【关键词】填矸地基；基础设
【Abstract】In the area with old coal mines there are always a lot of abandoned coal gangue which occupied much land. With the devolopement of the citys and villages in our country the source of land becomes more and more scarce. So， the problem how to build on the ground with long-term filled coal gangue after suitable modification for construction ground or how to utilize the ground as conctruction ground should be paid attentions by management department， research department， design department and investigation department and be researched as a project. In this paper the problems on design of foundation on the ground with long-term filled coal gangue are presented and the author's experience about these problems are shown as the referenc for engineerings.
【Key words】 ground with filled coal gangue；design of foundation
1. 引言辽宁省阜新市城区是一个历史久远的煤矿矿区。在市区周围，有很多土地都被多年煤炭生产中开采出来的废弃物、煤炭洗选分离出来的废弃物、露天开采剥离出来的废弃物，统称为煤矸石堆占着。各处堆积的厚度不等，少则几米，多的达几十米（阜新市厚的有60多米）。仅以2005年终产报废的海州露天煤矿排土场为例，占据面积就超过13.40平方公里。如果加上终产报废的新邱煤矿、新邱露天煤矿、高德煤矿、东梁煤矿等的煤矸石占据土地，总占地面积就有25平方公里以上。这些多年煤矸石场地，具有自然下沉、遇水下陷、早期自燃发火等现象，长期以来人们不敢涉足在这些场地上兴建永久建筑物。随着我国现代化的进程和城乡建设事业的发展，城乡建设所需的土地资源越来越缺。那些已被多年煤矸石堆占的场地，能否经适当改造或者说是如何按其特性开发利用成建设场地，已经成为了这类城区建设发展面临的问题。事实上，近十几年来，已经有人在研究开发利用这些场地。但目前大多数仍以植树绿化、林果种植、养殖复垦为其主要目的，还未发展到如何开发利用成为居住区、商业区、文化教育或工业生产园区的深度。即使这样，就是以农业、林业、养殖、种植的开发事业中，也已经遇到了相应配套的场区办公用房、宿舍、食堂、库房等中小型建筑物，在这样的地基上如何进行基础设计的问题。这样问题，在阜新矿区已经遇到；在其它老煤矿矿区也会遇到，因此，研究和探讨这个问题，就具有一定的社会意义和经济意义。笔者在阜新矿区工作过30多年 ，在这个课题上积累过一些经验；考察过 一些情况；有一些自己的看法。本文将集中作一些阐述，以图引起有关部门，各界同仁的重视和讨论。这个课题，拟名为《多年填矸地基上的基础设计问题》。
2. 多年填矸地基的定义多年填矸地基系指在煤矿生产中挖掘或洗选出来的各种岩土碎块或不同粒度的煤矸石等废弃物（包括露天开采剥离出来的岩土废弃物）；由运输工具（自卸汽车、自卸矿车、传输皮带）翻卸堆积形成的地层；并且用来作为建筑物地基的一类特殊地基。这个定义中有三个要点：
2.1形成地基的土层是煤矸石或煤矿开采出来的废弃物。
2.2是由机械或人工自然堆积的。堆积过程中无规则、无分层、无碾压；没有采取过为在若干年后要作建筑地基而采取的任何技术措施。
2.3这种地基堆积过程的时间和堆积后静置的时间很长，地基在正常自然条件下已经完成了自重固结。根据笔者的观察和工程实践，在辽宁阜新地区，这个“多年”，我们把它界定在30年以上；这个“填矸地基”，是指填矸层的厚度已经超过基底附加应力影响深度，或者就拟建的建筑物而言，对这类地基如采取全部换填施工方法难度太大，在工程费用上也不合算的填矸地基。
3. 多年填矸地基的主要特点多年填矸地基就地基分类属于杂填土地基。这类杂填土地基它既不同于以扰动土、城市建筑垃圾、生活垃圾为主的杂填土地基，也不同于以工业废渣为主的杂填土地基。它具有如下特点：
3.1组成物甚为复杂：在以矿井生产开采出来的多年填矸地基中，主要组成物有天然物，有各种岩石及其碎快，有各种含碳量的煤矸石和各类土。就岩石而言，有极易风化或已经风化的泥质岩、玄武岩等；也有不易风化的砂岩及其它岩浆岩；有些块径很小，已成碎粒或砂粒；也有块径很大（300～400mm）。在以海州露天煤矿用苏制4m3电镐挖掘出来的岩块，最大块径有1米多的顽石。以煤炭洗选加工出来的煤矸石为主的多年填矸地基，则以含碳量极高的泥质页岩块为主，其块径较小，也比较均匀，大部份已风化并呈鳞片状。上述不同组成成份多年填矸地基，比较共性的是大都搀夹有煤块或半煤岩块。这些成份在阜新天干少雨的气候条件，经过自燃会变成陶粒类的烧结物或半烧结物。但不论什么情况，本文阐述的多年填矸地基，都不含生活垃圾、工业废渣，也不具有流沙夹层，更不具有可液化的细砂或粉沙层。
3.2孔隙比大，密实度极不均匀：多年填矸地基在堆积过程中，未经分层和碾压，全靠自重堆积，所以有很大的孔隙率，而且极不均匀。在露天剥离物堆积的多年填矸地基中，会有许多由于岩块相互搁置形成的空洞。在钻探中，可能出现“掉钻”现象。只有以洗选加工出来的多年填矸地基中，沉积才比较均匀，但其孔隙比也在0.9～1.20范围内。
3.3具有一定的湿陷性。多年填矸地基由于形成过程中是自由的、松散的堆积，岩块之间相互搁置形成空隙，在正常条件下能形成平衡，但一遇水，就可能加快岩块的崩析破碎，或者润滑了接触点面，岩块之间重新叠合，这样就会出现湿陷。同时，当填矸中有大量可燃性矸石时，矸石在自燃中也会发生分解，释放出气体，形成空隙，一遇到水也会发生湿陷。这种湿陷在填矸地基堆积初期十分明显。随着堆积年限的增加，经多年风霜雨雪和自重作用，也会稳定。从阜新矿区现有多年填矸地块来看，日伪时期以及建国以后50年代和60年代初期形成的地基，已经完成了自重湿陷；新近堆积的填矸地基，如已超过20年限，也基本完成了自重湿陷。
