关于煤矿采空区勘察及处理

关于煤矿采空区勘察及处理
【摘要】：地下煤炭的开采，出现很多地下采空区，其直接影响到地面的建筑物安全，这一问题急需解决，以确保地面建筑的稳定及安全。

本文主要对煤矿采空区勘测技术及处理方法进行了简要的分析。

【关键词】：煤矿；采空区；勘察；充填
引言
随着国民经济和科学技术的不断发展，采矿技术在近几十年来也有了长足的进步，矿产资源的开发利用虽然在很大程度上满足了工业生产和人民生活的需要，但是也带来了不少弊端，尤其是对环境的破坏。

目前，在很多老能源基地如山西、淮北、唐山等地形成了大面积、大规模的采空区，由于用地的日趋紧张，许多工程建筑不得不建在或跨越采空区之上，所以其安全性、可靠性备受人们重视。

对采空区上方的土地进行利用首先要进行采空区结构的稳定性评价，即对采空区及其覆岩结构进行探测分析，准确掌握其空洞分布、裂隙发育特征等情况。

其次，要对采空区进行相应的处理，即对采空区进行填充处理。

目前，采空区探测技术方法手段甚多，但没有形成统一的标准，缺乏系统的研究，因此，进一步对采空区探测技术开展深入研究具有重要的理论与现实意义。

对采空区进行填充处理，这样就能够提高采空区的使用安全性，对采空区填充技术也尤为重要。

1.采空区探测对象
采空区结构有别于其他工程地质结构，当采空区之上，所以其安全性、可靠性备受人矿活动结束以后，经过长时间的压实，可以粗略地认为采空区己达到稳沉状态，但经过大量的现场资料证明，采空区虽然经过长时间的压实但在其内部仍存在一定数量的离层、空洞和稳定性较差的砌体梁结构，不同的开采方法、顶板管理方法、采空区尺寸、覆岩岩性等导致采空区及其覆岩结构有较大差别。

在采空区探测中主要涉及到的探测内容有采空区及旧矿分布情况、充水情况、两带分布、离层存在及分布情况、裂隙发育情况、空洞分布情况、残留巷道分布情况、上部及周边地质构造情况、采空区处理效果等。

2.采空区探测方法分类及适用性
采空区的探测是获得老采空区覆岩空洞、裂缝、离层发育特征基础数据的重要手段，对老采空区的开发建设具有十分重要的意义。

目前，国内外采空区探测方法很多，概括说有钻孔探测技术和地球物理探测技术两大类。

2.1钻孔探测技术及其适用性分析
我国是世界上最早应用钻探工程的国家，其在采空区检测方面有较为成熟且
广泛的应用，其中包括钻孔冲液法、钻孔声速法、钻孔超声成像法、彩色钻孔电视系统等。

钻孔冲洗液法的主要优点是简单、易操作、可靠、实用、观测数据较能反映实际导水情况，目前仍是获取垮落带和导水裂缝带高度及特征的主要方法。

钻孔冲洗液法的缺点主要是在某些原岩裂隙发育的地区往往不能取得可靠数据，对把握观测时机的要求较高。

此外，该方法速度慢、费用高，难以确定采空区的边界范围，对于大范围采空区和滥采乱挖形成的群采空区，这种方法显然无能为力。

试验和实践都表明，声波在岩石中的传播速度受裂缝和破碎状况影响是十分敏感的，岩体的破坏程度越严重，裂缝越发育，岩石密度降低，则波速降低越明显。

该方法可以单独使用，当其与钻孔冲洗液法配合使用时，既可以增强观测资料的可靠性，又可以提高测试结果的精度，并有助于解决在原岩裂隙较发育的覆岩中准确测定导水裂缝带高度的问题。

钻孔超声成像法可以较直观地获得勘测资料，将其配合钻孔冲洗液法，可以较准确地判断采空区空洞分布以及上覆岩层的裂隙发育情况，在采空区地基稳定性评价中能发挥重要作用。

彩色钻孔电视系统可以直观地观测到煤层上覆岩层的完整性和原生裂隙的发育特征、受采动岩体裂缝带内岩层的裂缝发育宽度、连通情况、岩体破碎状况和垮落岩块的分布情况、钻孔内部孔内水位变化情况等。

用钻孔电视系统结合钻孔冲洗液法来对采空区进行探测研究效果更佳。

2.2地球物理探测技术及其适用性分析
物探技术是采空区检测工程中的重要方法，它是将采空区治理区域内同范围、同点、同深度处岩层的物理性质在注浆前后的变化进行对比，直观的判断注浆工程质量的优劣。

