【摘要】煤礦采空區的穩定性問題是巖土工程中研究的重要課題，特別是近年來，隨著高層建筑的興建和土地的合理規劃利用，在采空區修建高層建筑物對采空區的穩定性提出了更高的要求。本文根據工程實例，對老采空區巖土工程穩定性問題進行分析和探討。
　　【關鍵詞】老采空區，巖土工程，穩定性
　　
　　某大酒店高21層，由主樓及裙樓組成，主樓東西長42m，南北寬20m，框剪結構；裙樓位于主樓東、南、西三側，外包尺寸東西長66m，南北寬43～50m，高度均為3層，框架結構，主、群樓均設一層地下室，彼此結構獨立。
　　場區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，分組為第二組。
　　場區地層主要為石炭～二疊系煤系地層，整體走向NE，傾向NW，傾角平緩，上覆第四系地層由黏性土組成，厚度約10m。場區共含煤21層，煤層總厚度5.32m，其中場地可采、局部可采煤層6層，場地位置實際開采煤層為17煤、20煤和21煤。
　　場區內煤礦開采方法為走向長臂法，頂板管理為自由垮落法。各采煤工作面基本情況詳見表1。根據開采時間確定，場區采空區為老采空區。
　　表1場區地段采煤工作情況簡表

　　場地穩定性評價
　　（1）開采時間判定采空區地基穩定性
　　煤礦采空區地面變形活躍期結束時間為T=2.5H0（天）式中H0為采深，單位m。
　　場地煤層最大采深約為333m（從地面算起），根據上式估算其地面變形活躍期結束時間為833天，而場地煤層最后開采時間為1994年,因此從開采時間評價，場地采孔區地面變形已經趨于穩定。然而需要說明的是，采空地面塌陷變形穩定并不代表采空區上覆巖土體變形的絕對終止，只是其變形量在一定時間內小于一定限值，并且在特定條件下還將發生活化，發生二次較大變形。
　　（2）采深采厚比判定采空區地基穩定性
　　場地內煤層最小埋深約238m，采深采厚比280,遠大于30,地表一般出現連續沉降變形，但在地表沉降移動盆地邊緣，裂縫較發育，其大小隨著采深的增大而減小。
　　（3）根據地基附加應力與冒落帶發育高度判定采空區地基穩定性
　　a.建筑物荷載影響深度計算
　　取地基中的附加應力Oz占上覆地基土自重應力Ocz的10%所對應的深度為地基受壓層深度。以采用筏板基礎考慮，計算21層主樓中心位置43m深度處附加應力Oz約為78kPa，不足該深度處巖土自重應力（Ocz=915kPa）的10%，據此確定建筑物基底附加應力最大影響深度約為地面以下43m。
　　b.冒落帶、導水裂隙帶計算
　　經驗公式取：Hm=100M/(3.3n+3.8)+5.1式中M為累計采厚（m），n為煤層分層數；
　　計算Hm約為22m。
　　場地深部17、20和21煤采空區冒落、導水裂隙帶發育高度遠在建筑物基底附加應力的影響深度43m以下，新建建筑物不會導致17、20和21煤采空區活化失穩。
　　（4）根據工程荷載與煤層頂板力學性能判定采空區地基穩定性
　　根據公式估算采空區頂板巖石的穩定性：
　　
　　式中：H0為臨界深度；B為巷道寬度（m），按4m計算；γ為巖土層平均重度，按26.5kN/m3計；φ為摩擦角，取平均值300。
　　對于高度21層的建筑物，按平均基底壓力P0為420kPa估算，H0=31.6m，1.5H0=47.4m。場地17、20和21煤采空區采深大于245m，遠大于1.5H0=47.4m，因此，地基基本穩定。
　　（5）老采空區活化判定采空區地基穩定性
　　老采空區在遭受重復采動、地震、地下水超采等強烈地質環境條件改變作用時，其上方原來基本穩定的巖土體因應力平衡的破壞將發生二次變形，直至達成新的應力平衡，從而形成老采空區“活化”現象。老采空區活化的變形特征與現采空相似，但強度明顯減弱。
　　綜合上述分析可知，場地的穩定性主要受老采空區殘余變形及“活化”作用的不利影響；綜合評定，在采取合適的建筑結構抗變形措施后，場地基本穩定。
　　進一步工作的思考
　　（1）加強采空區的地質勘察工作。根據資料的收集和勘察成果，首先應考慮采空區在附加荷載作用下是否會“活化”，然后再計算其在使用年限內的殘余沉降量以及采空區地基的承載力。
　　（2）老采空區巖土工程穩定性問題要從多重地質因素共同作用的角度進行分析論證，除上述論述說論述的條件外，還應考慮場區自然地理概況、區域地質條件及采空區塌陷狀況等，并應根據工程需要，論述采空區地面變形特征，計算剩余沉降量和預測變形的發展趨勢。
　　（3）老采空區評價方法多采用定性與半定量的綜合分析方法確定場區的穩定性。
　　（4）關于老采空區穩定性的研究，特別是在工程建筑行業經驗積累較少，因此，沒有實際建筑經驗可供參考，高層建筑建成以后的變形特征及安全運行情況難以準確預計，因此場地用作高層建筑物的建設場地時尚缺少建筑實踐經驗的支撐，需委托權威機構進行專門性論證工作。
　　
　　參考文獻
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