《采空区的勘察设计与治理技术》规范解析
矿山开采中的采空区处理与防治技术
汇报人：可编辑 2023-12-31
目录 CONTENTS
• 采空区概述 • 采空区处理技术 • 采空区防治技术 • 采空区处理与防治的未来发展
01
采空区概述
采空区的定义与形成
采空区的定义
采空区是指在矿山开采过程中，因矿 石被采出后留下的空间区域。
采空区的形成
采空区的形成是由于矿石被开采后， 原有的岩石和土壤失去了支撑，导致 上覆岩层发生变形、移动和破坏，最 终形成空洞或塌陷。
本。
动态监测
03
建立采空区的动态监测系统，区处理与防治的科技需求
加强基础研究
深入研究采空区的形成机理、演化规律和处理技术原理，为采空 区处理与防治提供理论支持。
创新技术研发
鼓励科技创新，研发新型的采空区处理与防治技术，提高处理与 防治效果。
建立标准体系
领域。通过监测技术获取的数据能够反映采空区的动态变化，为采空区
治理和安全生产提供重要支持。
采空区安全管理制度
安全管理制度概述
采空区安全管理制度是一种针对采空区管理的安全规章制度，旨在规范采空区治理和安全生产行为，保障人员和财产 安全。
安全管理制度内容
安全管理制度主要包括采空区安全管理规定、应急预案、安全培训等方面的内容。各项规定和预案应根据矿山实际情 况制定，确保制度的针对性和实用性。
详细描述
矿柱回采法在开采过程中预留一定数量的矿柱，以支撑采空区的顶板和侧壁。在采空区形成后，回采预留的矿柱 ，减小采空区的跨度，提高其稳定性。该方法适用于处理各种规模的采空区，且可以有效控制采空区的变形和塌 陷。
03
采空区防治技术
采空区预警系统
预警系统概述
简析采空区勘察要点
简析采空区勘察要点多年来，在隧道、公路、铁路等各类工程建设与发展的过程中，采空区问题逐渐暴露在设计、选线及施工等多环节中。
对采空区影响范围及边界的确定、地基稳定性能的评估以及采空区处理方案的确定等都会对整个施工方案的优化及工程投资估算产生很大的影响。
采空区勘察工作较为复杂，其主要是由于长期的无规则开采及不科学的处理，从而导致上覆岩层破坏，并且规律性不强，加上受到其他方面因素的影响，往往会导致地表突然塌陷、沉降异常等问题。
[1]对于采空区勘察方面的处理，国内外的研究人员都进行了深入的研究与分析，并且通过软件反复演练及数据的处理，取得了很大的成绩。
当前我国有相关学者借鉴前人的研究理论，采用综合方法对地表地形的相关因素及基础条件进行分析，并在综合物探及钻探分析之后，对数据结果进行进一步的合理优化。
1 某高速公路环境及地质条件分析1.1 地理位置及交通情况勘察区域位于内蒙古自治区鄂尔多斯东胜区，在行政方面隶属于准格尔旗管辖，勘查区域位于东经111°10′～111°12′，北纬39°48′～39°40′之间，人口大约为60万人，勘查区域位置在准格尔旗东部所在的海子塔乡一直到鄂尔多斯市东胜区的一个村庄。
有国道线在其北方位置大约相距10cm与之平行，其间交叉有沙市公路及运煤水泥路，交通条件较为便利。
1.2 水文、气象情况水文方面：勘查区域主要的地表水系为乌兰木伦河与其相关的直流河流，乌兰木伦河境内的总会长度大约为27km，直流表现主要为冲沟及大川，该段区域的地质构造位置处在华北地台鄂尔多斯台向斜的东北部位置，没有不良的深部地质构造。
除此之外，岩层较为平缓，通常坡度都<5°。
气象方面：路线经过的区域大多数为大陆半干旱气候，夏季干热，冬季严寒。
7月、8月为一年之中温度最高的季节，最高可达35℃，2月份温度最低，可达零下30℃。
