煤矿采空区勘察及处理工程实例分析

摘要：随着社会的不断发展和我国交通建筑业的快速发展，目前针对煤矿采空区的勘察与处理问题越来越受到相关部门的重视。本文就煤矿采空区的勘察与处理工程实例分析问题主要介绍了煤炭采空区的勘察与评价，同时对采空区的勘察技术进行了阐述，并结合工程实例对采空区的勘察与处理进行了介绍和分析。

关键字：煤矿采空区；勘察与处理；工程实例分析

我们知道，煤炭资源的开采与私挖滥采已经给公路建设和建筑工程建设带来了很大的障碍喝困扰。随着社会的不断发展和我国交通建筑业的快速发展，目前针对煤矿采空区的勘察与处理问题越来越受到相关部门的重视。本文就煤矿采空区的勘察与处理工程实例分析问题主要介绍了以下几个方面的内容。

一、采空区勘察和评价

通常，采空区勘察工作分为三个阶段，即预工可阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段。采空区勘察的阶段不一样，所要采取的勘察方法和手段也不同。

（一）预工可阶段分析。该阶段的勘察手段为调查访问，勘察开始首先是要广泛的调查，收集足够的矿井资料，比如采掘工程的平面图、井上下的对照图、钻孔柱状图等。对于一些比较大型的矿井，还要去收集沉降观测资料，以了解相应的采煤方法、开采年限、采厚及顶底板岩性等，再进行线路左右各为1000米，比例尺为1：10000的工程地质填图，以更进一步地了解地表的裂缝走向和宽度，还有塌陷坑的大小与范围等。根据煤矿采空区在塌陷冒落移动后所引起的岩体的错落、岩堆和崩塌等特征，来初步确定采空区的采空范围，并作出一定的估算，评估采空区对拟建建筑物或公路的危害程度。

（二）初步设计阶段分析。该阶段主要采用的是物探方法，这一阶段的主要工作是补充上一阶段已经收集到的有关矿井地质的资料，通过一定的物探方法，来查明煤矿采空的分布范围与长度，并在此基础上作出概算。

（三）施工图设计阶段分析。该阶段主要采用的钻探方法。查明煤矿采空区三带的高度和特征，确定相应的剩余沉降量，同时计算采空区的空洞大小。

二、采空区勘察技术介绍

（一）物探勘察法介绍。物探勘察方法也可以分为三种：EH-4大地电磁法；瞬变电磁法；高密度电法。EH-4大地电磁法是美国EMI公司和Geo2metrics公司共同研制的一种双源电磁系统，它主要适用于浅部勘察，即深度小于1000米的勘察。该方法主要是通过测量彼此正交的电场分量(Ex，Ey)与磁场分量(Hx，Hy)，然后计算出地层介质的视电阻率，再推断地下介质的结构异常。瞬变电磁法主要是利用阶跃波形电磁脉冲的激发，同时运用不接地回线向地下发射的一次场，通过一次场的间歇期间来测量和勘察由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，以此来找寻出各种地质的目标体。高密度电法是基于静电场理论的，它是以探测目标体的电性差异为前提，它也是集电剖面与电测深于一体的勘探方法。

（二）钻探勘察法介绍。采用钻探的目的是为了在平面上查清煤矿采空区的大小与分布，同时通过钻探岩样的力学试验来测试出采空区覆岩的力学强度。

（三）彩色钻孔电视观测勘察法介绍。彩色钻孔电视系统主要由几个部分组成，包括探头、绞车架、控制器、电缆和计数器等。此方法的主要目的是确定煤矿采空区覆岩的破坏状况。

三、处理工程实例分析

（一）项目概况介绍。此工程实例选的是山西的一个项目，它是娘子关2×600MW机组“上大压小”项目的一个新村厂址，具置在山西省平定县的张庄镇。该厂区的西南部存有煤矿采空区，同时，在该厂区的东北部还存在硫铁矿采空区。有关采空区的大小与现状还不清楚，现需要对该采空区的地基稳定性进行一定的专项勘察与评估。

