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1、公路工程采空区地质勘察手册1 公路工程地质勘察规范详勘阶段工程地质勘察报告主要内容1.1 论证场地的工程地质条件、采空区的基本特征、变形特点和变形发育阶段，评价采空区不同地段的稳定条件、变形规律及其对公路工程的危害程度。1.2 论证由于采空区地表塌陷引起的斜坡失稳、山体崩塌等不良地质现象对公路路基、桥梁、隧道及其它人工构造物的危害，并提出防治措施。1.3 确定公路压矿数量，提出将来开采矿体应采取的工程保护措施，或对已有建筑物应采取的保护措施。2 岩土工程勘察规范2.1 对采空区和未来采空区，应通过计算预测地表移动和变形的特征值，计算方法可按现行标准建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采
2、规程（煤管字（2000）81号）执行。2.2 下列地段作为建筑场地时，应评价其适宜性：采空区采深采厚比小于30的地段；采深小，上覆岩层极坚硬，并采用非正规开采方法的地段；地表倾斜为310mm/m，地表曲率为0.20.6mm/m2或地表水平变形为26mm/m的地段。3 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程有关规定3.1 矿区建（构）筑物保护煤柱等级划分 级 高速公路、国家一级铁路、一等火车站、机场跑道、高层住宅楼级 一级公路、国家二级铁路、二等火车站、立交桥级 国家三级铁路、三、四等火车站级 农村木结构承重房屋、简易仓库等，工矿企业专用铁路（一、二、三级）3.2 建（构）筑物各保护
3、等级煤柱的围护带宽度 保护煤柱等级 围护带宽度（m） 20 15 10 53.3 确定建筑物保护煤柱的允许地表变形值采用下列数值 倾斜 i3mm/m 曲率 k0.2103m 水平变形 2mm/m3.4 “第四章 铁路保护煤柱留设与压煤开采”中的有关规定3.4.1 必须在矿井、水平、采区设计时确定保护煤柱的铁路线路和与其配套的建（构）筑物为：国家一、二、三级铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于60；厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于80。薄煤层 煤层厚1.3米 中厚煤层 煤层厚1.33.0/3.5米 厚煤层 煤层厚3.0/3.5米工矿企业专用铁路：薄及中厚煤层的采深与单层采厚比小于40；厚
4、煤层及煤层群的采深与分层采厚比小于60。铁路隧道。全长大于20米的铁路桥。一、二级铁路线上的一、二等铁路车站。目前条件下采用改道或不留设煤柱方法处理在技术上不可能或经济上不合理的铁路线路或其他建（构）筑物。有严重滑坡危险而又难以处理的铁路线路。3.4.2 上述各类铁路保护煤柱，在其条件符合下列规定时，允许进行开采或试采允许采用全部跨落法进行开采，如表3-1。如表3-1类别薄及中厚煤层的采深与单层采厚比厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比国家三级铁路6080工矿企业专用铁路4060允许采用全部跨落法进行试采，如表3-2。表3-2类别薄及中厚煤层的采深与单层采厚比厚煤层及煤层群的采深与分层采厚比一级铁
5、路150200二级铁路100150三级铁路40、6060、80工矿企业专用铁路20、4040、60铁路下采煤时，即使采深采厚比符合、条规定，其最小深度中的基岩厚度必须大于跨落带厚度。4 高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册有关规定4.1 采空区类型4.1.1 按采煤深厚比分类浅层采空区 开采深厚比（h/m）小于40的采空区。中深层采空区 开采深厚比大于40、小于200的采空区。深层采空区 开采深厚比等于或大于200的采空区4.1.2 按煤矿采空区形成和停采的时间分类新采空区 现采区的采空区（采煤后未放顶或刚房顶的采空区）。地表移动、变形尚未发生或正在发生过程中；或位于正在采煤的采区、采
6、煤工作面近旁的采空区，已放顶，地表移动、变形和移动盆地正在发生、发展中。老采空区 已停采闭矿的矿区或已停采的采空区（或指新采空区以前的采空区）。地表移动、变形和移动盆地等已形成并趋于稳定的采空区。4.2 地表移动变形地表移动;地表移动盆地;移动盆地主剖面。地表移动变形指标： 地表下沉 地表移动的垂直分量 地表水平移动 地表移动的水平分量 地表倾斜 地表两相邻点下沉值之差与其水平距离的比值地表水平变形 地表两相邻点的水平移动值之差与其水平距离的比值4.3 覆岩采动破坏的垂直分带 自上而下(地表松散层沉陷变形带)弯曲带断裂带（裂隙带）跨落带（冒落带）跨落带（冒落带）、断裂带（裂隙带）、弯曲带简称“