3.4化学特性与含水特性：在阜新地区的多年填矸地基中，其组成物都不具明显的酸碱性。在现有为数很少的填矸地基上建筑物基础中，尚未了解到遭化学性腐蚀基础的情况。但在基坑开挖到陶粒或半陶粒土中，发现过一些呈灰白色的石灰类（碳酸钙）小块。这些小块尚不足以对建筑物基础造成危害。多年填矸地基由于空隙比大，透水性强，这种地基本身不可能有上层滞水，也没有潜水。只有当填矸堆积在盆形场地时，这种地基才可能有潜水。
4. 多年填矸地基的勘察 多年填矸地基的勘察工作，原则上应遵循《岩土工程勘察规范》GB50021-2001进行。由于多年填矸地基无规则、不分层，有些勘探方法（如触探）不完全适用，因此勘察工作必须从实际出发，注意吸收一些从事过这方面探讨的专家的经验，力使勘察成果更具有适用性和可靠性。 多年以来，笔者在阜新矿区工作中，接触过一些多年填矸地基的勘察，其主要方法是现场踏勘、雨后观察和坑探、槽探。就一般低层、多层建筑基础设计而言，勘察工作的主要内容是调查填矸地基的堆积年限、堆积深度、表层风化程度、植被发育情况，挖掘若干个探坑勘察其主要组成物情况，煤矸石自燃程度等。其主要经验如下：
4.1调查堆积年限主要是为了判定填矸地基是否已完成了自重固结。调查的方法可查阅档案资料，亦可咨询当地人或当事人。堆积年限数据不一定能了解得完全准确，大体能确切到30年以上，50年以上，100年以上就可以进行判定。
4.2调查堆积深度是为了更便于在设计时确定基础型式，选用浅基础还是不能用浅基础。用浅基础时，要判定一下基底压力影响深度是否已超过填矸深度。如果影响深度超过填矸深度，则应对原地表土层状况进行了解；如果影响深度没有超过填矸深度，就可以不去考虑原地表土层赋存情况了。调查方法也可以查阅档案资料、咨询当地人或当事人。必要时用钻探来解决。
4.3现场踏勘填矸地基表层风化程度和植被情况，主要是为了证实或判定填矸地基是否已完成了自重固结。当填矸表层大块矸石已完全破碎，形成鱼鳞式薄片，或者泥质页岩类矸石已风化成粘土类土，场地表层已杂草丛生，甚至生长出各类小树，一般堆积年限都已超过30年，填矸地基也已完成了自重固结。
4.4在现场踏勘时还有一项重要内容是调查煤矸石的自燃状况。在矸石堆上仍在自燃着火冒烟的，堆积年限都不太长，它具有较强湿陷性，这种场地不能作建筑地基。另外一种情况，是填矸地基中的煤矸石虽然已经熄灭了自燃，现场看不到冒烟，但表层植被很少发育，说明煤矸石自燃终止年限不长，这种填矸地基也会有湿陷性，用作建筑地基应慎重对待。如果有条件，观察者能在当地下暴雨前后对比观察，看看地层表面在暴雨前后有无陷坑，那对填矸地基有无湿陷性判断就更清楚了。
4.5鉴于填矸地基的不分层、无规则，触探方法所得的锤击次数差异很大，往往难以据此推断地基承载力和沉积可靠程度，因此坑（槽）探应当是填矸地基的主要勘探方法。坑探个数无需太多，一般沿建筑物纵向每30～50米一个，沿横向每20～30米一个。坑探的深度可大致挖到预计的基础底面下1米即可，坑探结果应当绘出柱状图作出描述。主要查看填矸的组成物及堆积情况，空隙是否特多特大；有没有在一定深度内灌浆冲填必要和可能；还有没有残留的煤块和可燃的煤矸石堆积在一起，形成自燃的可能性等。必要时可作一两个坑的浸水试验；重要的建筑物，应作静力荷载试验。
4.6鉴于填矸地基的复杂性，笔者建议建设单位在委托勘察时，应同时确定设计单位，并要求两个单位共同配合，商定勘察目的、勘察内容、勘察方法、勘察结果，以达到事半功倍的效果。
5. 多年填矸地基承载力特征值的判定
5.1多年填矸地基承载力特征值的判定，原则应当依照《岩土工程勘察规范》GB50021-2001的要求，进行详细勘察，并按素填类土进行判定。
5.2判定多年填矸地基承载力特征值，首先必须对地基自重固结情况进行判定。对于已经完成自重固结的多年填矸土，可以判定它的承载力特征值；对于没有完成自重固结的多年填矸土，不能判定它的承载力特征值，也就是说，这类多年填矸土，尚不能作建筑物地基。
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5.3判定多年填矸土是否完成了自重固结，可以采取如下方法：
5.3.1堆积年限推定法：一般30年以上可以判定为己经完成自重固结。
5.3.2重型动力触探法：当钻孔各控制深度内各点触探击数平均大于5击，可判定为已完成自重固结。
5.3.3静载试验法：当按静载试验得到的地基承载力特征值大于100KPa时，可判定已完成自重固结。
5.4工程地质勘察时报告判定地基承载力特征值主要依据为重力触探击数结果，并按照规范GB50021-2001表F.0.4-1进行判定。目前，在尚未取得大量科研测试数据以前，建议多年填矸地基承载力特征值介定在130～190KPa之间。对于表F.0.4-1列N63.5中9～17的数据，我们在实际工程中，尚未遇到，这类情况，应当慎用。对于建造乙类建筑物的地基，尚应进行静载试验，且不应少于3处。
5.5对于需要进行变形验算的地基，工程地质勘察报告应当提供土的变形模量E0 。值可根据矸石堆积年限，以动力触探平均击数、填矸土的主要成份、勘查时掌握的地基离散情况和静载试验结果来综合判定。根据我们以往的工程经验，阜新地区多年填矸地基的E0值，可介定在10.00～14.50 MPa之间。
6. 多年填矸地基上的基础设计
6.1基础设计的基本原则：
6.1.1在对多年填矸地基特征值未作系统试验研究以前，这类地基上不应建造甲级建筑物；应当慎重建造乙级建筑物；在有勘察资料，且有以往设计经验可参照情况下，应当允许建造丙类工业及民用建筑物。在为节约土地资源，合理开发利用多年填矸地基场地的情况下，应当提倡建筑丙类建筑物，适当建造乙类建筑物。
6.1.2建筑设计力求平面及造型简单，高低差不大（不超过总高的1/3，不超过二层，不超过8米）。
6.1.3主体结构设计应按照相关设计规范采取适当的防止不均匀沉陷的措施。6.1.4基础设计应当遵循《地基及基础设计规范》GB50007-2002（以下简称《规范》）的有关规定。其中基础设计等级按《规范》第3.0.1条，一般定为丙级。
6.2基础设计中的技术要点：
6.2.1基础埋置深度应遵循《规范》第5.1.1条规定。填矸地基一般不含水，可称为不冻土。但填矸地基由于孔隙特大，冬季雨雪易渗入结冻，因此基础的埋深在一般情况下，应该大于或等于该地区的标准冻深。
6.2.2基础的底面压力计算，可按《规范》第5.2节规定。但由于多年填矸土的内聚力小，有偏心荷载作用时，建议设计基底宽度尺寸时不应出现偏心矩e＞b/6的情况。