年平均降水量在292mm左右，主要集中在夏季，降雨形式多为暴雨。
煤矿采空区岩土工程勘察规范宣讲课件
1 总则
（1）编制目的 （2）适用范围 （3）勘察程序及成果要求 （4）新技术、新工艺应用及安全生产措施 （5）其他要求
1、总 则
1.0.1 为了预防和避免煤矿采空区对工程建设的影响，提高 煤矿采空区岩土工程勘察水平，做到技术先进、经济合理、 保护环境，制定本规范。（编制目的）
1.0.2 本规范适用于煤矿采空区的治理、地质灾害防治及在 采空区影响范围内新建、改建或扩建工业与民用建（构）筑 物等工程建设的岩土工程勘察。
会形成“断陷”式盆地
全部覆岩为极
当开采深度较小或接近冲积层开采时，覆岩变形
5
软弱的急倾斜 抽冒型 不应形成悬顶。采空区内无垮落矸石支撑时，覆
岩层或土层
岩会发生“抽冒型”破坏。地面形成漏斗状陷坑
6 查明地表移动盆地特征和分布，裂缝、台阶、塌 陷分布特征和规律。
7 分析评价有害气体的类型、分布特征和危害程度 。
2 术语和符号
2.1.1 煤矿采空区 coal mine goaf
煤矿采空区一般指地下煤炭资源开采后的空间。本规 范也指地下开采空间围岩失稳而产生位移、开裂、破 碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表 变形和破坏的区域及范围。
2 术语和符号
2.1.11 浅层采空区 shallow mined-out area
采深大于等于50m、小于等于200m且采深采厚H/M 大于等于30或采深 大于等于200m 、 小于等于300m且采深采厚H/M小于等于60的采空区。
2.1.13 深层采空区 deep mined-out area
采深大于200m或采深采厚比H/M大于60的采空区。
采深大于300m或采深大于200m、小于等于300m且采深采厚H/M 大于等 于60的采空区。
采空区治理范围的确定及其治理技术浅析
响 因素 。 对 于 埋 深 较 浅 的采 空 区 ，一般 采 用 加 速 顶 板 沉 降 的 方法 来 处 理 。 开 收 集外 业 资料 ， 确定 采 空 区范 围 中最 重 要 的 环 节 。 业 调 查 时 ， 开 挖 回填 即是 其 中 的一 种 ， 挖 回填 时要 注 意 填 料 应 具 有 良好 的 易压 是 外 对 已开 采 或 者 正 在 开 采 的 矿 区 ， 量 能 收 集 到 矿 区 的设 计 资 料 ， 产 实性 和 良好 的水 稳 定 性 。 外 ， 回填 时 ， 采 取加 铺 土 工 格 栅 等措 施 尽 生 另 在 应 １ 外 业 资料 的 收 集 ． ２
充填 注 浆 法 阻 止采 空 区顶 板 的沉 降 。在 条 件 允 许 的 条件 下 ， 工 井 下 人 充 填 不 失 为 一 种好 的处 理 方 法 。 用 钻 孔 充 填 ， 采 或者 全 充 填 注浆 法 时 ， 如 何 保 证 施 工质 量 ． 最 重 要 的 问题 。要 做 好 施 工 过程 的控 制 和 施 工 是 质 量的 检 测 。保 证 充 填 的 填料 能 够 到 达 预 期的 位 置 和 密 实 度 。当选 择
和范围。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
种 措 施 来 减 少对 工 程 建 设 的影 响 ， 是 阻 止 采 空 区顶 板 在 重 力 作 用 下 一 塌 陷 ： 是 加 速采 空 区 顶 板 塌 陷 ， 快 完 成 固结 ； 是 采 用 桥跨 的 方 二 尽 三
