采空区地基稳定性评价报告

1一、工程概况xx集团拟在xx煤矿工业广场区域新建一座50万吨/年的甲醇厂，拟建厂址利用xx煤矿的工业广场留设煤柱没有开采的有利条件，尽可能把新建甲醇厂的重要建（构）筑物布置在工业广场留设的煤柱之上（xx煤矿工业广场建筑物平面图见图1-1所示），其他建（构）筑物布置在工业广场周围的采空区之上。拟建厂址东西长约1200m，南北宽约760m，占地面积900余亩；西为邹唐公路，北与西侧为xx煤矿铁路专用线。交通十分便利，基础设施齐全，地形较为平坦开阔。拟建工程建（构）筑物总平面布置见图1-2所示。主要建、构筑物名称及要素见表1-1所示。大型重要设备尺寸见表1-2。荷重最大的设备为甲醇合成塔、甲醇洗涤塔、气化炉、澄清槽等。建构筑物最高的为煤筒仓（高度43.5m）和气化框架（高度39m）。大部分设备基础采用桩基础，钢筋混凝土结构。精密设备、超长轴设备如大型压缩机、泵，基本都是联合平台，联合基础，不允许局部沉降。大部分设备对下沉都比较敏感，特别是大型压缩机有轴位移和轴震动非常精密的检测报警设备，位移和振幅一般要求小于0.5mm。表1-2大型重要设备尺寸序号设备名称数量设备外形尺寸长×宽×高（mm）重量（单台）（吨）备注1煤浆给料泵35500×4600×3000262循环气压缩机15400×3400×360019.53煤浆磨机212500×3600×4000254汽化炉3Φ2900×14000280×45碳洗涤塔3Φ2400×1800073.56甲醇洗涤塔1Φ3100×52000320操作重量7H2S洗涤塔1Φ3200×48000858热再生塔1Φ3200×26000509甲醇合成塔2Φ4094H=11859375操作重量10预精馏塔Φ2800×3800011加压精馏塔1Φ2200×4700012常压精馏塔1Φ3200×5300013空压机124000×1200015014冷箱Φ4200×72000上塔：120下塔：24015澄清槽Φ19000×56001645注：以上这些设备的基础全部打桩，全部为钢筋混凝土基础。2表1-1主要建、构筑物一览表序号建、构筑物名称平面尺寸WxL(m)建筑面积(m2)占地面积(m2)层数建筑高度（m）结构形式备注1空压机厂房24×96460810000218钢筋混凝土框架占地面积含室外设备2磨煤厂房34×2416321700222钢筋混凝土框架占地面积含室外设备3气化框架34×10.524993600739钢筋混凝土框架占地面积含室外设备4灰水处理设备框架12×188643200422钢框架占地面积含室外设备5过滤机厂房18×12432216212钢筋混凝土框架占地面积含室外设备6变换3200占地面积含室外设备7热回收12×24864288310.8钢框架占地面积含室外设备8脱硫脱碳设备框架3982012、310钢筋混凝土框架占地面积含室外设备9硫回收设备框架10×1026010038钢筋混凝土框架占地面积含室外设备10硫回收切片机30×201200600212钢筋混凝土框架占地面积含室外设备11甲醇合成厂房54×19.452100．61050.3218钢筋混凝土框架占地面积含室外设备12甲醇合成设备框架121．6121.6钢筋混凝土框架占地面积含室外设备13甲醇精馏泵房9×37.5337．5337.515钢筋混凝土框架占地面积含室外设备14甲醇精馏设备框架9×37.5337．5337.51钢筋混凝土框架占地面积含室外设备15冷冻站18×3211521600218钢筋混凝土排架占地面积含室外设备16产品罐区150×6090009000钢筋混凝土占地面积含室外设备17产品罐区泵房、操作间6×3219219215砖混占地面积含室外设备18火车灌装站台2.5×14472036025钢筋混凝土框架占地面积含室外设备19汽车灌装站台4.5x16.5148.574.2525钢筋混凝土框架占地面积含室外设备20控制室15×321440480314砖混占地面积含室外设备21锅炉房112×4850005376335钢筋混凝土框架占地面积含室外设备22150米烟囱(φ3.