6.2.3当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，填矸地基的承载力特征值可以也应当修正，并按《规范》5.2.4式进行计标。其修正系数可参照表5.2.4中的“中砂，粗砂和碎石土”类的取值再适当降低10～30%取用。
6.2.4当需要进行变形验算时，多年填矸地基的勘察报告应当提出地基的Es值。设计人应对勘探报告提出的Es值进行核定。
6.3基础设计的构造细节：
6.3.1对于砌体结构下的条形基础。基础材料应尽量选用毛石砼基础，不用或慎用浆砌毛石基础。当低层（三层及三屋以下）砌体结构选用浆砌毛石基础更加经济合算时，应当在毛石基础上加钢筋砼地梁。
6.3.2对于柱下钢筋砼独立基础，可按正常条件下进行计算和设计，但当荷载较大，基底尺寸较大（大于2.0×2.0m时），建议对素砼垫层选用C15砼，并将厚度定为150mm，以改善基底接触面条件。
6.3.3对于荷载特大，特别集中，需要采用桩基础更为合适时，建议选用载体桩基础，不用予制摩擦桩、钻孔灌注桩等桩基型式。
6.3.4对于大面积荷载或其他需要提高多年填矸地基承载力特征值时，应当试用高压旋喷加固地基，而慎用碎石桩、灰土桩、复合桩等方式如固地基。
7. 多年填矸地基上基础设计的几个实例近30多年来，因矿区生产生活需要，曾经在上述多年填矸地基上建造过一些建筑物，现就笔者设计、指导设计或参与设计的一些工程简况，介绍如下：
7.1海州露天煤矿东开闭所：1978年8月建设，为一单层砖混结构，高4.50米，进深5.70米，长33.40米。场地是海州矿排土场，填矸高度约45米。基础设计为浆砌毛石基础，加设240高钢筋砼地梁。勘察工作是由笔者在现场基槽开挖后判定的。地基承载力按当时设计规范定为10T/m2，，建成后正常使用。现该工程已随着海州矿终产报废拆除。
7.2海州矿集体公司煤矸石砖厂。1978年～1982年建设。该砖厂设有两条24万块/年隧道窑两条。建设中除隧道窑之外，还配有原料磨机房、窑头机房、变电所、水塔、辅助厂房等多项工程。地基为海州露天煤矿开工建设时“拉沟”的填土地基，堆积厚度约20～40米，堆积年度为1953～1957年，沉积年限为30余年。设计依勘察报告按承载力12T/m2设计，采取了一些防止不均匀沉陷措施。建成后各类建筑物使用情况基本正常。特别是25m高200m3砖支筒水塔安然无恙，未出现不均匀沉陷或倾斜情况。在这群建筑物中，也曾有其中一处单层砖砌体木屋盖结构辅助厂房，因为有一夜自来水管跑水，致使一个砖垛沉陷约200毫米，木屋盖局部变形，经停水后修复仍维持使用。现该砖厂因经营不善早于1988年停产报废，大部分工程拆除，但多年停用的水塔还在。
7.3运输部斜槽选煤厂。1983～1984年建设。该厂为一条手选皮带廊和一座筛分楼，用以筛选回收各矿遗弃的煤矸石中的杂煤颗粒，年产约10万吨。建筑场地为阜新高德东山矸石堆上。该处矸石堆高约60m，堆积年限30~40年，大部份煤矸石都已经自燃烧成陶粒状。结构设计皮带廊为砖混结构，筛分楼为现浇框架结构。两项工程都体型甚小，设计取用地基容许承载力按当时设计规范为10T/㎡。建成后使用情况正常。使用十年后因煤矸石抛卸地点转移而终产报废。
7.4新邱露天煤矿自翻车检修厂房。1981～1984年建设。厂房为双跨予制钢筋砼排架结构，T形钢屋架加大型屋面板。主跨18.00m，设一台10T桥式吊车，吊车轨面标高7.20m。附跨9.00m，T形薄腹梁加大型面板，不设吊车。该厂房主跨排架柱基础持力层为粘土，地基容许承载力为15T/㎡(按当时规范)，而附跨外柱基础落到了该露天矿早年开沟后返填的煤矸在层上，深约20米，堆积年限愈30年，开挖后尚可见黑土状煤矸石厂成堆聚成分。设计采用了加大柱基底面积（矸石地基承载力按8T/㎡计标），T形薄腹梁与主跨柱上牛腿连结采用了滚支座等两项措施，建成后使用情况良好。
7.5海州露天残煤公司坑底选煤厂房。2005年建设。该厂房为钢框架结构，宽7.00米，长31.50米，高14.30米，三层。厂房内装设两台振动筛及附属设备，设计年处理毛煤煤量约15万吨。该厂房建造在海天露开煤矿采掘大坑-260米左右水平，基底为采掘废弃物抛填的大沟，堆积深约14米，堆积年限约20年左右。基础设计采取了：（1）加大基底面积，取地基承载力特征值为100KPa计算；（2）加大埋深为-4.00米；（3）设置构架式地梁等三项措施。这项工程自投产使用后至今未出现异常。在以上几个工程实例中，最后一个是在堆置年限不足30年的填矸地基上建成的，至今虽未见异常，但我们认为应当尽量避免这种情况。
8. 结语
8.1实践证明，将多年填矸地基（30年及以上）直接作为丙类建筑的地基，在经过慎重勘察、处理和适当的结构措施后，也可作为乙类建筑物地基，这种这作法对多年以煤矿生产为主的城市，节约国土资源，发展地方经济将有很大的意义。这也是我国现在以大规模开发矿产， 换取资金建设小康社会所必须解决的可持续发展的问题。
8.2在多年填矸地基上修建建筑物，应当掌握规律性。勘察和设计单位在接受这类项工程任务时，应当认真吸取有一定实践经验的部门和专家的指导或咨询意见，防止出现重大失误。
8.3多年填矸地基上的基础设计课题，目前研究还很不够。这个课题应当引起有关政府部门重视，组织各方面的力量，适当投入并列入科研课题，进行必要的检测、试验和研究。并在试验的基础上，制定出必要的行业规程或条例，来倡导这项课题的实际应用。
参考文献
［1］《地基及基础》教科书 天津大学、哈尔滨建筑工程学院、西安冶金建筑学院、重庆建筑工程学院合编中国建筑工业出版社
1978年第一版
北京
［2］《地基及基础》教科书
华南工学院、南京工学院、浙江大学、湖南大学合编 中国建筑工业出版社1981年6月第一版 北京
［3］《土力学地基基础》教科书 陈希哲编著清华大学出版社 2004年4月第4版 北京
［4］《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002 中国建筑工业出版社
2002年 北京
［5］《岩土工程勘察规范》GB50021-2001
中国建筑工业出版社
2002年 北京
【关键词】露天矿边坡；工程地质勘察；程序；内容；技术
露天矿边坡稳定问题一直是困扰露天矿安全生产的难题。边坡工程地质勘察为露天矿边坡设计及治理方案提供基础数据，是进行边坡稳定性评价和边坡治理的基础工作。
1 工程地质工作程序
边坡工程地质勘察工作首先应从大范围的区域地质背景开始，逐步缩小范围，进而调查边坡工程所在范围的地质条件。工程地质工作程序如图1。
2 工程地质工作内容
边坡工程地质工作的内容有：工程地质测绘，工程勘探，岩土测试与试验、监测工作。具体内容包括：
（1）边坡地层的岩性、颜色、成份、结构特征、岩层产状、含水状态。软弱层的赋存状态、分布规律、触关系及接触面的特征。
