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1、中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）题目：地质钻探工程在采空区地质勘查中的应用学习中心： 内蒙古教学中心 学 号： 90F29133033 姓 名： 张朝辉 专 业： 资源勘查工程 指导教师： 袁英涛 2015年 7月 25 日 中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名： 张朝辉 学号： 90F29133033 专业： 资源勘查工程 毕业设计（论文）题目：地质钻探工程在采空区地质勘查中的应用 指导教师意见：论文选题来源于学员的实际工作项目，在收集资料的基础上，通过调查访问确定采空区大致范围，主要
2、运用地质钻探工程手段进行采空区勘查，通过地质钻孔资料分析研究采空区分布范围。总体来看，学员对所学知识有较强的应用能力，其研究成果为今后类似采空区地质勘查提供较好的借鉴意义。论文写作规范，逻辑性强，图件较丰富，达到了本科毕业论文的要求。不足之处：参考文献不足8篇。 指导教师结论： 合格 （合格、不合格）指导教师姓名袁英涛所在单位满洲里信息化办公室指导时间2015-8-5中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院 本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： 张朝辉 学号： 90F29133033 专业： 资源勘查工程 毕业设计（论文）题目：地质钻探工程在采空区地质勘查中的应用 评阅意见： 论文
3、选择内蒙古拉布大林煤田为研究区，针对地质钻探工程在采空区地质勘查中的应用展开调查研究。在总结研究区基本情况和地质环境条件的基础上，通过地质钻孔资料分析研究了采空区分布范围，采空区的分布特征与4-1煤层的分布特征具有一致性，并进一步通过定量计算，初步确定了采空区地表危险变形区边界，得出钻探工程所确定的采空区地表变形危险区边界与砖混房屋的变形剖坏程度高度一致的结论。论文选题基本合理，论述简明扼要，重点较为突出，有一定的实际工作，所得结论有一定实际意义，基本达到学士论文的水平和要求。修改意见：注意区别论文和项目报告在格式和表述上的区别，建议做进一步修改和完善，并适当补充相关参考文献。 毕业设计（论文
4、）评阅成绩 （百分制）： 63 评阅结论： 修改后答辩 （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名张洁所在单位中国地质大学（武汉）评阅时间2015.10.10论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文地质钻探工程在采空区地质勘查中的应用，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： 张朝辉日
5、期：2015年7月25日3摘 要地质钻探是指通过机械设备和工具向地下钻出柱状圆孔，并从其中取得岩心、矿芯，以了解地下地质及矿产情况，或者专门作为某种用途的通道，从而满足地质矿产勘查及国民经济其他部门需要。采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区，按矿产被开采的时间，可分为老采空区、现采空区和未来采空区。矿体被采出后，自顶板岩层向上形成三带“垮落带、导水裂隙带和弯曲带”。地表沉陷，产生连续或非连续变形，由此带来一系列地质环境问题，如平地积水、道路裂缝、房屋倒塌、耕地减少、农田减产等，给矿区工程建设留下很大隐患。在进行采空区工程建设及地质灾害治理时，需通过各种勘查手段，掌握查清采空区的发育情况及分布
