采空区路段某高速公路的路线方案技术研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 25 日 作者简介:安忠明(1993),男,回族,安徽定远人,工程师,研究生,研究方向为道路与桥梁工程。-84-采空区路段某高速公路的路线方案技术研究 安忠明 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230000 摘要:摘要:采空区的变形、沉降、垮塌等灾害给公路工程的建设和运营带来了较为严重的安全隐患,而高速公路作为重要骨干路网,途径采空区的公路选址尤为重要。本文以皖北地区某高速公路为例,基于煤矿开采、采空区变形现状,采用短基线集时序分析方法(InSAR 技术)分析提取地表形变,并利用卫星 SAR 影像对公路在采空区沿
2、线的形变进行监测、分析,结合现场调查确定沉陷区形变成因,为本项目提供明确可靠的选址依据,减少了项目前期勘察的盲目投入。为今后类似条件下途径采空区公路项目提供借鉴和参考。关键词:关键词:高速公路;采空区;路线选址 中图分类号:中图分类号:U412 我国采空区公路建设已经历了十五年的历程,在采空区公路的勘察、设计、施工等方面积累了一定的经验。同时,随着我国高速公路建设由平原向山区发展,公路建设受采空区影响越来越突出,而采空区属于隐蔽、复杂、地表变形范围大、容易引发地质灾害的不良地质场地,对地面建筑物和公路的危害性很大。本文以皖北地区的高速公路选线为例,分析采空区路段路线方案研究的设计要点。1 项目
3、概况 项目位于皖北平原区,起于淮北市相山区渠沟镇房庄村北侧,经渠沟西、刘桥东、濉溪开发区西,向南跨越沱河后,终于 G1516 盐洛高速,路线长约 32.2km。项目采用双向四车道高速公路技术标准,设计速度120km/h,路基宽度 27m,汽车荷载等级为公路-级。项目沿线矿区较多。经前期资料分析核查,采空区路段影响线路方案的因素主要为刘桥一矿和刘东煤矿。2 矿区现状 2.1 刘桥一矿 刘桥一矿的矿井开拓方式为立井多水平集中大巷开拓方式。矿区含煤地层为石炭、二叠系。石炭系煤层薄,不稳定,煤层顶板多为石灰岩,地质条件复杂,为不可采煤层。二叠系含煤地层为下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组。二叠系含
4、煤地层厚度约785.5m,含八个煤层(组),含煤 17 层。累计煤厚 6.72m,含煤系数约为 0.86%。矿井设计可采煤层 3、4、6 三个煤层,实际开采 4、6 两层。2.2 刘东煤矿 刘东煤矿的矿井采用立井主石门分水平开拓方式,中央分列式通风,多为走向长壁式一次采全高,全部垮落法管理顶板,局部构造复杂地段采用硐采法开采。回采工作面采用主综合机械采煤法辅放炮落煤。现有生产水平两个,一水平标高-260m,二水平标高-475m,-700 辅助水平。主采 72 煤层、10 煤层,局部开采 71煤层。矿区内含煤地层为二叠系下统山西组,下石盒子组和上统早期的上石盒子组。揭露含煤地层厚度 480m,含
5、 8 个煤层(组),含煤 10 余层,煤层总厚度 9.0m 左右。二叠系煤系地层含煤系数约 3&,可采煤层平均总厚 5.68m,占总煤厚的 62%。3 采空区地表变形现状 地下煤矿采空区面积扩大到一定范围后,岩层移动发展到地表,使地表产生移动和变形。开采引起的地表移动过程,受多种地质采矿因素的影响,随开采深度、开采厚度、采煤方法及煤层产状等因素的不同,地表移动和破坏的形式也不完全相同,主要由地表移动盆地、塌陷坑、裂缝和台阶等。3.1 刘桥一矿 根据矿区开采情况分析,刘桥一矿可能对拟建线路产生影响的采空区共 4 块,分别是 C0、C1、C2、C3区块。其中,C0 区块由开采 4 煤和 6 煤产生
6、的。4 煤采空区形成时间为 20072015 年,开采标高-420m-600m,走向长壁式综采,开采煤层位于二叠系下统下中国科技期刊数据库 工业 A-85-石盒子组内,煤层开采厚度 0.94.0m,平均 2.0m。6煤采空区形成时间为20122015年,开采标高-400m-600m,走向长壁式综采,开采煤层位于二叠系下统山西组内,煤层开采厚度 0.95.0m,平均 3.0m。C0 区块开采后地表形成明显的采空塌陷,地表形成下沉盆地,现已积水成为池塘,地表移动下沉盆地中心达 4.5m。图 1 采空区分布示意图 C1 区块是由开采 4、6 煤产生的。4 煤采空区形成时间为 20082015 年,开
7、采标高-450m-670m,走向长壁式综采,开采煤层位于二叠系下统下石盒子组内,煤层开采厚度 0.94.0m,平均 2.0m。6 煤采空区形成时间为 20112016 年,开采标高-570m-770m,影响长度 1550m,走向长壁式综采,开采煤层位于二叠系下统山西组内,煤层开采厚度 0.95.0m,平均 3.0m。C1 区块开采后地表形成明显的采空塌陷,地表形成下沉盆地,现已积水成为池塘。地表房屋、围墙开裂,地表沉陷盆地已经形成、地表倾斜,地表村庄已经搬迁。C2 区块是开采 6 煤形成的,采空区形成时间为20092011 年,开采标高为-150m-350m,煤层平均厚度 3.3m,C2 区块
8、地表没有发现明显的变形迹象。C3 区块是开采 6 煤形成,采空区形成时间为2009-2014 年,开采标高为-250m-400m,影响路线长度约 900m。C3 区块变形主要集中在西侧开采面上部地表,范围较小。地表以整体下沉为主,下沉值约 70cm,现变形区域为耕地,未积水;C3 区块在东侧的面积较小(远远小于开采深度),且开采速度较慢,未达到充分采动,地表未见明显的变形,且东侧设有高压铁塔,调查未见铁塔有明显的变形。具体采空区分布图,见图 1。3.2 刘东煤矿 刘东煤矿开采可能对拟建线路产生影响的采空区共 2 块,分别为 C4、C5 区块。其中,C4 区块由开采310、410、472 工作面
9、产生的。其中 310、410 工作面开采 10 煤,开采深度为-110m-370m,煤层厚度为2.83.4m,平均 3m,开采时间为 2008-2014 年。472采区开采 7-2 煤,开采深度为-160-260m,煤层平均深度 2.5m,开采时间为 2012 年。C4 区块西部由 410、472 开采面开采形成,由于开采面较小,未达到充分采动。通过野外调查发现上部地表为大庙河,未见明显的变形迹象。C4 区块东部开采 310 地表形成明显的采空塌陷,地表形成下沉盆地,并已积水形成池塘,最大下沉值达 2.5m。C5 区块由开采 310、371、372 三个工作面产生的。371 采区开采 7-1
10、煤,开采深度为-150m-300m,煤层平均厚度为 1.3m,开采时间为2007-2015 年。372 采区开采 7-2 煤,开采深度为-280m-300m,煤层平均厚度为 3.2m,开采时间为2007-2016 年。310 采区开采 10 煤,开采深度为-110m-350m,煤层厚度为 2.83.4m,平均 3m,开采时间为2015-2016 年。该采面地表为农田,由于长期整修,未见明显的变形。4 采空区变形时序分析 考虑到采空区以往沉降数据缺失,为准确对研究区域的稳定性进行评价,运用 InSAR 技术提取K44+000-K52+000 段(范围大于采空区)2017 年 6 月至 2021
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