法 ， 接 跨 越 影 响 区域 。 直 对 于 埋 深 较 深 的采 空 区 ， 于顶 板 变 形 持 续 时 问 较 长 ， 常 情 况 由 通 下 采 用 阻 止 顶板 变 形 ， 者 桥 跨 的方 法 处 理 。目前 ， 或 主要 用 充 填法 或 全
采矿施工中的采空区治理技术
采矿施工中的采空区治理技术采矿施工中的采空区治理技术在矿山工程中起着重要作用。
采空区是指在矿山开采后形成的空洞，如果不及时治理，会带来严重的安全隐患和环境问题。
因此，采空区治理技术的研究和应用非常关键。
首先，针对采空区治理技术的研究，在国内外已取得了一定的进展。
常用的治理技术主要包括注浆充填、物理支护和封闭等方法。
注浆充填是一种常见的治理方法，通过向采空区注入水泥浆料，填充空隙并加固岩体，以增强矿山结构的稳定性。
物理支护主要包括锚杆支护、网片支护等，通过在采空区周边设置支护结构，防止塌方和坍塌。
封闭是一种较为彻底的治理方法，通过在采空区入口处设置门窗等设施，将空洞封闭起来，避免人员误入和环境污染。
其次，采空区治理技术应根据实际情况选择合适的方法。
在选择治理技术时，需要考虑采空区的规模、地质条件、开采方式等因素。
对于规模较小的采空区，可以采用局部加固或封闭的方式进行治理；对于规模较大的采空区，需要进行全面的注浆充填或物理支护。
此外，还应根据采空区的特点选择合适的材料和设备，确保治理效果和安全性。
最后，采矿施工中的采空区治理技术对矿山安全和环境保护具有重要意义。
采矿施工中如果不及时治理采空区，可能导致矿山塌陷、地表沉陷等严重事故，危及人员生命安全。
同时，未治理的采空区会对周边环境造成污染，影响生态平衡。
因此，加强采空区治理技术的研究和应用，能够提高矿山开采的安全性和可持续性发展。
总的来说，采矿施工中的采空区治理技术是矿山工程中不可忽视的环节，其研究和应用对于保障矿山安全、维护生态环境至关重要。
只有不断提升治理技术水平，优化治理方案，才能更好地实现矿山开采和环境保护的双重目标。
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：本文对关于煤矿采空区勘察及处理的问题进行了探讨，文章从阐述小型煤矿采空区特征入手，进一步介绍了几种常见的煤矿采空区勘察方法，并且分析了采空区勘察方法的初选及验证要点，最后研究了煤矿采空区的处理方法。
关键词：煤矿采空区；特征；勘察方法；初选及验证要点；处理方法前言煤炭作为我国重要的基础能源，一直以来都受到高度重视，而煤炭的开采、生产、供应环节更是形成了一条庞大的产业链，衍生出了一系列的工业、商业企业单位。
煤炭的开采是非常重要的一个环节，在开采过程中，会对周边地区的环境形成巨大的影响，采空区就是煤矿开采之后所预留的空洞，它需要得到相关单位的重视，运用专业方法对其进行适当的勘察和处理。
1 小型煤矿采空区特征煤矿采空区通常指的是在煤矿施工阶段，对地下煤炭或煤矸石等物质开采结束后所残留的空洞或空腔。
一般情况下，对煤矿进行开采后所留下的采空区在布局上会体现明显特点。
比如因为采煤作业往往历时长久历史悠久，许多采煤活动往往会延续几十年不停止；采空区的埋藏往往相对较浅，加上其分布地带的连续性不强，伴随着采煤随意性的问题，使得采空区也带有随意性特征。
而煤层的深度浅，分布断断续续，采煤规律性不强，就使得大规模的煤矿开采比较困难。
此外，如果工作人员对采空区资料的采集不够全面；现在的地表房屋房龄存在巨大差别，老房龄险房集中度高，地表沉降及地面塌陷调查工作也面临诸多挑战。