6、范围。本文在收集资料的基础上，通过调查访问确定采空区大致范围，主要运用地质钻探工程手段进行采空区勘查，通过地质钻孔资料分析研究采空区分布范围，并依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程及采矿工程设计手册采用定量计算的方法，确定采空区地表危险变形区边界。通过地质钻探工程所确定的煤矿采空区地表危险变形区边界，与采空区范围内住宅变形破坏的程度相吻合，进一步印证了此种采空区勘查方法的有效性。 关键词：钻探工程 采空区、地质勘查 目 录一、采空区定义与分类及特征1（一）采空区定义1（二）采空区分类及特征1二、项目概况研究区概况3（一）位置、交通及经济条件3（二）勘查工作方法3三、项目区地质
7、环境条件研究区地质环境条件5（一）气象水文5（二）地形地貌5（三）区域地质5（四）区域构造6（五）地震6（六）项目区地层6（七）项目区构造8（八）开采技术条件8四、钻探工程判断采空区依据及布置原则10（一）采空区垮落带钻探判断依据10（二）钻孔布置原则10五、项目区采空区分布特征研究区采空区分布特征11（一）煤层赋存特征11（二）采空区特征11六、采空区地表变形危险性分区14（一）采空区地表变形理论14（二）临界边界计算及采空区地表变形分区15七、结论18致谢19参考文献20 22中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）一、采空区定义与分类及特征（一）采空区定义人们在地下大面
8、积采矿或为了各类目的在地下挖掘后遗留下来的矿坑或洞穴，称为采空区。（二）采空区分类及特征根据采空程度分为小型采空区和大面积采空区。1、小型采空的地表变形类型及特征地表变形类型为地表塌陷和开裂。小型采空范围狭窄，多呈巷道式，地表不会产生移动盆地，但由于开采深度浅，又任其自由坍落，地面变化剧烈。地表裂缝的分布常与开采工作面方向平行，且随开采工作面的推进而不断向前发展。除极浅的采空外，裂缝一般上宽下窄，无显著位移。2、大型采空变形和特征大型采空区的变形主要是在地表形成移动盆地。即位于采空区上方，当地下采空后，随之产生地表变形，开始形成凹地 ，随着采空区不断扩大，凹地不断发展，形成凹陷盆地，此盆地称为
9、移动盆地。（1）根据地表变形值的大小和变形特征，自移动盆地中心向边缘在水平上可分为三个区：均匀下沉区：（中间区）即移动盆地的中心平底部分。移动区：又称内边缘区或危险变形区，区内变形不均匀，对建筑物破坏作用较大。 轻微变形区：外边缘区，地表变形值较小，一般对建筑物不起损坏作用，以地表下沉值10mm 为标准，来划分其外围边界。（2）从垂直方向上讲，地下矿层大面积采空后，矿层上部失去支撑，平衡条件被破坏，采空区上方岩体随之变形。采空区上方岩体的变形，总的过程是 自下而上逐渐发展的漏斗状沉落，其变形情况可分为三个带：冒落带（崩落带），采空区顶板破碎坍落形成，其厚度一般为采矿厚度的34 倍。 裂隙带（破
10、裂弯曲带）处于冒落带之上，并产生较大的弯曲和变形，其厚度一般取采矿厚度的1218 倍（从矿层顶板向上的厚度）。弯曲带（不破裂弯曲带）裂隙带顶面至地面的厚度。开采的主要影响：在采空区正上方及其周围的地表发生移动和变形。也就是说，出现在采空区正上方及其周围地表的开采影响为开采主要影响；离采空区较远的地表的开采影响称开采次要影响。地表变形分为两种移动和三种变形。两种移动为垂直移动（下沉）和水平移动，三种变形为倾斜变形、弯曲（曲率）和水平变形（伸张或压缩）。二、项目概况海拉尔农垦集团第八生产队住宅区位于拉布大林煤田的中北部接近煤层露头位置，煤层埋深较浅。上世纪九十年代后期该区域内地下有过小煤窑采矿活动