（2）与边坡稳定性有关的地质构造，包括：断层的性质、产状、破碎带宽度及破碎程度、断层面特征、充填物，断层与地下水的关系；裂隙的性质、产状、发育程度，裂隙带的宽度及充填物；褶曲的形态、类型、产状、特征。
（3）松散及风化岩石的岩性、风化程度及其与坚硬岩石的接触关系、接触面的特征。
（4）含水层的岩性、厚度，裂隙发育状态、渗透系数及特征。出水点的位置、流量变化、水的来源及补给途径。
（5）进行岩矿分析，测定主要弱层中蒙脱石、伊利石、高岭土含量比例。
（6）勘探取出岩芯后，按现行规范标准进行岩石物理力学性质实验，确定与边坡工程有关的岩石物理力学性质指标，包括：密度、含水率、抗压强度、抗剪强度参数、弹性模量、泊松比。按现行规范标准进行岩体的现场试验，确定工程岩土体抗压强度、抗剪强度、弹性模量等。
（7）边坡工程中地表滑动区的范围，水平移动速度和方向，垂直位移。滑动区细部裂缝变化和位移；滑动区地下正在发生位移岩土层的移动速度和方向。
3 工程地质工作技术
3.1 工程地质测绘
工程地质测绘是在充分搜集和详细研究已有资料的基础上进行的，侧重调查工程地质条件在地表的分布并据以推测工程地质条件在地下的分布。
露天矿边坡工程地质测绘的主要测量出露在台阶上的岩性变化，结构面分布，出水点，采掘台阶现状，工程地质分区及剖面线，岩石力学试验取样地点。测绘的范围应包括可能对边坡稳定有影响的所有地段。测绘的方法有：用经纬仪，罗盘和卷尺现场测量观察。工程地质摄影技术，包括：地面立体摄影等。测绘的比例尺一般在1：500～1：2000。
3.2 工程地质勘探
工程勘探常用的手段有钻探法、掘探法及地球物理勘探三类。钻探和掘探是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段。钻探法，是用各种钻探工具钻入岩土体中分层取样鉴别、描述和测试的方法。
3.3 测试工作
测试工作主要包括岩土试验和监测工作。岩土试验着重确定岩土的抗剪强度和岩土体软弱面的抗剪强度。通过室内试验测定边坡主要地层岩土的物理参数、强度参数、变形参数。软弱结构面（可能的滑动面）的物理参数、强度参数、变形参数。岩体原位测试，主要有变形试验、强度试验及天然应力量测等。变形试验测试方法有：承压板法和声波法。原位岩体强度试验主要有直剪试验、单轴和三轴抗压试验等。岩体应力测试常用的方法有：应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等。
监测工作主要是确定边坡工程中地表滑动区的范围，水平移动速度和方向，垂直位移。滑动区细部裂缝变化和位移；滑动区地下正在发生位移岩土层的移动速度和方向。地表位移监测现在大多是布置固定测点后，借助仪器定期直接读数。地下监测多用倾斜仪。
3.4 其他
（1）补充勘察的钻孔深度，应超过开采煤层底板以下50 m，或预计最深滑面以下50m。
（2）所有采取的岩样、岩芯，以及施工、试验所用的设备需用数码相机进行拍照，并在岩样、岩芯上注明其出处、岩性，照片分辨率不得小于2592 ×1944。全部照片需存档。
（3）取芯时严禁敲击。钻孔单孔取芯率不得小于95 %，要采取各种措施来保证取芯率。钻孔取芯后，需要做实验测试的，应及时的取样封存，保证不失水，污染。
（4）钻孔取芯时，应尽量利用采掘场已开挖的部位，在采场内部取样，降低工程费用，但不得以矿坑内部岩样替代钻孔中的岩样。
4 某露天矿东南帮边坡工程地质勘察工作实例
为查清东南帮变形区域的地质情况，边坡体内赋存的岩层及软弱层的形态、规律；边坡岩体的结构、构造；采取岩土样（尤其是弱层）进行物理、力学性质指标测定，对东南帮进行了工程补充勘察。
工程地质补充勘察工作，在东南帮滑坡变形区别施工了2个剖面，共6个工程地质补充勘查孔，总进尺669.20m。钻孔分布如图2所示。
钻孔全孔取芯，并进行了视电阻率测井和人工伽玛测井。同时也进行了现场踏勘，查看变形区裂隙分布状态、规律以及F43断层走向分布和破碎带结构特征。岩土试验工作共取岩芯91个，完成的原状直剪试验64组，重塑73组，液塑限13组，渗透1 组，无荷载膨胀1 组。在6个钻孔中采取坚硬岩石岩芯19段，进行了含水率、重度、抗压强度、抗剪强度和变形参数试验。
以往对附近区域的地质工作有：1991年H综合试验队的露天矿边坡地质勘察工程；1999年N省煤田地质局109勘探队的综合地质报告；2002 年煤科院F 分院的东端帮边坡工程地质勘察；2004 年南帮工程地质勘探；2005 年N 省煤田地质局109 勘探队露天矿补充勘探工程。2006 年煤科院F分院的东南帮边坡工程地质勘察。
该区岩层由上而下可划分为下述几个工程地质岩组：第四系松散沉积层，砾岩组，砂砾岩组，泥岩组，15、16 号煤层岩组，砂岩组，泥岩组，20 号煤层岩组，泥岩组。
根据该次补充工程地质勘探取得的岩土物理力学指标，结合以往的资料，确定稳定性分析选用的参数如表1 所示。
软弱层是一个相对的概念，在不同的地区、不同的岩体中软弱层的特征与指标不同。本次勘探软弱层判定的主要是通过对现场提取的岩芯的特征的判断。主要标准如下：
（1）一般的块状结构，强度中等的泥岩，岩芯破碎，岩芯呈泥团状，软塑状态的。
（2）致密较坚硬的泥岩，大段的岩芯都是长柱状，中间某一段岩芯破碎，呈碎块状的。
（3）致密较坚硬的泥岩，但原生的节理裂隙发育，岩芯部分是碎块状，某些节理面上有较明显的擦痕。
（4）胶结较差的粗砂岩，中砂岩，细砂岩，岩芯提不上来的或提上的岩芯是散状的。
（5）饱水的粉砂岩，软塑状态，手拍即可出水的。
（6）钻孔时孔径发生变化，有缩孔现象的。
结果表明：SE08-1 线有5个和SE08-2 线有3个比较明显的软弱层面。
根据东南帮边坡的岩体产状与结构，可能出现的滑坡模式有两种：圆弧模式和圆弧-顺层-切层模式，圆弧滑动模式的滑面位置、滑体大小主要受岩体强度和边坡角的影响，具置需通过试算确定。圆弧-顺层-切层滑动模式的滑面位置、滑体大小除了受岩体强度和边坡角的影响之外，还要受到弱层位置、产状和强度的影响，其顺层部分位置受弱层控制，圆弧部分也需通过试算确定。
镇枫桥废弃矿山地质环境治理项目位于江西省上栗县，因赤山镇枫桥村周边赋存煤炭资源，上世纪八、九十年代多个小煤矿开采地下煤炭资源，目前除大源冲煤矿尚在生产，其余均已闭坑。由于历史原因，在煤矿开采过程中衍生出的多处矸石山易造成崩滑流隐患，破坏矿山地质环境，威胁下游居民生命财产安全，故对治理区内I区金马煤矿西侧、Ⅱ区坑口7东侧、Ⅳ区建兴煤矿南侧矸石山采取挡土墙进行边坡防护，V区大源冲煤矿西侧矸石山采取拦挡坝进行边坡防护。本次勘察勘探孔数及孔位均按设计要求布置。依据建设方提出的地质勘探要求，设计钻孔l6个。具体要求如下：