目前老采空区探测中常用物探方法也是多种多样，其中有重力勘测、电法勘测、磁法勘测、地温法勘测、核法勘测、地震勘测等。

发育
各种物探方法的基本理论和核心思想存在不同，所以其各自的侧重和应用范畴也存在差异，重力勘探法是利用采空区由于开采形成的质量亏损所导致的重力异常来判别采空区形成的大小位置以及边界，其也可以判断采空区的充水情况。

电法勘探应用面比较广，它可以较好地应用在采空区空洞分布、裂隙、注浆效果检测等多个方面。

磁法勘探可以进行大地构造分区，研究采空区及其覆岩结构中的深大断裂，确定接触带、断裂带、破碎带和基底构造。

地温法勘探在采空区应用方面较少，它可以应用于采空区上方及周边地质构造的识别，为判断地质条件是否对采空区有较大影响提供依据。

核法勘探是运用核物理学的技术与方法，测量地球介质中天然的或人工的放射性射线的能量与活度的变化，以揭示地壳中元素含量或浓度的变化规律，进而勘查矿产资源和解决某些地质问题的地球物理勘探方法，在采空区方面可作为判别构造破碎带、采空区、陷落柱及地下水资源等的重要依据。

地震勘探是利用地层和岩石的弹性差异来探测地质构造的方法，其可用于采空区顶板破坏情况、空间分布、裂隙发育等方面。

综上所述，目前采空区的探测方法多种多样，无论是钻探技术还是物探技术都有其各自的优点和不足，采空区属于隐蔽工程，结构复杂，在实际工作当中应根据实际情况选择合适的一种或多种方法进行探测，必要时在地面辅以变形监测。

3.采空区处理方法
3.1水力充填
水力充填的方法是应用水力的输送方式，经过充填的管路把充填料浆送到采空区实施填充的煤矿采空区填充工艺。

水力充填的材料因为应用管道来输送，所以对充填的料最大的粒径有着一定的限制，要不然管道易出现堵塞。

与此同时需要充填材料在遇水后不出现能够迅速沉淀、崩解、细料不可以太多。

通常使用的水力充填的材料有砂卵石、山砂、碎石、工业废渣和河砂。

水力充填的采煤法在辽源、阜新、鹤岗、淮南、鸡西等矿区已经被被应用，并成功的解决掉“三下”的采煤问题。

3.2粉煤灰充填
国内从1978至1979年在山东新汉矿务局张庄煤矿实施了高浓度的粉煤灰胶结进行充填随采随充的试验，这一试验在我国尚属首次，解决掉了粉煤灰流失、脱水、压缩沉降等重要技术难题，系统的充填能力好河砂的充填相比提高了50%，没有堵管问题。

3.3风力充填
风力充填的方法法是应用对空气进行压缩产生的风压，将充填的材料经过垂直的管路输送进入井下的贮料仓，之后由普通的输送机器输送进入采空区的风力充填机，然后风力充填机应用风压，经过充填的管道把充填材料运送进入采空区进实施充填。

风力充填法的主要使用的设备有空气压缩机、风力充填机、供水管和充填管等。

3.4膏体胶结充填
采空区高浓度充填起源于德国的城市生活垃圾处理，前期研究表明，采空区高浓度充填技术作为地表综合减沉技术中的一部分，发展前景较好。

1991年德国把膏体充填技术应用到沃尔萨姆煤矿。

其与水力充填相比，充填料浆的泌水量少，无需建立复杂的隔排水系统。

3.5煤矿似膏体充填
通常使用全砂土固材料，其主要是选用的工业废渣等，如沸腾炉渣、高炉水淬矿渣、钢渣，再添加适量的天然矿物与化学激发剂等，经均化、磨细等工艺，
做出的一种粉状的物料；这种材料的成本比较低，对一些含粘土量较高的砂土与工业垃圾等(如粉煤灰、煤研石等)有很好的固结能力。

使用全砂土固结材料制作胶结剂，工业垃圾或者河砂等当成骨料，骨料内配以15%至30%的细粒级砂，制出重量浓度为74%至76%，其外观类似膏体的一种浆体(被称作“似膏体”)。

应用“似膏体”进行充填，称为“似膏体充填”。

似膏体充填料浆既具有水力充填料浆良好的流动性，又具有膏体充填强度高、井下不脱水的优点，是当代煤矿采空区充填的理想方法。

结束语
采空区结构复杂，其稳定性受内、外因素影响较大，一般情况下很难对其稳定性进行准确判断，在对其上方进行工程建设时必须对其进行勘探，掌握其内部结构。

总结了当前应用比较广泛于采空区领域的钻探技术、物探技术，对其各自的基本原理和适用范围做了简要分析。

采空区的安全稳定使用对地面工程及耕种是一个至关重要，采用一定处理方式对这些区域进行区里是必须的。

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