2 煤矿采空区勘察方法2.1高密度电法这种方法又被称作高密度电阻率法，它将岩、土在导电性上的差别作为前提，对人工施加稳定电流场后的地下传导电流分布状况进行更深入的分析，它采用的是电探方式的理念，矿区典型剖面如下图所示。
在目前，对采空区进行勘察的过程中，高密度电法是运用最为广泛的一种方法，能借此获取到相对精确的数据，在分布广的较大型采空区中运用频率最高，但对比较小型的煤矿和因滥采煤矿而留下的采空区而言，特别是高压电线分布密集的采空区，勘探线的布局往往不够连续，因此达不到理想的精度。
煤矿矿井采空区治理与利用技术
煤矿矿井采空区治理与利用技术煤矿矿井采空区是指煤矿开采过程中形成的矿井空间，随着煤炭资源的逐渐枯竭，煤矿矿井采空区治理与利用技术成为了迫切需要解决的环境问题。
本文将探讨煤矿矿井采空区治理与利用技术的现状和发展趋势。
一、采空区治理技术1. 填充法治理技术填充法是一种常见的采空区治理技术，通过注浆、回填等方法，将空洞填充，使采空区达到稳定状态。
填充材料通常选择水泥浆、煤矸石等，以达到填充效果。
2. 井下注浆技术井下注浆技术是将注浆设备送入采空区，通过注入特定浆液材料，加固和固化采空区，防止塌陷和坍塌的发生。
这种技术具有操作简便、效果显著的优点。
3. 地质物理探测技术地质物理探测技术是利用地球物理学原理，通过探测仪器对采空区进行检测，分析采空区的稳定性。
这项技术可提供科学的数据支持，对采空区的治理方案提供参考依据。
二、采空区利用技术1. 建设地下储气库采空区作为地下空洞空间，可以通过改造利用，建设地下储气库。
储气库可以用于储存天然气，以满足城市燃气需求，并提供应急备用气的保障。
2. 建设地下储水库采空区可以改造成地下储水库，用于蓄水和供水。
这种利用方式可解决地表水资源短缺的问题，并提供可靠的水源供应。
3. 建设地下储热库采空区可以改造为地下储热库，用于储存余热和储能。
这种利用方式在太阳能、风能等可再生能源的利用中具有重要意义。
三、治理与利用技术的发展趋势1. 多学科综合应用煤矿矿井采空区治理与利用技术需要多学科的综合应用，包括地质学、工程学、地球物理学、环境科学等。
未来的发展趋势是加强各领域的交叉融合，形成更加完善的技术体系。
2. 智能化与自动化治理与利用技术的发展趋势是智能化与自动化。
通过引入先进的传感器、仪器和自动化控制系统，提高治理与利用技术的精确度、效率和安全性。
3. 绿色可持续发展未来的治理与利用技术将更加注重绿色可持续发展。
技术应用过程中要注重环境保护，减少对自然资源的破坏，推动经济社会的可持续发展。
采空区的勘测及工程处理
11.2.1 小型采空区
一．小型采空区的勘测。
小型采空区的巷道很不规则，且一般历史较久遗迹模糊，勘察难 度很大。
（一）搜集资料 小型采空区一般均未进行过专门的地质勘查，无规则开采，搜集 资料极为困难，需详细向当事者或者当地居民和有关方面的调查。其 主要内容是：矿层的分布范围，开采的深度、厚度和方法，开采和停 采的年限，主要巷道的位置、大小、断面尺寸、衬砌情况和采空区的 分布、塌落、支撑、回填情况，以及开采时地下水变化情况和开采计 划，今后规划等。 （二）测绘内容 1．坑洞的分布、位置、断面大小、延伸方向及其相应于铁路的 地表位置。 2．因采空影响而产生的陷坑、裂缝的位置、形状、大小、深度、 延伸方向及其采空区和地质构造的关系。 3．了解采空区附近工农业抽水和水利工程建设情况及其对采空 区的影响。 （三）勘探 若通过搜集资料、调查访问和地质测绘不能查明前述坑洞的有关