米）钢筋混凝土占地面积含室外设备23脱盐水站64×501212320019.5钢筋混凝土框架占地面积含室外设备3序号建、构筑物名称平面尺寸WxL(m)建筑面积(m2)占地面积(m2)层数建筑高度（m）结构形式备注24煤运系统：（1）卸煤间9×3667035028.3钢筋混凝土框架煤筒仓φ15×7835101170443.5钢筋混凝土框架破碎楼10×10300100315钢筋混凝土框架转运站6×9108542钢筋混凝土框架6.5×9.51246228钢筋混凝土框架6×67236230钢筋混凝土框架输煤栈桥4.8×703363361钢筋混凝土框架4.8×121.55845841钢筋混凝土框架4.8×56.5271.2271.21钢筋混凝土框架4.8×120965761钢筋混凝土框架25加压站：加压泵房20×816016016砖混半地下式26循环水池8000m3221x20.3x2.64500钢筋混凝土27给水站3800m342x2084016钢筋混凝土28泡沫泵房8×1612812815砖混29喷淋循环水：水池5500m320×16320钢筋混凝土4序号建、构筑物名称平面尺寸WxL(m)建筑面积(m2)占地面积(m2)层数建筑高度（m）结构形式备注30(1)污水站初期雨水池600m315x10150钢筋混凝土(2)污水处理站处理池3000m333x2066016钢筋混凝土31气化变电所9x36324在总变14.5钢筋混凝土框架32甲醇变电所8x1612812814.5钢筋混凝土框架33锅炉变电所锅炉房内14.2钢筋混凝土框架34循环水变电所9x3027027014.5钢筋混凝土框架35总变电所12x50120060029钢筋混凝土框架36机修车间30x1545045017.5钢筋混凝土框架37电仪修楼24x402880960310.4砖混38综合仓库15×482160720318钢筋混凝土框架39硫磺及化学品库9×1816216216钢筋混凝土排架40厂综合办公楼15×322400480512砖混合计50851.959301.355二、地质采矿条件xx煤矿是xx矿区开发最早的矿井，位于xx市南xx镇和xx镇境内，井口北距xx市约11km。xx煤矿于1960年开始建设，设计生产能力为30万t/年，1978年改扩建至45万t/年，1990年后矿井进入衰老期，1991年底注销矿井设计生产能力，之后回收部分煤柱，至2002年回收完毕，然后闭坑。1、地层x州煤田位于鲁西隆起区西南缘的x州向斜内，属石炭二迭系含煤地层。井田内地层自上而下分述如下：第四系，厚15.92～58.50m，由棕黄色砂质粘土及粘土质砂砾组成，含3层含水砂或砂砾层。上侏罗系，厚0～266.59m，以紫红色厚层状中、细砂岩为主，泥质胶结，夹薄层砾岩、砂砾岩和泥岩。下部含绿灰岩、粉砂岩互层。底部为一层不稳定的砾岩。石炭系太原群，井田内沉积厚度一般为151.48m，由薄层深灰色粉砂岩、泥岩和灰～绿灰色砂岩组成，中夹灰岩8层、薄煤层15层，是本区主要含煤层段，可采煤层为第16上、17、18上层煤。16上煤层厚0.99m，17煤层厚1.01m，16上和17煤层为主采煤层，全区可采，18上层煤为局部可采煤层。石炭系本溪群，一般厚49.67m，本组为浅海及过渡相沉积。奥陶系中、下统，厚450～750m。图2-1为唐1钻孔柱状图，该钻孔位于拟建区域内，第四系厚18m，其下有细砂岩、粘土岩、细、粗、粉砂岩及石灰岩等组成，煤16下层深139.58m，煤17层深144.39m，整个煤层上覆岩层岩性属中硬型。位于拟建区域南部的唐2钻孔（图2-2），第四系厚20.3m，煤16上深109.64m，煤17深125.54m。2、构造xx井田位于x州向斜的南翼浅部东端，地层走向近东西、向北倾斜的单斜构造，倾角3°～9°，平均6°。在峄山断层和一号井东断层之间地堑区以及一号井东断层西侧，局部倾角达20°。井田西部为浅状起伏和宽缓褶曲，地层产状平缓。