采空区地基稳定性评价报告
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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（单某某）（吨）
备注
1
煤浆给料泵
3
5500×4600×3000
26
2
循环气压缩机
1
5400×3400×3600
19.5
3
煤浆磨机
2
12500×3600×4000
25
4
汽化炉
3
Φ2900×14000
280×4
5
碳洗涤塔
3
Φ2400×18000
73.5
6
甲醇洗涤塔
1
Φ3100×52000
320
操作重量
7
H2S洗涤塔
1
Φ3200×48000
85
8
热再生塔
1
Φ3200×26000
50
9
甲醇合成塔
2
Φ4094 H=11859
375
操作重量
10
预精馏塔
Φ2800×38000
11
加压精馏塔
1
Φ2200×47000
12
常压精馏塔
1
Φ3200×53000
13
空压机
1
24000×12000
150
14
冷某某
Φ4200×72000
上塔：120下塔：240
15
澄清槽
Φ19000×5600
1645
注：以上这些设备的基础全部打桩，全部为钢筋混凝土基础。 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
24×96
4608
10000
2
18
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
2
磨煤厂房
34×24
1632
1700
2
22
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
3
气化框架
34×10.5
2499
3600
7
39
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
12×18
864
3200
4
22
钢框架
占地面积含室外设备
5
过滤机厂房
18×12
432
216
2
12
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
12×24
864
288
3
10.8
钢框架
占地面积含室外设备
8
脱硫脱碳设备框架
398
201
2、3
10
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
9
硫回收设备框架
10×10
260
100
3
8
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
10
硫回收切片机
30×20
1200
600
2
12
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
11
甲醇合成厂房
54×19.45
2100．6
1050.3
2
18
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
121．6
121.6
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
13
甲醇精馏泵房
9×37.5
337．5
337.5
1
5
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
9×37.5
337．5
337.5
1
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
15
冷冻站
18×32
1152
1600
2
18
钢筋混凝土排架
占地面积含室外设备
16
产品罐区
150×60
9000
9000
钢筋混凝土
占地面积含室外设备
17
产品罐区泵房、操作间
6×32
192
192
1
5
砖混
占地面积含室外设备
18
火车灌装站台
2.5×144
720
360
2
5
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
19
汽车灌装站台
4.5x16.5
148.5
74.25
2
5
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
20
控制室
15×32
1440
480
3
14
砖混
占地面积含室外设备
21
锅炉房
112×48
5000
5376
3
35
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
22
150米烟囱
(φ3.米）
钢筋混凝土
占地面积含室外设备
23
脱盐水站
64×50
1212
3200
1
9.5
钢筋混凝土框架
占地面积含室外设备
24
煤运系统：
（1）卸煤间
9×36
670
350
2
8.3
钢筋混凝土框架
煤筒仓
φ15×78
3510
1170
4
43.5
钢筋混凝土框架
破碎楼
10×10
300
100
3
15
钢筋混凝土框架
转运站
6×9
108
54
2
钢筋混凝土框架
6.5×9.5
124
62
2
8
钢筋混凝土框架
6×6
72
36
2
30
钢筋混凝土框架
输煤栈桥
4.8×70
336
336
1
钢筋混凝土框架
4.8×121.5
584
584
1
钢筋混凝土框架
4.8×56.5
271.2
271.2
1
钢筋混凝土框架
4.8×120
96
576
1
钢筋混凝土框架
25
加压站：
加压泵房
20×8
160
160
1
6
砖混
半地下式
26
循环水池8000m3
221x20.3x2.6
4500
钢筋混凝土
27
给水站3800 m3
42x20
840
1
6
钢筋混凝土
28
泡沫泵房
8×16
128
128
1
5
砖混
29
喷淋循环水：
水池5500 m3
20×16
320
钢筋混凝土
30
(1)污水站
初期雨水池600m3
15x10
150
钢筋混凝土
(2)污水处理站
处理池3000m3
33x20
660
1
6
钢筋混凝土
31