F——巷道单位长度侧壁的摩阻力（kN/m3/m），其值为：
F=Ptanφ
其中 P——楔形体 ABM 和 CDN 作用在 AB 或 CD 面上的主应力，
当取其最大值时
3
P
1 2
H
2
tan（2 45 -
） 2
则式 14-3 为：
Q
H[2a
H
tan
tan 2
(45
2
)]
（14-4）
14-4 H 一
板
拱
均布荷载
： ：
h＇
β
必须处理范围
β
（）
图 14-6 小型采空处理范围
45
p 2
（14-8）
p
arctan(tan
c) P
（14-9）
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地 表 变 形 监 测
物 探 工 程
钻 探 工 程
试 岩 样 采 集 及 测
煤层采空区运动学、 动力学特征分析
采空区塌陷变形破坏模型
采空区塌陷地表剩余变形量分析计算
采空区顶板、拟建工程地基稳定性评价
治理工程方案建议
出线方案建议
采空区勘察技术
1 、搜集资料
大面积采空区以资料为主。
（1）搜集各种地质图及区域地质资料，借以了解地层构成，
产状和构造以及水文地质条件等。 （2）搜集矿床分布图，以了解矿床分布范围、层次、开采 深度、厚度及埋藏特征和上覆岩层的岩性、构造等。
（3）搜集采掘工程平面图、井上下对照图、采区平面布置
图、开采规划图，以了解采空区的位置、开采历史、计划、 开采方法、开采边界、顶板处置管理方法、工作推进方向 和速度、巷道平面展布方向、断面尺寸及相应的地表位置、 顶板的稳定情况、塌落、支撑回填、积水清况、洞壁完整 性和稳定程度以及远景开采规划等。 （4）搜集地表变形与有关变形的观测，计算资料，包括地
筑物结构类型，所处位置及长轴方向与采空区地质构造、开采边 界、工作面推进方向的相互关系及地基加固处理经验教训。 （6）有害气体的类型，分布特征，压力及危害程度。
根据地表变形值的大小和变形特征，自移动盆地中心 向边缘在水平上可分为三个区：
1. 均匀下沉区：（中间区）即移动盆地的中心平底部
分。
2. 移动区：又称内边缘区或危险变形区，区内变形不
均匀，对建筑物破坏作用较大。
3. 轻微变形区：外边缘区，地表变形值较小，一般对
建筑物不起损坏作用，以地表下沉值10mm 为标 准，来划分其外围边界。
分布常与开采工作面方向平行，
且随开采工作面的推进而不断向前发展。除极浅的采
空外，裂缝一般上宽下窄，无显著位移。
大型采空变形和特征
大型采空区的变形主要是在地表形成移动盆地。即位
于采空区上方，当地下采空后，随之产生地表变形，
开始形成凹地 ，随着采空区不断扩大，凹地不断发展，
形成凹陷盆地，此盆地称为移动盆地。
（4）地表变形情况，塌陷、裂缝、台阶的分布位置，形状、大
小，深度，延伸方向，发生时间，发展速度以及它们与采空区、 岩层产状主要节理、断层、开采边界、工作面推进方向等的相互 关系，移动盆地的特征、边界。 （5）建筑物变形情况，变形的类型（倾斜、下沉、开裂），发
生的时间，发展速度，裂缝分布规律、延伸方向、形状大小，建
二、采空区勘察
采空区的勘察方法
采空区的探测，目前，国内外主要是以资料收集、 采矿情况调查、工程钻探、地球物理勘探为主，辅以 变形观测、水文试验等。
采空区勘察技术方法选择
总结以往工作经验，在多种多样的勘察技术中，采矿资料的收集、工程
地质调查、采矿调查是采空区勘察工作的基础，已往的采空区勘察忽视
煤层采空区塌陷垂直“三带”示意