7、三带”。4.4 公路采空区（空洞）勘察技术工程地质调绘工程物探工程钻探原位测试及室内试验高精度变形观测资料整理及报告编制 采空区工程地质条件分析；采空区范围及“三带”划分；采空区稳定性分析评价；采空区治理方案建议。4.5 公路采空区（空洞）地表的稳定性评价4.5.1 评价标准公路采空区地表稳定性评价标准根据开采方法确定。对于壁式陷落法开采的采区中部和超充分采动区以及其他便于进行地表移动预计的采空区，地表的稳定性应按拟建公路及其附属建（构）筑物的允许变形值确定：a. 如果预计公路路基建成时的地表移动变形值小于公路的允许移动变形值，则地表属稳定型，采空区不经治理即可进行公路建设；b. 如果预计公路
8、路基建成时的地表移动变形值大于公路的允许移动变形值，则地表属不稳定型，采空区必须经过适当治理之后方可进行公路建设；c. 山地采空区的稳定型除按地表预计的移动变形值判定外，还应按预测采动坡体的稳定性进行判定：如预测采动坡体不会发生滑坡或坍塌，则坡体不需治理；如采动坡体可能发生滑坡或坍塌，则不仅要治理采空区，还要治理采动坡体，否则不能进行公路建设。如果工程期限允许，对于壁式陷落法开采或经特殊设计开采的采空区中部和充分采动区，也可通过一年以上高精度沉降观测确定其地表的稳定性：a. 如果采空区地表沉降量小于24mm（年平均沉降速度小于0.066mm/d），则地表属于稳定型，采空区不经治理即可进行公路建
9、设；b. 如果采空区地表沉降量大于24mm（年平均沉降速度大于0.066mm/d），则地表属于不稳定型，采空区必须经过适当治理之后方可进行公路建设。对于古窑采空区、不规则的柱式采空区以及长壁陷落法采空区的边缘区和其他难以进行地表移动预计的采空区或地下空洞去，其地表的稳定性应按采空区的开采条件、停采时间（地下空洞的形成时间）和开采深厚比（地下空洞的深高比）等因素确定：a. 停采5年以上，周围无新的开采扰动，开采深厚比大于200；或开采厚度小于1m的薄矿层开采深度大于200m的采空区，其地表应属于稳定型，采空区不治理即可进行公路建设；b. 停采35年，开采深厚比40200，或薄矿层开采深度1002
10、00m的采空区，其地表为过度稳定型，采空区应在勘察、评价的基础上重点治理后方可进行公路建设；c. 停采时间少于3年，或停采3年以上又有新的开采拢动，开采深厚比小于40，或薄矿层开采深度小于100m的采空区，其地表属不稳定型，采空区必须经过适当治理之后方可进行公路建设。4.5.2 公路采空区允许地表移动变形值水平长度允许变形值，简称水平变形（）2.0（mm/m）垂直剖面允许变形值，包括倾斜（）和曲率（） 3.0（mm/m）0.2（10-3/m）4.6 采空区评价和治理类级4.6.1 采空区评价类型简易评价类型：条带法或填充法等特殊开采的采空区。此类采空区只需搜集有关开采设计、开采实施、地表移动观
11、测和采动损害状况等资料进行简易评价，说明地表稳定状况。一般性评价类型：长壁陷落法一般平地采空区。地形、地质和采矿资料较为齐全，精度较高，评价的理论、方法和在数也较完善，在而评价难度不大，但评价工作量较大，评价精度相对较高。难度较大评价类型：短边陷落法一般平地采空区。地形、地质和采矿资料的完备性和精度较差，评价的理论、方法和参数也不够完善，评价的难度和工作量略大于二类，评价精度也略低。难度很大的评价类型：柱式采空区及山地和特殊地质条件采空区。地形、地质和采矿资料不全，精度不高；或评价的理论、方法和参数可靠性较差，评价精度相对较低。4.6.2 采空区治理等级一级：地表稳定性可靠的采空区。地不空洞率
12、极小，或地下空洞对地表稳定性不构成危害，一般不需采取专门治理措施。二级：地表稳定性不很可靠的采空区。地下空洞率虽然较小，都对地表稳定性有一定影响，需要采取专门治理措施，但治理难度和工作量相对较小。三级：地表稳定性较差的采空区。地下空洞率较大，对地表的稳定性会构成一定危害，需要采取专门的治理措施，治理的难度和工程量均较大。四级：地表稳定性很差的采空区。地下空洞率很大，或覆岩采动破坏严重，地表稳定性很差，需要采取专门治理措施，且治理的难度和工程量都很大。4.7 采空区地表稳定性判别4.7.1 按矿层开采深厚比(h/m)或开采深度采空区覆岩下部冒裂垂高水平倾斜煤层 Hli=急倾斜煤层 Hli =水平
