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1、乌鲁木齐绕城高速公路（东线）施工图设计 采空区治理工程第一合同段专题设计 第 24 页 共 24 页 铁厂沟煤田采空区治理工程第一合同段专题设计1.概述1.1工程概况乌鲁木齐绕城高速公路（东线）起自甘泉堡工业园区，接吐乌大高速公路（甘泉堡互通），经乌鲁木齐东，止于吐乌大高速公路乌拉泊互通，路线全长约62.5km，全线采用双向六车道高速公路标准，设计速度100km/h，路基宽度33.5m。根据乌鲁木齐绕城高速公路（东线）前期研究成果，结合路线总体走向，第一合同段不可避免的需穿越铁厂沟煤田采空区。1.2煤田采空区分布根据本次勘察成果，在拟选路线K19+630K22+900自北向南分布有17#-46
2、#煤层，煤层属侏罗系西山窑组（J2x），以及侏罗系下统八道湾组（J1b）。煤层走向6570，走向近东西，倾角4586，煤层露头均与上覆第四系地层，呈角度不整合接触。线路自北向南依次分布有：沙沟幸福煤矿（K19+630- K19+960）、众兴二矿（K21+220- K21+880）、曙光六矿（K22+280-K22+600）、志强煤矿（原八一煤矿）（K22+600-K22+900）、小窑乱采区（K23+985- K24+070）。路线利用煤矿企业工业广场预留煤柱布线。线路经过露天煤矿二处，第一处：位于K21+220-K21+320（路右）众兴二矿北侧，开采深度约30-50m。第二处：位于K22
3、+680-K22+880（路线穿越，八一煤矿原预留煤柱被露天开采，两侧存在采空区）。除正规开采煤矿外，多有小窑开采，形成小规模采空，工作区共发现小窑开采二处。第一处：位于K23+985-K24+005（横穿）；第二处：位于K24+050-K24+070（横穿）。以上两处均属80年代初期无序开采的小窑，深度50m左右，目前在地表形成较多塌陷坑、洞。采空区分布路段 表1-1类别里程桩号长度（m）开采深度煤矿名称煤矿采空区1、K19+630- K19+960330310m幸福沙沟煤矿2、K21+220- K21+880660200-250m众兴二矿3、K21+880- K22+280400100m两
4、矿之间采矿变形区 4、K22+280- K22+600320170m曙光六矿5、K22+600- K22+900300200-250m志强煤矿煤矿采空区合计2010小窑采空区1、K23+985-K24+0052020-30m小窑2、K24+050-K24+0702040-50m小窑小窑采空区合计40露天开采煤矿1、K21+220-K21+32010030m众兴二矿北侧露天矿2、K22+680-K22+88020030m八一煤矿预留煤柱被露天开采矿露天煤矿合计300路线途经采空区路段里程合计21501.3煤矿开采方式煤矿开采方式：一般在广场安全煤柱设置主井及地面采煤设施，主井一般设置在煤层的底板
5、。沿煤层倾向设置石门，沿煤层走向设置水平运输巷道。路线经过区域煤矿采煤方法为房柱式采煤法，房柱式采煤法为每隔一定距离先采煤房直至边界,再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。1.4设计基本思路采空区处理方案的确定主要依据地质资料和路线设计高度与采空区的关系而定。最终目的是达到：处治后路基的承载力与变形稳定性，能满足高速公路工程安全使用的要求。目前，在地下采空区的处治技术方面，国内外尚没有相对完善的技术规程与规范，但在处治构筑物下伏空洞的方面，已有一些成功的实例。如开挖回填法、跨越法、注浆充填加固法等，其中注浆法应用较广。高速公路下伏采空区加固方案的选择，不但要考虑采空区的埋深、规模、成因、水文地质工