11、，经过之后的整顿，小煤窑撤去，近几年来受煤矿采空区地表变形的影响该处居住村民发现其住宅主房产生裂痕，为此需查明此处采空区的分布范围及其地表变形危险区影响范围。（一）位置、交通及经济条件项目区位于大兴安岭西坡根河中下游南岸拉布达林煤田的中北部，行政区划隶属内蒙古自治区额尔古纳市管辖。项目区距额尔古纳市政府所在地拉布达林镇东约3.7Km处，南距海拉尔区137Km，海拉尔区至拉布达林镇有S301省级公路相通,交通较为方便。额尔古纳市地处内蒙古东部地区，居民以蒙族、汉族为主。随着社会的发展，额市社会经济历史形成了地方、农垦、森工三大板块，这三大板块对社会经济的发展都起着举足轻重的作用，构成市域经济发展
12、的三大支柱。额尔古纳市也是一座重要的边境旅游贸易城市，旅游资源丰富。近年来，该市紧紧围绕“旅游兴市”这一战略思想，建设文化名市和优秀旅游城市，确定了“跨越式发展战略”，走高端旅游之路，将旅游业培育成另一支柱产业，同时加快经济发展和对外开放步伐，促进了全市各项产业和事业蓬勃发展。（二）勘查工作方法1、收集资料收集了项目区范围及附近的区域地质、矿山地质、水文地质、工程地质、环境地质及气象水文资料；收集了核实区附近的矿床开采范围、深度、厚度、时间和开采技术条件；收集了采空区调查资料。2、调查访问到项目区进行实地调查，调查项目区地表裂缝的开展情况，调查项目区砖混住宅受采空区地表变形影响的破环程度，调查
13、项目区地下水水位变动情况，调查访问项目区原有煤矿井筒及巷道位置情况。3、钻孔验证本次采空区勘查选区钻探工程验证作为主要工作手段，在收集资料、调查访问的基础上，布置了5个钻孔对住宅区采空区的分布范围进行了验证及控制。本次勘查共施工完成的5个钻孔，总钻探工程量475.35m。三、项目区地质环境条件（一）气象水文本区属寒温带大陆性季风气候，冬季漫长而寒冷，夏季短促，雨季集中于七、八月份，温度变化大，光照较为充足；极端最高气温36.2（1997年），极端最低气温-45.1（2012年）；一般十月末结冰,次年五月中旬解冻，年均最大冻土深度302cm，永冻层深度315m；年降雪日数75天。年均降水量372
14、.6mm，蒸发量1206.3mm；无霜期101天。春季多风，年均最大风速14.4m/s。区域内主要地表水体为根河及其支流。根河发源于大兴安岭西麓，自东北向西南径流，河长427.9km，流域面积15796km2，河道平均比降0.73%。（二）地形地貌额尔古纳市东北部为大兴安岭林区，西南部为美丽的草原牧区；拉布达林煤田地貌单元为东西长，南北窄的狭长形盆地，四周为丘陵区；工作区内为草地、农田及住宅区，地势西北高东南低，最低处位于东南部边缘，并有起伏，海拔标高583-681m，最高处位于西北部，相对高差98m。（三）区域地质拉布达林煤田发育有古生界泥盆系上统变质岩系，中生界侏罗系中统颜家沟群，白垩系下
15、统龙江组、大磨拐河组及新生界第四系。煤系地层中没有发现岩浆岩。区内地形平缓，地表均被第四系覆盖，经钻孔揭露的地层系统由下而上为白垩系下统大磨拐河组和第四系。简述如下：1、白垩系下统大磨拐河组（K1d）为本区主要含煤地层，全区发育，为一套陆相含煤建造，根据沉积旋回、含煤情况和岩性组合，分为六个岩段，含6个煤组，各岩段之间均为整合接触；本区仅见其中的第一、第二和第三岩段，揭露该组地层最大厚度220.80m。该组地层由北向南逐渐变厚。第一岩段（K1d1）位于含煤地层底部，其岩性上部为灰色、深灰色粉砂岩、泥岩及薄层粗粒砂岩和煤层；下部为灰色砾岩、角砾岩、含砾粗粒砂岩及粗粒砂岩；该段由北向南粒度逐渐变细
16、；全区发育，含6号煤组，发育13层煤层，其中6-2煤层发育较稳定，结构简单，可作为岩、煤层对比标志。该段地层厚度18.2074.55m，平均42.86m。第二岩段（K1d2）底部有一层灰白色的粗、中粒砂岩，较为稳定；向上为深灰、灰色泥岩、粉砂岩夹砂岩薄层。其厚度变化是在煤田北部较薄，向南部逐渐变厚，含5号煤组，发育 37层煤层。该段地层厚度43.0999.00m，平均84.73m。第三岩段（K1d3）下部为粗砂岩夹粉砂岩，多具波状层理；上部为粉砂岩、泥岩，多具水平层理；含4号煤组，发育34层煤层。该段地层厚度5.0080.50m，平均55.52m。2、第四系（Q）全区发育，上部为灰黑色、黑色腐