（二）工程勘察环节介绍。在勘察方法上，考虑到该地区矿层都在100米以内，深度相对较浅；还有煤矿采空区和围岩间有比较好的电性差异；同时地面有7条高压线，其中有1条35kV的，6条10kV的。所以，除了采取EH-4高频大地电磁法和瞬变电磁法外，还增选了高密度电法，这样可以克服来自于高压线的干扰。通过一定量的物探工作，如62条高密度电法，测点共计4797个，点距为9米，线距约20米；13条瞬变电磁法，测点共计225个，点距为20米；5条EH4测线，测点共计132个，点距为20米；然后作出80条的剖面，同时根据地面和钻探的调查资料来判断出采空区异常，并将异常转换为分布平面图。在充分运用原有岩土孔和地质孔资料的基础上，及时优化钻孔的布置；在一些比较重要的建筑物区开展加密工作，并对其开展重点设防；最后在物探分析结果的基础上，再对物探异常区域开展验证工作。该勘探区钻探共计29个钻孔，总进尺达到了1346139米，共取了25个岩石样，属于室内的岩石力学实验。在彩色钻孔电视监测技术上，共监测到12个孔，有4个无水钻孔，整体的观测效果比较好，图像十分清晰；在6个水钻孔中无水段，观测到的效果也很好，图像也很清晰；在深部的有水段，图像相对不太清晰，但这可以说明深部的有水段底部是非采空区。

（三）勘探综合成果介绍。通过对该采空区进行了物探和钻探后，查明了其中15号煤层露头线；确定了该煤矿开采区的范围，采深为30～75米，采厚约为6米；也基本确定了该地区硫铁矿开采区的范围，其采深为50～60米，采厚约为112米。通过进行钻探及岩石力学实验，再加上运用彩色钻孔的电视监测，基本掌握了该勘察区域上覆岩层的岩层现状。结果是该煤矿区的覆岩属于强风化-中等风化岩层，为软弱岩层，其稳定性相对比较差。

（四）稳定性评价结果介绍。在采取了概率积分法分析后，预计到该煤矿采空区的残余地表沉降的最大程度为269毫米，倾斜变形最大能达13155毫米/米，水平变形最大能达8167毫米/米，残余变形的最大值达到了建筑物所能产生Ⅳ级采动损害时的地表移动变形值。以地表下沉10毫米等值线来作为边界，根据覆岩岩性状况和采动影响程度，可以把整个勘察的区分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类区域。其中，Ⅰ类区是地表下沉10毫米等值线以外的不会受到开采影响的范围，因此，Ⅰ类区域能够作为可以正常建设和使用的用地。Ⅱ类区是指地表的残余变形较小、上覆岩层强度相对较大的硫铁矿开采影响区域。由于此区域的建筑物的载荷影响已经达到了矿层可以开采的深度，因此，为了消除隐患, 此类区域需要对采空区进行注浆处理后，才能作为建设用地。最后，Ⅲ类区域是指那些地表残余的变形相对较大、煤矿采空区上覆岩层的稳定性相对较差开采影响区。这类区域的覆岩稳定性一般比较差，其残余地表的移动变形也相对较大，通常处理前此类区域不能兴建建筑物等，但是这类区域经过一定的采空区处理后，可以作为辅助设施功能区来使用。

结束语：随着社会的不断发展，我国的土地将日趋珍贵。面对人们对建筑用地的不断增加，煤矿区建设用地也变得越来越紧张。所以，合理并充分利用面积巨大的采空沉陷区土地将是未来社会发展的一大趋势。鉴于煤矿采空区特殊的地基特性，我们必须要确保建筑物或其他交通设施的安全，也更应该加强对采空区勘察与地基稳定性评估工作的重视。相关部门要不断创新方法，及时引进技术，并结合实际制定出一系列的管理办法或解决措施，这样才能更充分更有效地利用煤矿采空区土地。

参考文献：

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