6、程地质条件、矿的开采方式、开采时间等诸多因素，而且与经济条件、地基条件、道路条件、施工技术等密切相关。所以各采空区处理方法不具通用性和可比性，要根据采空区的具体特点，通过现场试验来确定。对于采空区的处治，必须坚持的一个重要原则是坚持动态设计原则，根据现场施工时的实际情况，需要我们对采空区处治措施不断进行优化修正，最终达到采空区处治效果。1.5采空区处治标段划分类别里程桩号长度（m）开采深度(m)煤矿名称处治方案标段划分采空区K19+630-K19+960330310-330幸福沙沟煤矿注浆治理第一施工标段采空区K21+220-K21+880660200-250众兴二矿注浆治理第二施工标段采空区
7、K21+880-K22+280400100两矿间的变形区及乱掘区注浆治理第三施工标段采空区K22+280-K22+600320170曙光六矿注浆治理第四施工标段K22+600-K22+900300200-250志强煤矿（八一）露天开挖部分采用逐层回填分批注浆方案露天开采K22+680-K22+88020030志强煤矿，原八一矿小窑采空区K23+985-K24+0052020-30小窑注浆治理K24+050-K24+0702040-50小窑注浆治理采空区治理第一施工标段桩号为K19+630-K19+960，主要为幸福沙沟煤矿采空区治理设计。1.6采空区处治方案选择1.6.1煤矿采空区本项目所经煤
8、矿采空区基本为急倾斜煤层（倾角大于55）采空区，根据采空区勘察及分析可知，拟建线路从煤矿预留安全煤柱上通过，拟建线路大部分处于移动区和变形区，必须经过处理才能满足拟建道路工程要求。路基抗变形处理方案是采用一定的处理措施处治预留安全煤柱上的浅层窑采空区和固结浅层岩体裂缝和裂隙，使其不发生突然的坍塌、冒落。同时对该路段的路基路面采用特殊措施处理，增加路基的整体性，减小局部变形对路基的影响，同时增加拟建道路路面结构刚度，避免路面发生突然变形。通过比选，推荐对于煤矿采空区采用注浆充填+网格地梁格栅处治方案。为进一步加强路基抗变形、路面抗裂缝能力，在路床底设置一层土工格栅。1.6.2井洞处理方案根据勘察
9、成果，在拟建道路穿越沙沟幸福煤矿矿区内，分布有2个井洞，必须进行处理。对该风井进行回填处理，采用不含有机质的各类废土回填，回填后进行注浆处理。2.区域地质概况2.1地形地貌拟建场地位于米东区铁厂沟，属低山丘陵区，总体地势南高北低，海拨高程在 778893m之间，现区域内存在四带西南至东北向煤田采空塌陷区，局部已回填，可见较多塌陷坑。2.2 地层构成矿区（含井田及周边地区）出露的地层主要有侏罗系下统八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、侏罗系下统西山窑组（J2x）、第四系（Q3、Q4）。由老而新分述如下。、侏罗系下统八道湾组（J1b）八道湾组岩性一般由灰色和深灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、砂砾
10、岩、炭质页岩夹煤层及菱铁矿透镜体组成。地层平均厚度766m。、侏罗系下统三工河组（J1s）三工河组为灰色、灰绿色泥岩、砂岩不均匀互层，夹粗砂岩、粉砂岩，含植物化石。并夹薄煤层。地层平均厚度475m。、侏罗系中统西山窑组（J2x）西山窑组为一套以湖沼相泥炭沼泽相沉积，伴有少量河流相沉积的含煤碎屑岩建造。岩性一般由灰色和深灰色泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩等组成。夹不太稳定的中砂岩及粗砂岩。本组为该区域主要含煤地层，煤层层数多，厚度大。地层平均厚度765m。根据含煤情况，岩相、旋徊特征及煤层赋存特点等可划分为二个含煤段。西山窑组下段（J2x1）岩性一般由灰色、深灰色泥岩、细砂岩互层出现。下部为
