷区，给开发区的建设带来了安全隐患。因此，进行采空区勘察评价很有必要。笔者从苏州小茅山矿山采空区的地质环境条件特征分析着手，采用地质调查研究方法，依据采空区岩(土)、矿和水、气物理参数(电阻率、电导率)的不同，选用切实有效的物探方法验证，圈定了采空区范围边界和充填范围，采用顶板“梁”理论研究方法进行采场围

3、岩稳定性分析、采场顶板垮落分析方法和采空区地面建筑基础的稳定性分析方法对场地的土地适宜性进行了评价。1采空区特征1．1地形特征小茅山矿山及其周边地区属苏州西部低山丘陵和太湖高亢平原地貌单元，小茅山高程27～30m；采空区范围内为低山丘陵间的高亢平原，地势平坦，高程一般在3．0～4．0m之问，现已划人苏州科技城范围之内，交通十分方便(图1)。1．2矿区工程地质特征矿区周边的低山丘陵出露地层以泥盆系砂岩、石炭系粉砂岩、灰岩为主，残坡积层厚度2～5m不等。环绕低山丘陵四周为第四系覆盖区，根据场地内现有勘察资料，70Ill以浅主要由第四系全新统(

4、Qh)一晚更新统(Qpl)黏性土夹砂性土为主，自上而下可分为15个工程地质层，土层分布较均匀稳定。浅部分布有工程地质良好的②黏土层和③粉质黏土层，可作为天然地基基础持力层；深部稳定分布工程性能良好的⑤、⑥、⑩黏性土层，可作为桩基础桩端持力层。基岩出露区根据岩石风化程度，可划分为4个工程地质层，自上而下为残坡积层或人工堆积碎石层和强风化、中等风化、微风化各类岩石层。1．3矿区水文地质特征矿区含水层：根据岩溶发育及富水程度，在垂直剖面上分上、下两部分。分别由二叠系上统长兴组、栖霞组和黄龙一船山组灰岩、大理岩组成。含水层往往直接构成矿体的顶、底

5、板，赋存其中的岩溶地下水是矿坑充水的主要来源。矿区隔水层主要由高骊山组粉砂岩、粉砂质泥岩、堰桥一龙潭组粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及石英斑岩、花岗斑岩组成。矿区断层不甚发育，在采矿过程中，凡断裂发育处，未发现对矿坑过多的充水。矿井储水仓和泵房收稿日期：2012—03—22；编辑：蒋艳作者简介：赵金勇(1955一)，男，高级T程师，长期从事地质勘查工作，E—mail：zjy5000@163．corn第36卷赵金勇：苏州小茅山矿山采空区勘查研究与应用435：========================================困坝⋯々戳图

6、I小茅山矿山交通位置示意图设置于一100m标高处，总排水量500t／d左右，随季节变化不大。矿区近30年来的开采历史过程中，没有发生过大规模的突水和淹井事故，水文地质条件没有因为开采而恶化。1．4采空区形成特征小茅山矿山分为陈家沟和吴宅两个矿段，陈家桥矿段始采于1974年，开采深度为一50～一150m，范围约为50000m2；吴宅矿段主矿体开采深度为⋯180300m，范围约为47000m2；开采方式采用分层分矿房、矿柱两步回采的充填法进行。该矿区在开采过程中前后曾发生过2次突发性采空塌陷地质灾害，其采空塌陷区位于陈家桥矿段的中间部位。第一

7、次采空塌陷发生在1979年，地面塌陷(采空塌陷范围5000m2)，最大可见下沉深度约6m，地面向盆地中心倾斜，在盆地边缘(即外边缘区)出现数条地面裂缝；第二次采空塌陷发生在2001年5月11Et，在原采空塌陷范围的东南侧，最大可见下沉深约0．3m以上，邻近的河水已灌入地下采空区，直接危及采区安全。整个采空塌陷区平面投影面积为15266．37m2。按采空塌陷规模分级标准属小型采空塌陷。1．5采空区充填特征陈家桥矿段：矿体倾角平缓，平均厚度20．0m。为先期(1990年以前)开采的地段，采用底盘中央斜井开拓，中段高30．0m，采用浅孔房柱嗣后

8、砂石充填法进行回采。由于充填不及时，大面积的空场暴露，充填效果不佳。吴宅矿段：一般采用上向水平分层充填法开采，矿块垂直矿体走向布置，回采时先采矿柱，并用灰砂比为l：8的尾矿胶结充填，一般充填比