17、植土，中部为黄色、褐黄色的亚砂土，下部为中砂、砂砾，厚度在6.60-16.50m，平均10.76m。与大磨拐河组不整合接触。（四）区域构造拉布达林含煤盆地为根河凹陷北端的一个次级的断陷型向斜盆地，其盆地走向为近东西向，东西长约35Km，南北平均宽约5.85Km；煤系基底为兴安岭群火山岩系并略有起伏。向斜两翼不对称，北翼较陡，倾角一般8-10，最大28；南翼较缓，倾角一般4-6；其东、南、西、北分别被不同走向的盆缘断层所控，各断层均为正断层。（五）地震本区属地震烈度度区，地震动峰加速度0.05g。近年来呼伦贝尔地区地震频度有增强趋势，据记载，先后发生过10余次地震，最强两次分别发生于1979年2
18、月6日及1980年2月10日，前者震中位于新巴尔虎右旗的额尔墩，后者震中位于牙克石市博克图镇，两次震级均为5.6级。本区地貌景观以波状起伏的风积地形为主，地形较为平坦，相对高差小，说明本区没有大的构造运动，地壳相对稳定。（六）项目区地层勘查区属第四系全掩盖区，通过钻探揭露的地层有第四系松散层和白垩系下统大磨拐河组地层。揭露地层自下而上分别叙述如下：1、白垩系下统大磨拐河组（1）地层特征本次控制采空区工作共施工钻孔5个。通过调查了解工作区范围内，小煤窑所开采的煤层为浅部发育较稳定、煤层厚度较大的4-1煤层，因此，本次钻孔控制的含煤地层层位为4-1煤底板至第四系底板之间。5个钻孔均揭露白垩系下统大
19、磨拐河组地层，终孔层位为4-1煤层底板以下，钻探统计含煤地层厚度73.62-113.85m，平均85.99m。含有3煤组及4煤组两个煤组。（2）可采煤层工作区所在的区域内发育的含煤地层为白垩系下统大磨拐河组，从钻孔及巷道揭露，含4个煤组，发育可采煤层3层，编号为4-1、5-1和6-2煤层，为工作区周边金鑫煤矿主要可采煤层。其中4-1煤层为工作区上部发育稳定的可采煤层，可作为本区重要的标志层，本次核实工作钻孔均见4-1可采煤层，现结合周边金鑫煤矿将工作区的可采煤层叙述如下：各可采煤层主要特征见表3-1。表3-1 各可采煤层主要特征一览表煤层号厚度(m)最小-最大平均(点数)夹 矸 层 数平均厚度
20、(m) (点数) 煤层间距(m)最小-最大平均(点数)稳定程度对比可靠程度可采程度4-10.86-2.871.95(7)0-10.21(7)较稳定较可靠大部可采16.35-41.6028.50(6)5-12.32-4.232.99(7)0-20.38(7)较稳定可靠全区可采70.00-80.2075.10(3)6-21.00-1.771.41(3) 0 0(3)较稳定可靠全区可采4-1煤层：位于第三岩段的4煤组中部，北部被剥蚀，向北出露，发育面积1.0380km2，全区大部发育。可采见煤点7个，可采面积0.652km2，发育范围内为大部可采煤层。煤层可采厚度为0.86-2.87m,平均1.95
21、m，可采范围内厚度变化较小，结构简单。煤层顶板为粉砂岩或泥岩，底板为粉砂岩；煤层的埋深为37.93-73.90m，平均约为60.95m左右。属较稳定煤层。5-1煤层：位于第二岩段的5煤组顶部，北部边缘被剥蚀，发育面积1.1585km2，全区大部发育。可采见煤点7个，发育范围内全区可采。可采厚度2.32-4.23m,平均2.99m，厚度较稳定。结构简单-中等，顶板为粉砂岩或泥岩，底板为粉砂岩；煤层的埋深为26.79-219.27m，平均约为94.70m左右。与4-1煤层间距为16.35-41.60m, 平均约为28.50m左右。属较稳定煤层。6-2煤层：位于第一岩段的5煤组中，全区发育。可采见煤