在东6部峄山支二断层和一号井东断层之间地堑区及一号井东断层西侧400～800m范围内属褶曲发育区。本井田内断层分二组：一是北东东向的逆断层组；二是近南北的正断层组。逆断层组主要分布发育在南部和西部边缘，位于拟建区域南侧的xx断层是该区域唯一大断层，为逆断层，走向北60°～75°东，倾向NW，倾角30°～45°，落差30～50m，延展长度达4000m。拟建区域除xx断层外没其它大型构造，条件简单。3、开采情况本区域仅开采了16上煤层和17煤层，16上煤层平均厚0.99m，结构简单；17煤层平均厚1.01m，结构简单；16上煤层距17煤层13.25m。图2-3、2-4分别为拟建区域16上、17煤层开采情况平面图，大部分为1968～1973年左右开采的，附近区域最早也有1959年开采的，最晚也有1990年开采的。采用走向长壁开采方式，全陷法管理顶板。拟建区域范围内最小采深105m（位于场地南部），最大采深160m（位于场地北部）。三、采动影响与建（构）筑物破坏关系1、地表移动与变形煤层开采后，采空区上覆岩层产生垮落带、断裂带、弯曲带，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图3-1所示。描述地表移动盆地内移动和变形的指标是下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等。下沉盆地内任一点的地表移动过程可分为三个阶段：初始期、活跃期和衰退期。一般规定衰退期从活跃期结束时开始，到六个月内下沉值不超过30mm为止。在按照规程规定的“移动稳定”后，实际上地表还有少量残余下沉量，这个残余下沉量将持续相当长一段时间，与开采深度、覆岩性质、顶板管理方法等有关。在老采空区上方新建建（构）筑物时，应根据开采结束时间，估图3-1地表移动盆地示意图采空区下沉盆地下沉曲线下沉曲线7计残余下沉的影响。2、地表移动与变形对建（构）筑物的影响地下开采引起的地表移动和变形，对座落在影响范围内的建（构）筑物将产生影响，这种影响一般是由地表通过建（构）筑物的基础传到建（构）筑物上部结构的。在不同的地表变形及大小作用下，对建（构）筑物将产生不同的影响效果。（1）地表下沉和水平移动对建（构）筑物的影响地表大面积、平缓、均匀的下沉和水平移动，一般对建（构）筑物影响很小，不致引起建（构）筑物破坏，故不作为衡量建（构）筑物破坏的指标。如建（构）筑物位于盆地的平底部分，最终将呈现出整体移动，建（构）筑物各部件不产生附加应力，仍可保持原来的形态。但当下沉值很大时，有时也会带来严重的后果，特别是在地下水位很高的情况下，地表沉陷后盆地积水，使建（构）筑物淹没在水中，即使其不受损害也无法使用。非均匀的下沉和水平移动，对工农业和交通线路等有不利影响。(2)地表倾斜对建（构）筑物的影响移动盆地内非均匀下沉引起的地表倾斜，会使位于其范围内的建（构）筑物歪斜，特别是对底面积很小而高度很大的建（构）筑物，如水塔、烟囱、高压线铁塔等，影响较严重。倾斜会使公路、铁路、管道、地面上下水系统等的坡度遭到破坏，从而影响它们的正常工作状态。倾斜变形还使设备偏斜，磨损加大或不能正常运转。(3)地表曲率变形对建（构）筑物的影响曲率变形表示地表倾斜的变化程度。建（构）筑物位于正曲率(地表上凸)和负曲率(地表下凹)的不同部位，其受力状态和破坏特征也不相同。前者是建（构）筑物中间受力大，两端受力小，甚至处于悬空状态，产生破坏时，其裂缝形状为倒八字，后者是中间部位受力小，两端处于支撑状态，其破坏特征为正八字形裂缝。曲率变形引起的建（构）筑物上附加应力的大小，与地表曲率半径、土壤物理力学性质和建（构）筑物特征有关。一般是随曲率半径的增大，作用在建（构）筑物上的附加应力减小；随建（构）筑物长度的增大、底面积增大，建（构）筑物产生的破坏也加大。8(4)地表水平变形对建（构）筑物的影响地表水平变形是引起建（构）筑物破坏的重要因素。特别是砖木结构的建（构）筑物，抗拉伸变形的能力很小，所以它在