(1)查明拟建工程范围内地下岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析评价地基的稳定性、均匀性和承载力；
(2)实测拟建工程范围内地下水位，说明各段地下水补给来源，并论证地下水、地表水对挡土墙基础稳定性的影响，以及地下水活动情况与软弱地层的关系；
(3)查明拟建工程范围内地下不良地质现象的成因、类型及空间分布，并提供计算参数及整治措施建议；
(4)测试拟建工程范围内地下各土层的物理一力学指标，同时应提供各土层的基本承载力数据及相应的土工实验数据；
(5)若遇有软土应提供孔隙比与荷载关系图、固结系数与荷载关系图、无侧限抗压应力与应变图；
(6)勘探深度应满足：当路线通过含有有机质的垃圾、杂填土、未经沉实近期回填土、软土或有其它不良地质条件的地段时，勘探孔应钻透该层；钻孔宜进入中等风化岩层。
2勘察方法及施工稳定性分析
2.1工程勘察方法
(1)本次勘察第四系松散层采用冲击跟管钻进，回次进尺控制在1m以内，终孔口径不小于110mm，以满足取样及原位测试的需要。
(2)在粘性土层中采取原状土样进行室内土工试验及标准贯入试验。
(3)钻孔位置采用全站仪按设计孔位坐标放至实地，终孔后复测孔位坐标。其平面坐标为五四坐标系统，高程为黄海高程。样品的采取、现场原位测试及室内试验工作等均按勘探要求及相关规程规范进行，所有勘探工作均符合质量要求。
2.2稳定-陛分析墙体
稳定性验算包括抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算及地基土承载力验算。基本参数如下：
(1)堆积体粘聚力：0000kPa；
(2)堆积体内摩擦角：击：35~；(3)堆积体重度：=18t／m3；
(4)堆积体与墙体间摩擦角：8=155o；
(5)墙底摩擦系数：f=05。根据库仑土压力理论计算其抗滑移及倾覆稳定性：滑移验算结果：K=138；倾覆验算结果：Ko=223。各种运行状态下均能满足要求，并且各截面应力亦能满足规范要求。
3岩土工程分析与评价
3.1地基岩土层承载力的确定根据土工测试资料及原位测试成果，结合地区经验，确定地基土容许承载力特征值见表1。
3.2拟建场地的稳定•陛与适宜性评价勘察深度及场地范围内，未发现明显的地质构造及不良地质现象，场地位于地震基本烈度为小于Ⅵ度区内，场地稳定性与适宜性较好。
3.3场地天然地基适宜性评价场地范围内共揭露：①杂填士；②淤泥质土；③粉质粘土；④强风化粉砂岩、泥岩；⑤中风化粉砂岩、泥岩岩土层。现将各段拟建挡土墙及拦挡坝场地工程地质条件分述如下：
3.3.1综合治理I区金马煤矿西侧GS1挡土墙
(1)杂填土：杂色，结构疏松，高压缩性，承载力低，不能作为挡墙天然地基。
(2)粉质粘土：黄褐色，可塑～硬塑状，中等压缩性，承载力较高，建议承载力特征值为170kPa。该土层分布较稳定，厚度12～16m，埋深0～O7m，埋藏浅，是拟建挡墙浅基础良好的持力层。
(3)强风化粉砂岩、泥岩：埋藏较深，性质较好，建议承载力特征值为300kPa。对拟建挡墙浅部无影响，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(4)中风化粉砂岩、泥岩：埋藏深，性质好，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。(5)勘察场地地下水水位埋深06～130m(以孔口为基准)，上层滞水水量不大，对基坑开挖基本无影响，基坑开挖时需少量排水。
3.3.2综合治理Ⅱ区坑口7东侧GS9挡土墙
(1)杂填土：杂色，结构疏松，高压缩性，承载力低，不能作为挡墙天然地基。
(2)粉质粘土：黄褐色，可塑硬塑状，中等压缩性，承载力较高，建议承载力特征值为170kPa。该土层分布较稳定，厚度11～16m，埋深O～095m，埋藏浅，是拟建挡墙浅基础良好的持力层。
(3)强风化粉砂岩、泥岩：埋藏较深，性质较好，建议承载力特征值为300kPa。对拟建挡墙浅部无影响，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(4)中风化粉砂岩、泥岩：埋藏深，性质好，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(5)勘察场地地下水水位埋深O25～110m(以孔口为基准)，上层滞水水量不大，对基坑开挖基本无影响，基坑开挖时需少量排水。
3.3.3综合治理Ⅳ区建兴煤矿南侧GSl1挡土墙
(1)粉质粘土：黄褐色，可塑～硬塑状，中等压缩性，承载力较高，建议承载力特征值为170kPa。该土层分布较稳定，厚度14～19m，出露地表，是拟建挡墙浅基础良好的持力层。
(2)强风化粉砂岩、泥岩：埋藏较深，性质较好，建议承载力特征值为300kPa。对拟建挡墙浅部无影响，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(3)中风化粉砂岩、泥岩：埋藏深，性质好，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(4)勘察场地地下水水位埋深058～124m(以孔口为基准)，上层滞水水量不大，对基坑开挖基本无影响，基坑开挖时需少量排水。
3.3.4综合治理V区大源冲煤矿西侧GS12拦挡坝
(1)杂填土：杂色，结构疏松，高压缩性，承载力低，不能作为挡墙天然地基。
(2)耕植土：灰黑一灰色，呈软塑一可塑状，承载力低，不能作为挡墙天然地基。
(3)粉质粘土：黄褐色，可塑～硬塑状，中等压缩性，承载力较高，建议承载力特征值为170kPa。该土层分布较稳定，厚度16~23m，埋深O～14m，埋藏浅，是拟建拦挡坝浅基础良好的持力层。
(4)强风化粉砂岩、泥岩：埋藏较深，性质较好，建议承载力特征值为300kPa。对拟建挡墙浅部无影响，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(5)中风化粉砂岩、泥岩：埋藏深，性质好，是拟建挡墙浅基础持力层良好下卧层。
(6)勘察场地地下水水位埋深048～115m(以孔口为基准)，上层滞水水量不大，对基坑开挖影响较小，基坑开挖时基坑内会有一定集水，应采取有效的截水明排。
3.3.5结论与建议
(1)据本次勘察钻孔揭露，场地范围内地层结构自上而下分别为：①杂填士：②耕植土；③粉质粘土；④强风化粉砂岩；泥岩；⑤中风化粉砂岩、泥岩。(2)本区地震设防烈度为小于Ⅵ度区，区域稳定性好，可不考虑抗震设防。
(3)场地地下水主要为第四系上层滞水。水位及富水性随气候变化大，无连续的水位面，呈局部分布，主要受大气降水补给，排泄于场地周边沟渠。地下水对混凝土结构腐蚀性无、对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性无，对钢结构腐蚀性弱。