22、点3个，可采面积1.198km2，发育范围内为全区可采煤层。可采厚度1.00-1.47m,平均1.41m，厚度较稳定。结构简单无夹矸，顶板为粉砂岩或泥岩，底板为粉砂岩；煤层的埋深为22.18-221.73m，平均约为59.56m左右。与5-2煤层间距为70.00-80.20m, 平均约为75.00m左右。属较稳定煤层。2、第四系主要为褐黄色风积粉、细砂，全区发育，厚度5.5016.71m，平均厚度为9.08m。与下伏下白垩统大磨拐河组呈不整合接触。（七）项目区构造工作区位于拉布达林煤田中北部，总体构造格局为单斜构造，走向近东西，倾向近南北，地层倾角较大（一般1022左右），伴有断层3条。依据煤
23、、炭泥地质勘查规范(DZ/T0215-2002)有关要求，构造复查程度应属中等类型。断层特征叙述如下：F15：发育于金鑫矿区中南部，区内延展长度1300m左右,走向北东40-50,倾向西北,倾角45-55,落差70m左右,向东北及向西南均延伸区外。F16：发育于金鑫矿区中部，区内延展长度350m左右, 走向与F15基本垂直，为北西40-50,倾向西南,倾角约55,落差上小下大为4m左右,向东南交于F15断层，向西北交于F17断层。F17：发育于金鑫矿区中部，区内延展长度750m左右,走向北东东,倾向西北,倾角45-60,落差60-80m左右,向东北及向西南均延伸区外。（八）开采技术条件1、水文
24、地质条件工作区位于盆地中北部，区内地势较低，地下水主要补给来源为大气降水，主要补给期为7-8月份的雨季和4-5月份的春汛。（1）含水层第四系孔隙含水层第四系孔隙含水层广泛分布，厚度5.40-26.19m，平均13.00m，由东向西变厚,由砂砾石、中、粗砂等组成。地下水位一般13-21.70m，含水性较好。据邻区抽水试验资料：含水层单位涌水量q=0.331L/s.m,渗透系数k=6.101m/d,地下水水位标高607.5m，水化学类型为HCO3-Cl-Na-Mg型水,矿化度为0.562g/L，水力性质为承压水。为本区居民生活的主要取水层位。煤系裂隙、孔隙含水层岩性主要为灰-深灰色中、粗砂岩、细砂
25、岩，凝灰质或泥质胶结，厚度一般为17-85m，据邻区抽水试验资料：单位涌水量q=0.0216-0.0390L/s.m,渗透系数k=0.0694-0.13m/d，水位标高为608.072m，水化学类型为HCO3-Cl-Na-Mg型水，矿化度0.666-0.683g/L，水温5，为承压水。该地层在钻探过程中有涌水现象，钻孔揭露该含水层，具有承压涌水现象，层位岩性为粗砂岩，水头高6-7m，初期最大涌水量86T/h，后逐渐变小。（2）隔水层第四系隔水层该地层由第四系粘土、砂质粘土组成，在区内广为发育，厚度2-30m，平均13m，发育规律由北向南逐渐变厚；同时本区处于亚寒带气候区，永冻层广为发育，其厚度
26、3-15m，其冻结地层基本上为第四系粘土、亚粘土层，起到了良好的隔水作用。煤系地层中的隔水层煤系地层中，各岩段中间存在厚层的粉砂岩、泥岩，厚度一般40-120m，由北向南逐渐变厚，起到较好的隔水作用。(3)地下水补给、径流、排泄条件区域内第四系潜水主要的补给来源为大气降水、地表水体；大气降水沿第四系砂层裸露区入渗补给第四系含水层，在第四系含水层中径流；一部分地下水以蒸发的方式排泄，一部分以地表径流的方式排泄于下游地区。煤系含水层的补给来源一是大气降水通过煤系地层露头的直接渗入补给，二是由第四系地层层越流补给或通过断层补给，在含水层中径流，排泄于下游地区。 直接充水含水层和间接充水含水层地下水的
27、补给来源：1、为本地层的侧向补给。2、为各含水层之间和断层的导通。 3、为煤系地层露头接受大气降水的直接补给。径流方式为顺层径流，排泄于下流地区或顶托排泄于第四系地层层。在矿床强烈的疏干条件下，地下水的补径条件会发生很大变化，含水层之间的天窗和断层将会成为矿床开采中的主要突水部位和层段，从而导致矿床水文地质条件发生改变，趋于复杂。综上所述，本井田为以孔隙含水层为主的矿床，主要可采煤层的直接充水含水层的单位涌水量q0.1L/s.m , 煤、泥炭地质勘探地质勘探规范DZ/T0215-2002将本井田的水文地质勘查类型划分为水文地质条件简单的孔隙充水矿床既一类一型。（4）矿井涌水量本区生产矿井在开采