采空区采空程度分类及其特征
根据采空程度分为
A. 小型采空区 B. 大面积采空区
小型采空分类表
小型采空的地表变形类型及特征
地表变形类型为地表塌陷和开裂。小型采空范围狭窄，
多呈巷道式，地表不会产生移动盆地，但由于开采深
度浅，又任其自由坍落，地面变化剧烈。地表裂缝的
表最大下沉值、最大倾斜值、最小曲率半径，陷坑、台阶、
裂缝的位置，形状、大小、深度、延伸方向及其与地质构 造、开采边界、工作面推进方向等的关系。
2 、调查访问
利用区域地质资料分析、实地调查、访问知情人或群
访为主要手段，调查内容如下：
（1）矿区的分布范围，矿层的开采范围、深度、层数。
（2）开采方法和顶板管理，巷道宽度、高度、延伸方
这方面工作或对此重视不够，往往使物探和钻探工作陷入盲目状态。
应进行详细的工程地质调查、采矿调查，大概确定采空区部位及范围，
然后根据测区地形、地质、地球物理条件，结合高速公路勘察工作三个 阶段的要求，有目的的选用几种物探方法进行探测；再根据调查及物探 结果布设钻孔进行验证；最后综合分析地质、物探和钻探资料，圈定采 空区范围、形态，经济准确地查清沿线的采空区分布及赋存状况。
向，采空区的塌落情况。
（3）采空区开采历史及规划发展情况。
（4）采空区地下水发育情况，排水、抽水情况及对采
空区稳定的影响。
（5）建筑物变形情况和防治措施。
（6）有条件时，可进行实地测量。
采空区调查表
3 、地质调绘
（1）地形地貌，地质构造，地层时代、成因、岩性、
产状，矿层的分布范围、开采深度、厚度等。 （2）不良地质现象的类型，分布位置与规模。 （3）地下水水位变化幅度，了解采空区附近工农业抽 水和水利工程建设情况及其对采空区稳定的影响及地 表水、地下水水质及其腐蚀性。
采空区勘察范围及深度
采空区勘察范围
目前，国内采空区勘察工作中确定勘察范围主要以采空区
地表移动盆地分布范围为准。
采空区勘察深度一般要求至少深入采空区底板若干米，根
据工程实践，一般深入采空区底板2米以上。
采空区勘察一般流程
接受委托 1/1000 平面测绘 资料收集（采矿、以往地质及工程地质、 水文地质、地表变形调查、航片等资料）
从垂直方向上讲，地下矿层大面积采空后，矿层上部失去支撑，平衡条 件被破坏，采空区上方岩体随之变形。采空区上方岩体的变形，总的过 程是 自下而上逐渐发展的漏斗状沉落，其变形情况可分为三个带： ①冒落带（崩落带），采空区顶板破碎坍落形成，其厚度一般为采矿厚 度的3～4 倍。
② 裂隙带（破裂弯曲带）处于冒落带之上，并产生较大的弯曲和变形， 其厚度一般取采矿厚度的12～18 倍（从矿层顶板向上的厚度）。 ③弯曲带（不破裂弯曲带）裂隙带顶面至地面的厚度。 上述三个分带适于水平状岩层，根据采空区大小、采矿厚度和开采深度 的不同，上述三个带不一定同时存在。
《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/T D 31-03-2011）
目录
1、总论 2、采空区勘察 3、采空区稳定性分析与评价 4、采空区治理设计 5、注浆法施工 6、采空区处治监测与检测
一、总论
概念
采空区是指地下矿产被采出后留下的空
洞区，
按矿产被开采的时间，可分为 老采空区、现采空区和未来采空区。 矿体被采出后，自顶板岩层向上形成三 带”——垮落带、导水裂隙带和弯曲带。地表沉 陷，产生连续或非连续变形，由此带来一系列环 境岩土工程问题，如平地积水、道路裂缝、房屋 倒塌、耕地减少、农田减产等，给矿区工程建设 留下很大隐患。