(4)拟建场区③粉质粘土性质较好，为拟建挡墙浅基础良好的持力层，建议容许承载力为170kPa。
关键词：边坡；工程地质勘察；工程地质测绘；勘探；监测
边坡的稳定问题一直是困扰煤矿基本建设的难题，边坡灾害威胁着人类的生命安全和财产损失，影响着煤矿生产的正常运转，因此，对边坡进行治理显得尤为重要。
1 工程地质工作程序
边坡工程地质勘察工作首先应从大范围的区域地质背景开始，逐步缩小范围，进而调查边坡工程所在范围的地质条件。
2 工程地质工作内容
边坡工程地质工作的内容有：工程地质测绘、工程勘探、岩土测试与试验、监测工作。具体内容包括：
（1）边坡地层的岩性、颜色、成份、结构特征、岩层产状、含水状态。软弱层的赋存状态、分布规律、接触关系及接触面的特征。
（2）与边坡稳定性有关的地质构造，包括：断层的性质、产状、破碎带的宽度及破碎程度、断层面特征、充填物，断层与地下水的关系；裂隙的性质、产状、发育程度，裂隙带的宽度及充填物；褶曲的形态、类型、产状、特征。
（3）松散及风化岩石的岩性、风化程度及其与坚硬岩石的接触关系、接触面的特征。
（4）含水层的岩性、厚度，裂隙发育状态、渗透系数及特征。出水点的位置、流量变化、水的来源及补给途径。
（5）勘探取出岩芯后，按现行规范标准进行岩石物理力学性质试验，确定与边坡工程有关的岩石物理力学性质指标，包括：密度、含水率、抗压强度、抗剪强度参数、弹性模量、泊松比。按现行规范标准进行岩体的现场试验，确定工程岩土体抗压强度、抗剪强度、弹性模量等。
（6）边坡工程中地表滑动区的范围，水平移动速度和方向，垂直位移。滑动区细部裂缝变化和位移；滑动区地下正在发生位移岩土层的移动速度和方向。
3 工程地质工作技术
3.1 工程地质测绘
工程地质测绘是边坡勘察中最基本、最主要的工作，它将从宏观上掌握边坡的坡体结构和地层岩性，判断边坡是发生整体失稳还是局部变形，以及变形的类型、机制和规模大小，并提出勘探方案，以及是否需要动态监测。
边坡工程地质测绘的内容主要包括地貌的特征和成因类型、地层岩性、地质构造、不良地质作用以及地下水调查。测绘的范围应包括可能对边坡稳定有影响的所有地段。测绘的方法有：用GPS测量仪，罗盘和卷尺现场测量观察。测绘的比例尺一般在1：500～1：2000。
3.2 工程地质勘探
工程勘探常用的手段有钻探法、掘探法及地球物理勘探三类。钻探和掘探是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况，是用各种钻探工具钻入岩土体中分层取样鉴别、描述和测试的方法。地球物理勘探简称物探，是一种间接的勘探手段，是利用电法勘探、电磁法勘探、地震探测及声波探测等方法来探测地层、岩性和构造等地质问题。
3.3 测试工作
测试工作主要包括岩土试验和监测工作。岩土试验着重确定岩土体的强度参数。通过室内试验测定结构面和软弱岩层的物理参数、强度参数和变形参数，岩体原位测试主要有变形试验、强度试验及天然应力测试等。变形试验测试方法有：承压板法和钻孔变形法；原位岩体强度试验主要有现场直剪试验和现场三轴抗压试验等；岩体应力测试常用的方法有：应力解除法和应力恢复法。
动态监测工作主要是为提供坡体变化的定量数据，是评价边坡稳定性及灾害预报的重要依据，监测项目包括裂缝、地表位移、滑动面位置、地表水、地下水、降水量及建筑物受力监测。
3.4 其他
（1）所有采取的岩样、岩芯，以及施工、试验所用的设备需用数码相机进行拍照，并在岩样、岩芯上注明其出处、岩性，照片分辨率不得小于2592 ×1944。全部照片需存档。
（2）取岩芯时严禁敲击。钻孔单孔取芯率不得小于95 %，要采取各种措施来保证取芯率。钻孔取芯后，需要做试验测试的，应及时取样封存，保证不失水、不污染。
4、对边坡不稳定现象进行地质勘察研究
4.1.加强对滑坡或临近滑坡区域的地质勘察治理工作
煤矿矿区多位于山区，由于矿区基本建设的不断扩大，使得地表地质构造严重破坏，再加上恶劣天气雨雪等的影响，使得边坡更加的不稳定，安全隐患加大，容易出现滑坡现象。因此，针对这种不良现象应及时治理，对于已经出现且裂缝较大的边坡，滑坡的时候由于大多是比较散的，而且按照一定的速度进行滑动，滑动到一定程度后就会保持稳定，不会再继续滑动。因此我们首先要对滑坡上部进行削坡，以便边坡的角度符合标准，避免再次滑坡，同时应该及时清理滑坡下部的散体，在底部修筑挡土墙以便抵挡再次滑落下来的石块等物质。对于临近滑坡的区域加强治理工作也是十分重要的。应及时做好避免滑坡的准备工作，对边坡及时进行检测和保护，尽量避免滑坡区域波及到未滑坡区域。
4.2.提高边坡工程的地质测绘水平
对边坡工程的地质测绘水平的高低直接影响着边坡稳定性，在进行地质测绘时，工程地质勘探人员首先必须在边坡周边进行实地考察，在搜集研究好以往资料的前提下，积极测量边坡区周围的地形，对岩石的性质以及分布情况进行测量，在测量时应该用照相机随时记录下来，并及时存档，以便获得精确数据和资料，为后续的稳定性评价和设计研究做好准备。
4.3.加强边坡监测，正确评定边坡的灾害等级
对边坡进行精确监测，可以及时了解边坡情况，对出现不稳定现象的区域也能及时进行治理，可以极大的提高边坡治理效率，降低安全隐患。因边坡的稳定和变形大小程度的不同，在监测时需要分级监测，并且需采取相对应的监测工具和手段，以便正确的评定边坡的灾害等级，使得采取措施能够高效的指导后期的治理工作，提高边坡工程的质量。另外，在边坡处往往地质条件比较复杂，变形的速度和范围都比较大，很容易受各种各样的因素而造成边坡不稳定。因此在设计边坡的时候，一定要综合考虑边坡及其周围的各种地质条件和气候条件。
五、结束语
作为重要能源生产载体的煤矿能否安全生产直接关系着我国的形象，关系着我国经济的发展，关系着广大人们的生产生活。因此，对于边坡工程来讲，由于各种各样的原因仍然存在着很多问题，如边坡不稳定或变形都直接阻碍了矿业的发展，带来很多安全隐患。因此，加强边坡工程的工程地质勘察工作就显得十分重要，应该引起相关人员的高度重视。
参考文献：
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[2]宋光明，史秀志，陈寿如.露天矿边坡爆破振动破坏判据新方法及其应用[J].中南工业大学学报（自然科学版），2000（6）.
[3]任高峰，张世雄.深凹露天矿边坡空间形状优化设计[J].采矿与安全工程学报，2006（4）.
[5] 田赞春.TIAN Zan-chun 充分发挥钻探技术人员在工程地质勘察中的作用[J]-探矿工程-岩土钻掘工程2012（04）.