28、过程中，水量一般较小，正常涌水量一般为10T/h，金鑫煤矿开采的是4.1号煤层，煤层厚度2.75m，煤层倾角20-30，见煤深度55m，采掘中正常涌水量30-40T/h。采矿导通断层后突水导致停产，水位距地表37m，抽水量150T/h，历时2个月水位下降30m。可以推知本区地下水的补给源为大气降水和相邻含水层水，断层为主要导水通道。2、工程地质条件本区第四系松散层全区发育，覆盖在煤系地层之上。第四系地层主要为粘土、亚粘土、砂质粘土等，厚度一般7-30m，平均厚度17m左右。根据邻区工程地质孔资料，该区域岩石胶结较坚实，抗压强度较低。依据GB12719-91矿区水文地质工程地质勘探规范本区岩石抗
29、压强度30Mpa,属于软岩类，矿井开拓中应引起足够重视。本区岩石工程地质特征为以松散、软弱岩类为主，地层岩性较复杂，断层发育；依据中华人民共和国国家标准GB12719-91矿区水文地质工程地质勘探规范矿区工程地质勘查类型为类型。 本区主要可采煤层为4-1、5-1、6-2等3层，根据钻孔揭露和小煤窑调查资料，各煤层顶、底板主要为粉砂岩，有少量的泥岩，一般呈致密块状，水平层理或均匀层理，较坚硬，不易碎，但据生产矿井的经验来看，将来各煤层开采时仍需要支护。四、钻探工程判断采空区依据及布置原则（一）采空区垮落带钻探判断依据钻探工程本次采空区地质勘查的主要工作手段，在钻探过程中现场判断采空区垮落带的主要
30、依据为：1、正常的钻进过程中，突然出现掉钻现象，或钻进进尺特别快；2、正常的钻进过程中，钻孔孔口水位突然消失，或孔口出现吸风的现象；3、钻探所获取的岩芯破碎混杂，有岩粉、煤灰等，或岩芯中夹杂淤泥、粉末状煤渣、坑木、砖瓦碎片等。（二）钻孔布置原则采空区核实钻孔具有较强的目的性，钻孔的布置要考虑多方面的因素，以保证用少的工程量达到核实清楚采空区分布的目的。本次核实钻孔的布置主要依据以下原则：1、地面变形特征明显处及居民反映地表沉降量最大处，为最有可能存在采空区的部位，在该部位布置钻探验证孔加以核实，针对性较强，本次施工2号钻孔即为依据此原则布置。2、依据核实区附近已有的地质成果确定的煤层赋存的厚度
31、、埋深、层位特征及煤层发育的范围、倾角等，预测采空区可能存在的空间及平面位置，从而布置核实钻孔加以验证，本次施工3、5、6号钻孔即为依据此原则布置。3、依据居民区建筑物的分布特征，结合其下煤层的埋深及赋存特征，初步确定建筑物下需要留设的保安煤柱范围，即采空区对建筑物的影响边界，在可能的影响边界附近布置采空区核实钻孔，本次施工2、3、5、6号钻孔即为依据此原则布置。4、核实钻孔施工过程中查明确定存在采空区时，根据煤层特征及建筑物方位，进一步控制采空区范围所布置的控制钻孔，本次施工3、4号钻孔即为依据此原则布置。五、项目区采空区分布特征（一）煤层赋存特征共施工5个地质钻孔，钻孔终孔层位为上部可采煤
32、层4-1煤底板以下，钻孔深度为81.60-120.30m，总钻探工程量为475.35m。依据现行煤炭地质勘查钻孔质量标准MT/T1042-2007对钻孔质量进行评定，其中甲级孔4个，乙级孔1个，甲乙级孔率为100。所施工5个钻孔均见4-1可采煤层，其中2号孔4-1煤层为采空区，其它4个钻孔4-1煤层见煤点均为可采点，煤层自然厚度最大3.00m，最小0.88m，平均2.41m，可采厚度最大2.74m，最小0.88m，平均2.21m。煤层结构简单，夹矸层数0-2层，夹矸岩性泥岩，顶底板岩性主要为泥岩及粉砂岩。厚度变化趋势为由东部向西部浅处煤层接近露头位置逐渐变薄，煤层倾角18，埋深15.49-74
