关于煤矿采空区勘察及处理

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；技术

中图分类号:U469.6+92文献标识码：A文章编号：

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和困扰。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。有害气体、老空积水、塌陷沉降是采空区的三大主要危害，严重影响着各种工程建设及人类活动。在不确定煤矿采空区位置及范围的情况下，通过分析其地层地质条件，采用高密度视电阻率法，设置勘察方案、布置测线等，对煤矿采空区进行了准确的勘察研究。

一、采空区指在采完煤炭之后在地下留下的空洞或者空腔。采空区的研究一直以来是个难题，由于不正规、没采煤许可手续的小煤窑，没有设计图纸,没有记录，使得采空区的位置、范围、深度都无法准确的确定，为以后的各种人类活动带来巨大的安全隐患。

1、采空区的危害

1.1 采空区有害气体

煤自燃火灾严重地影响和威胁着煤矿的安全生产。资料统计显示,煤矿中的自燃火灾次数占矿井火灾总次数的90%~94%[1],其中，由于采空区由上至下，氧气浓度依次降低，一氧化碳浓度依次升高，采空区自燃火灾次数又占煤自燃火灾次数的60%[2],采空区是井下自燃发火发生的主要部位,所以采空区煤自燃是防治的重要。

1.2采空区老空积水

水灾是矿井的主要灾害之一[3]，煤矿水害分为两种：地下突水、老空积水。地下水的规律性较强，可通过区域地质资料查的地下水的分布情况，但是老空积水是认为造成的，没有规律可循。如果没有其具体资料，无法确定其位置和范围。由于受各种水文地质作用的影响，老空积水的量及范围是动态变化的。其积水量见公式：

积水量（万m3）=积水区平面面积（m2）×采厚（m）×充水系数×cosα[4]。

1.3采空区塌陷、沉降

采空区的塌陷是由于地面到采空区顶板的厚度较薄，强度较底。由于上覆荷载过高及采空区煤柱形成的自由面，原来的应力平衡被破坏就会产生地面裂缝沉降然后塌陷等现象[5]，严重危害人类活动。所以在建筑设计时应尽量避开采空区。

由于采空区的存在，使得地表产生移动和变形，当煤层为倾斜煤层时，地表呈现严重的非连续性破坏产生松脱地压，往往出现漏斗状塌陷坑，当开采倾斜和急倾斜矿层时，存在以下几种移动形式: (1)垮落岩石下滑矿层采出后，为采空区上覆岩块所充填。如果矿层倾角较大，上部垮落的岩石下滑充填下部采空区。垮落岩石下滑后，其上部岩石失去支撑而垮落，造成垮落和裂隙向上发展。(2)岩石沿层理方向滑移，在岩层倾斜的情况下，由于自重方向不与岩层层面垂直，在自重作用下，岩体除发生垂直于层理面方向的弯曲外，还产生沿层理面方向的顺层滑移。(3)底板岩石隆起，当地表岩石软弱且倾角较大时，在矿体采出后，周围岩体应力平衡条件发生了变化，采空区多以残留杂物和空洞构成，地下水作用十分强烈，使其力学性能降低。所以对其进行高效、准确勘察是很重要的工作。

二、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。

1、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。

2、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。

3、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。

三、采空区勘察技术及设计方法介绍

1、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。

2、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。

3、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。

4、采空区的勘察设计方法

当采空区没有规律性，没有设计图纸时，必须通过物探、钻探等多种科技手段勘探采空区的位置和规模，为工程地基处理和采空区治理提供科学依据。采用高密度视电阻率法对采空区进行综合勘察,分析确定采空区位置与规模。

4.1测区地质地球物理条件

根据测区地层岩性分析，如果采空区为空洞,则空洞与非采空区完整地层的电性有较大差异,表现为相对高阻异常[6]。同时,同一地区不同地层存在波阻抗差,砂岩波速值较高,页岩、煤层波速值较低,采空区(充填或未充填)边界是强反射界面,测区开展浅层地震勘探的物性前提条件较充分。

4.2测线布置

根据勘察目的和测区地层分布情况,测线平行采矿区轴线布置。中间5条线按10m线距布置 ,两侧两条线间距为20m,点距为5m。地震施测中间3条测线,点距2m[7]。

四、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：

[1]张振东.孝柳线天井沟小煤窑采空区的勘察及工程处理[J].西部探矿工程.2005（4）

[2]杨新亮.煤矿采空区勘察及处理工程实例[J].科技交流.2006(4)

[3]《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册(第四版)[M].北京: 中国建筑工业出版社，2007

[4]彭树宏，张晓帆，王金山.煤炭采空区处理的新方法与实例分析[J].中国煤炭地质.2008（1）