1.1槽工程具有便于观察、测绘，所获得地质资料可靠程度高的特点。探槽方位一般布置在原勘探线上，或者与原勘探线平行，特殊情况也可沿走向垂直台阶边线布置。地质技术人员在现场向施工人员布置探槽施工位置的同时，要提出施工技术要求和安全措施，探槽一般揭露到覆盖层以下的基岩内0.5m左右为宜。对重要的地质界线和矿体部位（断层、褶皱）可以适当加深。探槽深度一般不超过3m。槽底宽一般不小于0.5m，槽壁坡度根据深度和岩石、表土性质而定，一般不大于80°。探槽完工后地质技术人员要及时验收，及时编录和采样，以免坍塌造成浪费，编录时要先对岩层系统分层，并详细记录分层位置，分层岩性。再根据所揭露的地质现象，编制探槽素描图及台阶地质平面图。进一步圈定煤层，为下一步的采矿工序的设计和施工提供准确的资料。利用挖掘机施工探槽具有速度快、成本低、灵活方便等特点，在中小型露天煤矿应用较为普遍[2]。
1.2利用潜孔钻钻孔渣（岩粉）利用潜孔钻钻孔渣（岩粉）可以查明各个台阶及爆破块段内的矿体局部详细地质构造情况及矿体边界线，进而达到指导现场生产的目的。鄂尔多斯东胜煤田北部地区露天煤矿剥离物多为层状碎屑岩类，抗压强度变化较大，岩层各向异性系数较大，岩性较为复杂，且力学强度较低，多为软弱岩石。不论是剥离还是采煤，大部分的剥离物用液压挖掘机可直接采装，但也有一部分剥离物比较坚硬，同时考虑冬季作业条件的不良因素，为提高铲装效率多采取穿孔爆破。在穿孔作业中由于潜孔钻机同其他类钻机相比，具有机械程度高、操作简便、工作范围大、地形适应性强、效率高等特点。因此，目前潜孔钻机在国内外中小型露天矿山广泛使用。在潜孔钻施工过程前地质、测量、采矿人员根据现有地质资料以及采矿技术参数设定炮孔位置，在钻机进行炮孔钻进过程中，地质人员要认真观察排出的矿（岩）粉，根据矿（岩）粉的颜色、结构、成分、分选性、圆度等来判断岩性，做好详细记录。根据孔渣（岩粉）的含煤情况，大致判断煤层的界线，煤层厚度等。并根据钻进速度、声响和排出的矿（岩）粉的粒度、硬度等情况，判断岩石的硬度，制样化验分析工程地质情况。根据化验所得结果，地质人员及时修改台阶地质资料。通过工程地质情况决定是否进行爆破作业，如若爆破还需研究爆破对自然边坡稳定性的影响，防止滑坡等地质灾害的发生。爆破对边坡稳定性的影响，主要取决于2方面：一是取决于爆破振动强度；二是取决于坡体自身的地质条件[3]。本矿主要采用浅孔爆破，浅孔爆破主要用于生产规模不大的小型露天矿或采石场、二次爆碎、新建露天矿山包处理、山坡露天单壁沟运输通路的形成及其它一些特殊爆破。浅孔爆破采用的炮孔直径较小，一般为30～75mm左右，炮孔深度一般在5m以下，有时可达8m左右，如用凿岩台车钻孔，孔深还可增加。在正常的小台阶开采中，通常采用垂直钻孔，有的采场也采用水平钻孔，以利于孔底爆破扩孔时岩（煤）渣的排除，并增大装药量，达到增大爆破矿岩量的效果。在爆破过程中可根据钻孔过程中所获得的台阶地质资料中的岩石硬度合理选择炸药，根据不同孔位岩石硬度的不同选择不同威力炸药。在爆破坚硬的岩石（煤层）时应选择高威炸药，在爆破软岩应选择低微炸药。合理的选择不同威力的炸药可以使炸药的爆破能量均匀的作用于岩石（煤层），获得最佳的爆破效果的同时降低爆破成本。总之，通过利用探采结合过程中所获得的露天采矿场的煤层赋存及工程地质等情况可以合理的选择炸药种类及控制装药量，改善爆破质量，降低爆破成本，取得最佳的经济效益。
2关于露天煤矿开采过程中的探采结合的几点认识
1）生产勘探是煤田地质一个重要的组成部分，它为煤矿的生产采掘提供更详细准确可靠的地质资料，从而保证煤矿高效生产顺利进行作。露天采矿时，探矿多用钻孔，工程自成系统，很难与采矿生产结合，导致探采分离明显。但如果能充分利用采剥平台、探槽工程、穿爆孔等起勘探作用则可提高探采结合程度[4]。降低勘探成本，优化采矿生产，提高生产效率。2）探采的结合程度受煤层的形态、产状和埋深及矿区地质构造条件的影响程度较大。根据多年来的生产实践经验应在露天采矿剥离生产之前，就要做好生产勘探规划准备工作，在探采结合工程的设计上采矿、地质人员应共同联合设计，具体情况具体分析，灵活处理，选择合理的探采结合工程。既要达到勘探的目的，又能避免或减少采矿工程浪费。3）生产地质勘探工程的设计要考虑能为以后采矿工程服务，生产地质勘探工程的布置要考虑以下3个原则；连续性原则即尽可能保持与地质勘探的连续性，生产性原则即生产勘探工程应尽可能被生产所利用，灵活性原则即为适应煤层的形状及产状变化，局部生产地质勘探要有较大的灵活性，这样就可提高生产地质勘探工程利用率，降低采掘成本[5]。4）采矿回采率和贫化率是衡量矿床开采工作好坏的重要指标,它直接影响到国家资源的的充分回收和采选成本[6]。探采结合的针对性强，提高了勘探的精度，保证了开采煤层的回采率和贫化率。5）在探采结合施工过程中，在地质方面，要完全达到地质勘探设计上的规范要求，不能达到要求时，应该进行必要的补充勘探，以满足生产对勘探的要求。在采矿方面，勘探工程要为采矿工程所利用，勘探工程布置及技术规范必须满足生产采矿要求，同时及时根据工程所揭示的地质现象修改采矿设计和施工方式。6）探采结合工程具有很强的综合性，需要露天煤矿地质、采矿、测量等多部门之间加强相互配合和组织管理实现探采结合一体化，这便需要企业制定详细、严格、有效的矿山管理体制及方法。矿山管理体制及方法，对探采结合程度的大小具有重要影响，因为管理是一体化工作的基础，没有这个基础，即便具备结合条件也不能充分发挥探采结合的作用。7）随着科学技术的进步，尤其是计算机数据处理与模拟技术的推广应用，应强调勘探计划与采矿设计的科学化，即尽量采用运筹学与计算机相结合的系统工程学方法编制勘探计划与采矿设计使探采结合一体化。这也是矿床勘探与开发的系统设计与管理的发展方向。其中地质信息系统是实现“数字矿山”的重要组成部分，以信息化、自动化和智能化带动采矿业的改造与发展，开创安全、高效、高产、绿色和可持续的矿业发展新模式[7]。
3结语
煤炭是我国的主要能源之一，煤炭资源构成仍占主导地位，但吉林省属于煤炭资源缺乏省份，煤炭自给率不足50%，需要从其他省份调入大量煤炭资源来补充能源的不足。按照吉林省经济发展规划预测，预计到2015年全省煤炭供给量达到4500万吨，而实际需求量为1.0亿吨，缺口为5500万吨，供需矛盾突出。随着吉林省经济社会发展步伐的加快，煤炭需求紧张问题将会继续加剧。因此准确定位煤矿地下地质体，精准确定矿体边界成为吉林省煤矿开采中的工作重点。
GIS技术既可以处理属性数据又可以处理空间数据[1]，它对空间数据和属性数据的处理和分析能力，使其成为解决工程地质勘察问题的一种全新的技术手段[2]。本文吉林省长岭煤矿为研究区，应用GIS空间分析技术解决煤矿开采过程中存在的问题。
2.研究区概况
研究区属温带季风气候区，多年平均降水量为712.1mm，年平均气温为5.5℃，年平均蒸发量为1269.7mm，无霜期138天，≥10℃积温2880℃，最大冻土深度为1.60m。长岭煤矿属于小型矿井，矿区面积1.16km?，资源储量为1874kt，可采储量1423.5kt，采用地下开采的方式。矿井服务年限10.5a。成煤盆地为一向斜构造，矿区位于向斜的南东翼，为一倾向北西的单斜构造，走向50o，倾向320o，倾角10o～20o。矿区构造复杂程度为简单类型。
2.1 水文地质
第四系冲积砂砾石孔隙水含水层主要分布于河床两侧，由砂砾石组成。基岩风化裂隙水含水层分布于全矿区砂砾岩和风化火山碎屑岩为主风化带中。砾岩、砂岩孔隙裂隙水含水层分布于矿区西部，本矿井开采的7个煤层赋存于该组，经开采证明该含水层属于弱富水。