33、.07m，平均53.00m。煤层走向与第八生产队住宅区房屋排列方向基本一致。（二）采空区特征施工2号钻孔钻进至61m时，钻孔孔口水位突然下降消失，同时出现掉钻现象，掉钻深度在61-67m之间，在该深度范围内取出的岩芯呈破碎松散状，且其中夹一长约15cm左右的木块（见图5-1），测井曲线反应该段范围钻孔孔径扩径明显，密度曲线呈低值反应异常，以上各种钻探过程中表现出的异常现象及物探测井曲线的异常反应，均符合判断采空区垮落带的辨别依据，因此确定2号钻孔61-67m之间为采空区。图5-1 2号钻孔采空区位置岩芯照片2号钻孔距海拉尔农垦集团拉布大林分公司第八生产队住宅区房屋边缘垂直距离为41m，结合附近
34、下部煤层的赋存特征，沿煤层走向及倾向上一定距离布设3号钻孔和4号钻孔，进一步控制2号钻孔所确定的采空区的延展范围，3号钻孔和4号钻孔在施工过程中及物探测井中均未出现判别采空区所依据的异常现象及反应，据此推断3号钻孔和4号钻孔处不存在采空区，同时沿煤层及房屋走向向西布设的5号钻孔和6号钻孔的施工显示没有发现采矿活动所形成的采空区，从而在平面上圈定了采空区向影响第八生产队住宅区房屋方向延伸的范围（见图5-2）。对比所施工的钻孔的煤层发育情况，推断2号钻孔采空区为小煤窑开采4-1煤层所致，采空区的分布特征与4-1煤层的分布特征具有一致性，为走向近东西向，倾向近南北向，倾角同4-1煤层倾角为18，采空
35、区埋深在2号钻孔处为61m，向北延伸采空区埋深变浅，向南即建筑物方向延伸采空区加深。图5-2 第八生产队住宅区附近采空区分布范围示意图图件不够清楚六、采空区地表变形危险性分区（一）采空区地表变形理论90年代小煤窑一般是手工开采，采空范围较窄，开采深度较浅，一般多在50m左右。平面延伸一般为100-200m，以巷道采掘为主，向两边开挖支巷道，一般分布无规律或成网格状，以单层开采为主。巷道的高宽一般为2-3m，大多不支护或临时支护，任其自由垮落。由于小煤窑采矿活动的影响，在采空区上方的地表形成的凹地称为移动盆地，根据其对地表建筑物和构筑物的影响作用在移动盆地内划分两个区域：危险变形区（移动盆地内，
36、对各种建筑物和构筑物可能会有破坏作用的区域）、非危险变形区（指在移动盆地内，对各种建筑物和构筑物不会有破坏作用的区域）。已有建筑物和构筑物位于非危险变形区内地下采空区将不对其构成破坏影响。非危险变形区的临界边界用地表临界变形值来圈定，地表临界变形值是指不需要维修既能保持建筑物正常使用所允许的最大变形值。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定，对于一般砖石结构的建筑物，其临界变形值定为：斜率i=3mm/m,曲率K=0.210-3/m，水平变形=2mm/m。理论计算非危险变形区的临界边界需要用到移动角，移动角指在充分采动或接近充分采动的情况下，移动盆地主要断面上临界变形值点和采空区
37、边界的连线与水平线之间在煤壁一侧的夹角。移动角分为松散层移动角和基岩移动角。松散层移动角的符号为，下山移动角的符号为，上山移动角的符号为（见图6-1）。图6-1 采空区非危险变形区的临界边界及移动角示意图（二）临界边界计算及采空区地表变形分区1、计算公式根据所查明的4-1煤层的发育特征，第八生产队住宅区房屋位于已确定的采空区的下山位置，依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程及采矿工程设计手册（上册）第七章“保护煤柱留设”的相关内容及图6-2所示，采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离可按下面公式计算：式中：L采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离（m）W