11、灰白色中砂岩夹细砂岩及粉砂岩，中部夹炭质泥岩及煤线。底部为厚层灰白色中砂岩，全区稳定与下伏地层三工河组（J1s）呈整合接触。本段地层厚度40m。西山窑组上段（J2x2）岩性由灰色、深灰色、灰黑色炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩组成。中部夹有薄层中砂岩及菱铁矿层，较为稳定。下部夹薄层炭质泥岩及不稳定中粒及粗粒砂岩。底部为一套厚层状灰色粉砂岩、细砂岩互层及薄层炭质泥岩。本段地层厚度525m。第四系（Q3 、Q4）广泛覆盖于较老地层之上。可划分为两段。上更新统下段（Q31）：为半胶结及未胶结的砾石层夹透镜状粉砂质粘土层。一般厚度7181m。上更新统上段（Q32）：为土黄色的粉砂质粘土及粘土质砂。厚度5
12、20m。全新统（Q4）：为杂色的采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5100m。根据探井、钻孔揭露，拟建场地地层主要由杂填土、黄土状粉土、卵石土、全风化基岩、强风化基岩、煤、微-中风化基岩构成。现分别描述如下：杂填土：黄褐色、灰色、黑色、灰黑色，在拟建整个场地均有分布，厚度变化较大，厚度0.5-6.0m，局部地区大于10.0m，组成物质杂乱。主要回填物以建筑垃圾为主。采空塌陷区回填物，主要成分为粉砂质粘土、砂砾石，混杂有大量煤矸石、煤灰及建筑、生活垃圾。厚度5100m。松散 稍湿黄土状粉土（低液限粉土）：黄褐色、灰褐色，在场地内大部分区域
13、有分布，埋深0.5-6.0m，厚0-20m，干强度高，韧性低。土体中含有较多白色钙质结核及小砾石，可见大孔隙。摇振反应中等，无光泽反应。稍密 稍湿卵石土：青灰色，在场地内大部分区域有分布，埋深0.5-20m，厚0-50m，亚圆状，一般颗粒2-5cm，最大0.5-1.0m，级配一般，骨架颗粒占60-70%，充填物为中粗砂。母岩主要为变质岩碎屑，主要成份为石英、长石。中密-密实 稍湿全风化基岩：灰褐色、灰色、灰红色。整个场地均有揭露，埋深5-70m，以砂岩、泥岩为主，风化剧烈呈土状、碎块状，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩石质量指标为极差。强风化基岩：灰色、灰绿色、灰黄色。整个场地均有揭露，地
14、质年代属侏罗系西山窑组，岩性为泥岩、泥质粉砂岩、砂岩、炭质泥岩夹煤层，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，岩石质量指标为极差。煤：灰黑色、黑色。整个场地均有揭露，受地层产状影响，埋深及揭露厚度均变化很大，地质年代属侏罗系西山窑组，呈沥青-弱玻璃光泽，煤岩成份以亮煤为主，次为镜煤和暗煤，半亮-光亮型，风化裂隙发育，岩体破碎，岩石质量指标为极差。中-微风化基岩：灰色、灰绿色、灰黄色，整个场地均有揭露，受地层产状影响，埋深及揭露厚度均变化很大，地质年代属侏罗系西山窑组，岩性为泥岩、砂岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩。结构部分被破坏，风化裂隙发育，岩体为切割成岩块，岩石质量指标为差。2.3煤层分布情况1.侏罗系中统西山窑组侏罗系中统西山窑组（J2x）共含煤29层，编号为17#-46#。井田地表被第四系全新统冲洪积层覆盖。工程揭露地层划为侏罗系中统西山窑组，该组总体属于河湖-沼泽相含煤沉积，总厚684m，细划为三个岩性段。西山窑组下段(J2x1)：为主要含煤段，岩性组合以细砂岩、粉砂岩为主，夹炭质泥岩。含4146号煤层。地层厚度370m。西山窑组中段(J2x2)：岩性组合仍以细砂岩、粉砂岩为主。含2540号煤层。地层厚度182m。西山窑组上段(J2x3