13、煤层煤层倾角15倾斜煤层煤层倾角1545急倾斜煤层煤层倾角45M单层开采的采厚或多层开采的累计采厚（m）h阶段垂高（m）a、b、c系数，均与覆岩物理力学性质有关，可按表41取值。表4-1覆岩分类覆岩性质水平倾斜煤层急倾斜煤层岩性单向抗压强度(MPa)abcabc坚硬岩石英砂岩、石灰岩、砾岩40801.22.08.94.11338.4中硬岩砂岩、泥质灰岩、砂质页岩20401.63.65.57.52937.3较弱岩砂质泥岩、泥岩、页岩10203.15.04.0极软弱岩风化泥岩、粘土、砂质粘土105.08.03.0-地表裂缝垂深实际量测。通常、松散层裂缝带垂深Hd为210米；大同矿区坚硬岩层切冒发生
14、的地表大裂缝垂深可达20米。采空区地表建筑物加载安全开采深度在已经稳定的采空区地表新建建载物加载之后，不致引起采空区覆岩和地表重新移动而导致地基失稳，即为采空区建筑物安全加载，相应的开采深度称为采空区地表建筑物加载安全开采深度。a、长壁陷落采空区建筑物加载安全深度Ha可向下列公式计算：HaHli+d+Hj+Hy (m)式中：Hli 垮裂带高度（m），一般小于开采厚度的20倍。d 地表裂缝带深度（m）,一般不超过10米。Hj 建筑物基础深度（m），一般不超过10米Hy 建筑物加戴对地基的扰动深度（m），一般不超过10米。通常认为，长壁隔落法开采深度比等于或不大于40米时，公路建筑物在稳定采空区地
15、表加载是安全的，即不会导致采空区上覆岩层和地表移动活化而失稳；柱式或其他开采方式形成的跨裂高度和地表裂缝垂深小于长壁陷落采空区，因而取等于或大于40倍采深作为建筑物加载临界深度也是安全的。b、巷柱式采空区地表建筑物加载的临界安全深度Ha也可按采空区覆岩极限平衡状态导出：设B采空区宽度（m） 上覆岩层加权平均容重（t/m3） 上覆岩层加权平均内聚力（t/） 上覆岩层加权平均内摩擦角 上覆岩层加权平均泊松比 0建筑物对地基的单位面积荷载（t/）则，按平面问题导出的采空区地表建筑物加载临界安全深度为：1）对于松散岩体Ha 若不考虑内聚力C，则为：Ha ）对于弹性岩体Ha 若不考虑内聚力C，则为：Ha
16、 c、残余移动初期采空区地表建筑物安全开采深度wj残余移动期极限下沉量，约为采厚的2030% 取大值则：wj 煤层厚度在水平缓倾斜充分开采条件下，残余倾斜（ij）、曲率（j）和水平弯形（j）根限可仿照率 最大变形值计算公式为： ij j1.52 j 1.52b 这些计算值若小于4.5.2规定，则认为是安全的。一般情况下，中硬覆岩长壁陷落法开采移动延续期的最大下沉量（wfm）约为采原的7080%4.7 地表移动变形预估根据准采区（开采前）和采空区（开采后）的种类型，对长壁式陷落法开采或轻正规设计的条带或房柱式开采的地表稳定性进行评价。预估计算内容同4.2，方法见该书有关章节，此处从略。4.8 采
17、空区（空洞）治理方法、注浆法、非注浆法a、干砌法b、浆砌法c、开标回填法d、桥跨法5 铁路工程地质手册5.1 小型采空区的稳定性评价顶板稳定性计算式中： H0当H（顶板厚度m）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（Q0，Q为巷道单位长度顶板上所受的压力(kN/m2/m)而不塌陷，这时的称为临界深度0） 巷道宽度（m） 岩层内摩擦角（）也可参照岩溶区溶洞顶板安全厚度评价中的方法进行分析、计算确定顶板临界安全厚度。地基稳定性计算当建筑物已修建于小型采空区影响范围以内时用：式中：r上覆岩层重度（kN/m3） R建筑物基底的单位压力（kN/m2）用临界深度H0粗略地评价小型采空区顶板
18、及地基地稳定性： HH0 顶板及地基不稳定； H0H1.5 H0 顶板及地基稳定性差； H 1.5H0 顶板及地基稳定。5.2 大面积采空区安全开采深度：HkM式中： M矿层采出厚度(m) K安全系数，可按5-1和表5-2采用。表5-1采动情况煤层倾角a ()建筑物级别初次采动04517512575469015010075重复采动04520015075469015010075表5-2建筑物级别a 45a 452503001502001001255.3 “第七章 沉陷区环境影响评价与土地合理利用”中有关规定5.3.1 开采沉陷环境影响评价报告书应包括的内容为：前言；项目的一般情况；建设项目周围地区的环境现状；评价地区地表沉陷现状及其处理情况；开采沉陷预计；地表沉陷对各种环境因子的影响评价；环境保护措施和实施方案；结论。5.3.2 在分析开采陷落对铁路、公路及管线的影响时，除分析对其影响状态外，还应注意对特殊构造物、特殊地段的影响分析（如桥梁、堤坝、隧道、高路堤、深路堑、山体滑坡等）。