38、建筑物保护煤柱的围护带宽度（m）H1第四系松散层厚度（m）H2基岩层厚度（m）第四系松散层移动角（）基岩下山移动角（）图6-2 采空区非危险变形区的临界边界计算示意图2、计算参数（1）建筑物保护煤柱的围护带宽度（w）依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中关于矿区建（构）筑物保护等级划分，第八生产队住宅区砖混结构房屋保护等级为级，建（构）筑物各保护等级煤柱的保护宽度（见表6-1），第八生产队住宅区砖混结构房屋保护煤柱的围护带宽度取10m。表6-1 建（构）筑物各保护等级煤柱的保护宽度表建（构）筑物各保护等级 围护带宽度（m）2015105（2）第四系松散层厚度H1倾向上采空区边
39、界位于2号钻孔、4号钻孔之间，第四系松散层厚度取2个钻孔第四系松散层厚度的平均值为6.74m。（3）基岩层厚度H2倾向上采空区边界位于2号钻孔、4号钻孔之间，基岩层厚度在倾向2-4线剖面图上直接量取，量取范围为4-1煤层顶板中点至第四系底板中点的垂直距离，剖面上量取基岩层厚度为60m。（4）第四系松散层移动角依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程附表5-4（松散层移动角取值），本区松散层厚度小于40m，松散层含水性较强，查得本区第四系松散层移动角为45。（5）基岩下山移动角依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程附表5-4（按上覆岩性区分的地表移动角一般参数综合表
40、），本区4-1煤层上覆岩层岩性主要以泥岩、粉砂岩及各类砂岩为主，附近勘查区工程地质资料表明，岩层的单向抗压强度平均值为20MPa左右，小于30MPa，覆岩类别为软弱岩层，4-1煤层的倾角为18，查得本区岩层移动角为70，按表中公式倾角系数取0.3计算下山岩层移动角为65。3、计算结果及分区将上面确定的参数值带入采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离的计算公式：依据经验参数计算得采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离为45m，以此为依据圈定采空区地表非危险变形区的临界边界（如图6-3），边界线以内为采空区地表危险变形区，边界线以外为采空区地表非险变形区。图6-3 采空区地
41、表变形危险性分区示意图调查走访资料显示，砖混住宅区东侧五栋房屋受采空区地表变形破坏最严重，影响房屋的正常使用并存在较大的安全隐患，该五栋房屋在计算确定的采空区地表危险变形区内，地表现象与计算结果一致。七、结论钻探工程是地质勘查工作中应用最广的一种技术手段，其同样适用于采空区地质勘查，本文在调查访问大致圈定采空区范围的基础上，通过布置施工一定量的钻探工程，进一步查明了项目区的地质环境条件，确定第八生产队住宅区北侧存在一处开采4-1煤层所成的采空区，同时根据钻孔资料及4-1煤层特征推断出采空区的分布特征及平面延伸范围。钻探工程所确定的采空区地表变形危险区边界与砖混房屋的变形剖坏程度高度一致，说明钻
42、探工程所确定的采空区地表变形危险区较为合理，为今后类似采空区地质勘查提供较好的借鉴意义。致谢首先感谢论文指导老师袁英涛教授对论文选题及写作过程中给予的中肯建议和无私帮助，在就读继续教育这近两年多的时间里，我得到学校老师的无私帮助，从他们那里我学到了专业知识，更学到了生活及做人的道理，在此即将毕业之际表示感谢，同事感谢单位同事在这段时间给予我支持和帮助，让我感受到单位大家庭的温暖， 参考文献1. 岩土工程勘察规范（GB50021-2001）2. 煤、泥炭地质勘查规范DZ/T0215-2002 3. 煤炭地质勘查钻孔质量标准MT/T1042-20074. 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程5. 采矿工程设计手册