气化变电所
9x36
324
在总变
1
4.5
钢筋混凝土框架
32
甲醇变电所
8x16
128
128
1
4.5
钢筋混凝土框架
33
锅炉变电所
锅炉房内
1
4.2
钢筋混凝土框架
34
循环水变电所
9x30
270
270
1
4.5
钢筋混凝土框架
35
总变电所
12x50
1200
600
2
9
钢筋混凝土框架
36
机修车间
30x15
450
450
1
7.5
钢筋混凝土框架
37
电仪修楼
24x40
2880
960
3
10.4
砖混
38
综合仓库
15×48
2160
720
3
18
钢筋混凝土框架
39
硫磺及化学品库
9×18
162
162
1
6
钢筋混凝土排架
40
厂综合办公楼
15×32
2400
480
5
12
砖混
合计
50851.9
59301.35
二、地质采矿条件
xx煤矿是xxXX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XX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XX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
图3-1 地表移动盆地示意图
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。
(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，所以它在受到拉伸变形后，往往是先在建（构）筑物的薄弱部位(如门窗上方)出现裂缝，有时地表尚未出现明显裂缝，而在建（构）筑物墙上却出现了裂缝，破坏严重时可能使建（构）筑物倒塌。拉伸变形能把管道和电缆拉断，使钢轨轨缝加大。压缩变形则能使建（构）筑物墙壁挤碎、地板鼓起，出现剪切或挤压裂缝，使门窗变形、开关不灵等。
水平变形对建（构）筑物的影响程度与地表变形值的大小，建（构）筑物的长度、平面形状、结构、建筑材料、建造质量、建筑基础特点，建（构）筑物和采空区的相对位置等因素有关。其中地表变形值的大小及其分布，又受开采深度、开采厚度、开采方法、顶板管理方法、采动程度、岩性、水文地质条件、地质构造等因素的影响。
地表水平变形对甲醇厂的设备影响很大。由于独立设备基础面积较小，刚度较大，水平变形对其影响不大，但对具有两个或两个以上相互独立基础的设备危害很大，水平变形能使其两个独立基础之间的距离拉长或缩短，从而使设备不能正常运转，甲醇厂的大多数建（构）筑物都是由两个或两个以上独立基础支撑的，因此，水平变形对甲醇厂设备影响很大。
3、建（构）筑物破坏与地表变形的关系
地表变形使建（构）筑物的基础及其结构产生附加应力，从而使建（构）筑物遭受到某种程度的损害。建（构）筑物受开采影响的损害程度取决于地表变形值的大小和建（构）筑物本身抵抗采动变形的能力。对于长度或变形缝区段内长度小于20m的砖混结构建（构）筑物，其损坏等级划分见表3-1。其它结构类型的建（构）筑物参照表3-1的规定执行。
表3-1 砖混结构建筑物损坏等级
损坏
等级
建筑物损坏程度
地表变形值
损坏
分类
处理
方式
水平变形
ε(mm/m)
曲率
k(10-3/m)
倾斜
(mm/m)
Ⅰ
自然间砖墙上出现宽度1～2mm的裂缝
≤2.0
≤0.2
≤3.0
极轻微损坏
不修
自然间砖墙上出现宽度小于4mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于10mm
轻微损坏
简单
维修
Ⅱ
自然间砖墙上出现宽度小于15mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于30mm，钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/3截面高度；梁端抽出小于20mm；砖柱上出现水平裂缝，缝长大于1/2截面边某某；门窗略有歪斜
≤4.0
≤0.4
≤6.0
轻度损坏
小修
Ⅲ
自然间砖墙上出现宽度小于30mm的裂缝；多条裂缝总宽度小于50mm，钢筋混凝土梁、柱上裂缝长度小于1/2截面高度；梁端抽出小于50mm；砖柱上出现小于5mm的水平错动；门窗严重变形
≤6.0
≤0.6
≤10.0
中度损坏
中修
图3-2 建(构)筑物长度与地表变形的关系
Ⅳ
自然间砖墙上出现宽度大于30mm的裂缝；多条裂缝总宽度大于50mm；梁端抽出小于60mm；砖柱出现小于25mm的水平错动
＞6.0
＞0.6
＞10.0
严重损坏
大修
自然间砖墙上出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝，以及严重外鼓、歪斜；钢筋混凝土梁、柱 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 内单位面积建筑荷重不得大于280kN/m2(约28t/m2)；如果基础面积为90×30m2，则原则上拟建工程区域内单位面积建筑荷重不得大于500kN/m2(约50t/m2)。当荷载比之大时，应对地下采空区进行注浆处理或加新.大建建（构）筑物的抗变形结构技术措施。
5、新建建（构）筑物采取的简易抗变形结构技术措施主要有设置变形缝；各单体体型应力求简单，避免立面高低起伏和平面凹凸曲折；建筑前应对地基进行处理；建筑物的基础应尽可能做成整体基础，设置钢筋混凝土基础梁，且同一单体的钢筋混凝土基础梁应成一闭合的箍；在基础设置水平滑动层，且同一单体水平滑动层应设置在同一标高上；设置墙壁圈梁、构造柱等加大上部结构刚度与整体性；设备应做成整体基础，并采用增加或减少垫圈能相应调整倾斜量；管道间增设柔性接头。主要抗变形结构技术措施要按预计的地表残余变形值的大小计算设置或配置。
6、建议在厂区内建立地表沉降观测站，定期进行观测，以便监测采空区地表及建筑物的下沉情况。今后严禁在厂区周围和正下方进行采掘活动，以防止老采空区进一步活化，地表产生较大的不均匀沉降，从而影响地面建（构）筑物和设备的正常安全使用。
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