2.2 地层岩性
矿区内揭露的主要含煤岩系有侏罗系西山坪组和白垩系长财组；侏罗系西山坪组与白垩系长财组呈平行不整合接触。
侏罗系上统西山坪组底部岩性为灰绿色、黄绿色角岩砾岩，地层平均厚度30.15m。中部为灰色、灰黑色泥岩，沙质泥岩，凝灰岩，含可采煤层2层；地层平均厚度100.06m。上部为灰白色粗砂岩、细砂岩夹炭质泥岩，含煤2层；地层平均厚度180m。该组在矿区内地表没有出露，地层倾向东，倾角7o～26o。
白垩系下统长财组下部岩性为灰褐色砂砾岩、砂岩夹炭质泥岩，平均厚度70m。中部为灰白色粗砂岩夹砂砾岩、炭质泥岩，地层平均厚度205m。上部为灰白色粗砂岩，细砂岩，含煤1层，为局部可采煤层，局部厚度1.04m。地层厚度110m。地层厚度123.40m。地层倾向东，倾角10o～30o。该组为矿区含煤地层，平均厚度约385m，该组与下伏地层呈平行不整合接触。
3.GIS技术的应用
3.1 三维地质勘察模型建立
工程地质勘察指的是利用物理勘探、试验及检测等方法对待测地区的环境特点、地形地貌、岩土性质等进行调查、分析，从中获取定量或定性的指标，同时利用文字报告，表格或图形进行反应[3-4]。本次研究勘察的对象包括矿区、钻孔、地层三类。勘察的矿区地下空间是由很多地层组成，把地质成因、岩土性能、地质年代等特征利用GIS空间分析模块抽象的表达出来，以便更好确定矿床地体质边界。具体建立过程如图1所示。
3.2 空间分析
通过GIS技术对各种格式的数据录入、批量导入对地层统计结果进行报表输出，能够生成包括工程勘察报告中所需的柱状图、统计图、剖面图等一系列专业图件[5-7]。针对研究的地质体层状特性，提供基于钻孔数据、剖面数据及等值线图等多源数据利用GIS空间分析模块生成三维空间模型，分析确定岩体及其矿床体边界。如图2所示。
3.3 结果分析
通过GIS技术对目前矿区现状的分析可以确定开拓方式为片盘斜井，开采长财组煤层、西山坪组煤层，两组含煤地层垂距254～300m。准采标高+546～+80m。根据GIS模型确定开拓布置准采范围作为矿区范围，开采标高确定为+510～+80m。
【关键词】GIS；地质勘察；煤矿
1.引言
煤炭是我国的主要能源之一，煤炭资源构成仍占主导地位，但吉林省属于煤炭资源缺乏省份，煤炭自给率不足50%，需要从其他省份调入大量煤炭资源来补充能源的不足。按照吉林省经济发展规划预测，预计到2015年全省煤炭供给量达到4500万吨，而实际需求量为1.0亿吨，缺口为5500万吨，供需矛盾突出。随着吉林省经济社会发展步伐的加快，煤炭需求紧张问题将会继续加剧。因此准确定位煤矿地下地质体，精准确定矿体边界成为吉林省煤矿开采中的工作重点。
GIS技术既可以处理属性数据又可以处理空间数据[1]，它对空间数据和属性数据的处理和分析能力，使其成为解决工程地质勘察问题的一种全新的技术手段[2]。本文吉林省长岭煤矿为研究区，应用GIS空间分析技术解决煤矿开采过程中存在的问题。
2.研究区概况
研究区属温带季风气候区，多年平均降水量为712.1mm，年平均气温为5.5℃，年平均蒸发量为1269.7mm，无霜期138天，≥10℃积温2880℃，最大冻土深度为1.60m。长岭煤矿属于小型矿井，矿区面积1.16km?，资源储量为1874kt，可采储量1423.5kt，采用地下开采的方式。矿井服务年限10.5a。成煤盆地为一向斜构造，矿区位于向斜的南东翼，为一倾向北西的单斜构造，走向50o，倾向320o，倾角10o～20o。矿区构造复杂程度为简单类型。
2.1 水文地质
第四系冲积砂砾石孔隙水含水层主要分布于河床两侧，由砂砾石组成。基岩风化裂隙水含水层分布于全矿区砂砾岩和风化火山碎屑岩为主风化带中。砾岩、砂岩孔隙裂隙水含水层分布于矿区西部，本矿井开采的7个煤层赋存于该组，经开采证明该含水层属于弱富水。
2.2 地层岩性
矿区内揭露的主要含煤岩系有侏罗系西山坪组和白垩系长财组；侏罗系西山坪组与白垩系长财组呈平行不整合接触。
侏罗系上统西山坪组底部岩性为灰绿色、黄绿色角岩砾岩，地层平均厚度30.15m。中部为灰色、灰黑色泥岩，沙质泥岩，凝灰岩，含可采煤层2层；地层平均厚度100.06m。上部为灰白色粗砂岩、细砂岩夹炭质泥岩，含煤2层；地层平均厚度180m。该组在矿区内地表没有出露，地层倾向东，倾角7o～26o。
白垩系下统长财组下部岩性为灰褐色砂砾岩、砂岩夹炭质泥岩，平均厚度70m。中部为灰白色粗砂岩夹砂砾岩、炭质泥岩，地层平均厚度205m。上部为灰白色粗砂岩，细砂岩，含煤1层，为局部可采煤层，局部厚度1.04m。地层厚度110m。地层厚度123.40m。地层倾向东，倾角10o～30o。该组为矿区含煤地层，平均厚度约385m，该组与下伏地层呈平行不整合接触。
3.GIS技术的应用
3.1 三维地质勘察模型建立
工程地质勘察指的是利用物理勘探、试验及检测等方法对待测地区的环境特点、地形地貌、岩土性质等进行调查、分析，从中获取定量或定性的指标，同时利用文字报告，表格或图形进行反应[3-4]。本次研究勘察的对象包括矿区、钻孔、地层三类。勘察的矿区地下空间是由很多地层组成，把地质成因、岩土性能、地质年代等特征利用GIS空间分析模块抽象的表达出来，以便更好确定矿床地体质边界。具体建立过程如图1所示。
3.2 空间分析
通过GIS技术对各种格式的数据录入、批量导入对地层统计结果进行报表输出，能够生成包括工程勘察报告中所需的柱状图、统计图、剖面图等一系列专业图件[5-7]。针对研究的地质体层状特性，提供基于钻孔数据、剖面数据及等值线图等多源数据利用GIS空间分析模块生成三维空间模型，分析确定岩体及其矿床体边界。如图2所示。
3.3 结果分析
通过GIS技术对目前矿区现状的分析可以确定开拓方式为片盘斜井，开采长财组煤层、西山坪组煤层，两组含煤地层垂距254～300m。准采标高+546～+80m。根据GIS模型确定开拓布置准采范围作为矿区范围，开采标高确定为+510～+80m。
4.结论
随着工程地质勘察工作的不断发展深入，工程建设规模越来越大，工程地质勘查深度及广度的不断拓展，GIS技术成为一种方便快捷的勘查信息交流手段，它可以更为有效和直观的反映勘察地质状况，增强对地质勘查过程中对对地质环境的感性认识。提高矿产储量估算的精准性智，提高了工作效率。因此，应用GIS技术对地质体进行勘察与探讨具有重大的深远意义。
参考文献
[1]刘霖，庞娜.基于GIS的岩土工程勘察信息系统设计与实现[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2010（6）：116-119.
[2]LI Zhi-cheng. Design and realization of the data analysis system in subsidence monitoring[J].Engineering of Surveying and Mapping，2005，14（4）：65-68.
[3]王纯祥，白世伟.三维地层信息系统在岩土工程中应用研究[J].岩土力学，2003（04）：41-44.
[4]周翠英，陈恒，刘祚秋，黄显艺，何兴.重大工程地下环境信息系统的设计与实现[J].岩土力学，2004（09）：14-16.
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