煤礦采空區地質特點簡述

摘要：煤層穩定程度的研究，目前仍然主要是定性的描述，定量的研究雖有所發展，但還沒有形成統一的數量標準作為煤層穩定程度的依據，采空區問題更加復雜，難以定量分析。在我國近年來由于煤礦采空區引起的問題日益嚴重，大多數礦山不同程度地存在著一些未處理的采空區，采空區是工程建設的一大隱患。

關鍵詞：煤礦；采空區；地質特點

中圖分類號：P62文獻標識碼：A

在煤礦開采后，地下會留下采空區，采空區的垮塌會造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設施，破壞生態環境。地下采空區是工程建設的一大隱患，對其進行高效、準確勘察是很重要的工作。

煤層穩定程度的研究，目前仍然主要是定性的描述，定量的研究雖有所發展，但還沒有形成統一的數量標準作為煤層穩定程度的依據，采空區問題更加復雜，難以定量分析。在我國近年來由于煤礦采空區引起的問題日益嚴重，大多數礦山不同程度地存在著一些未處理的采空區，采空區是工程建設的一大隱患，但通過資料調查和鉆探無法查明采空區確切的形態和位置。近年來眾多物探工作者對采空區勘探進行了研究，取得了很多實用性的成果。如運用瞬變電磁、淺層地震、高密度電法相結合的綜合物探方法在煤礦采空區的勘探研究。也有部分專家學者對其它物探方法，如地質雷達、CT法等方法對采空區中的勘探效果進行了研究。

對于采空區的物探工作總體來講，還是處于經驗積累和理論研究階段，采空區的勘探研究還處于發展階段，勘探手段和理論均不甚完善。

在一個地區進行勘探能否取得好的地質勘探效果，在很大的程度上是取決于工程地質條件。地震地質條件一般分為兩類：表層地質條件；深部地質條件。不同地區的地震地質條件通常是不相同的，就是同一個地區的不同地段，其地質條件也常常是不同的。掌握、分析和解決復雜的地質條件是勘探中的基礎工作。

表層地震地質條件包括地形、地表風化層的性質等因素。它不僅影響地震勘探的激發和接受，而且影響地震波的運動學和動力學特點，嚴重影響地震剖面的精度。地殼的風化殼也稱為低速帶。它是由于受到長期風吹、日曬、雨淋等地質風化作用而形成的，其巖石變得十分疏松。所以低速帶的特點是：低速帶一般是指不含水的風化層，當風化層含飽和水后，其速度會增高，就不屬于低速帶了；低速帶的速度是極低的，而且速度橫向變化較大;低速帶的厚度常常是不均勻的。由于低速帶存在，要影響地震波的運動學和動力學特征；一是影響波的傳播時間，甚至影響到最后地震剖面圖成像和地質構造形態；二是影響地震波的頻帶和能量，改造地震波的動力學特征；三是容易產生多次波，增加地震記錄的復雜性。在一些復雜的斷、陡構造地區，常常得不到好的地震資料，也無法弄清地下的真實形態。所以，地下構造的復雜程度不僅影響地震勘探工作方法的選擇，而且影響地震資料的處理和解釋。

一般而言，要取得好的勘探效果，地下具備以下方面的地震地質條件對提高勘探質量是有利的：具有較好的標準層；具有良好的地層波組關系；具有明顯的地震相特征；速度變化具有一定的穩定性。

煤層被開采后形成采空區，破壞了原有的地應力平衡，采區周圍巖體的原始應力失去原來的平衡狀態，這類巖體的變形與破壞，主要有塑性擠出、膨脹內鼓和重力塌陷等不同破壞類型。該處應力將重新調整直至達到新的平衡，從而致使巖體發生移動。采空區呈局部充填或空腔狀態，鄰近圍巖受其影響，裂隙發育，巖體破碎。

回采空間的周圍的煤體上產生應力集中，而且該應力還會向底板深部傳遞。采空區上覆巖層的變化形式歸結為以下幾種：(1)空區上方巖石的垮落。煤層采出后，其上方巖石在重力的作用下，所受應力超過巖石強度極限而破裂、垮落。(2)上覆巖層的裂隙，巖層的連續性未受破壞，不發生垮落，而是產生裂縫、裂隙。（3）上覆巖層的彎曲，當采空區范圍較小而采深較大時，采空區上覆巖體的移動可能不波及地表。而當采空區范圍較大而采深較小時，其上覆巖體的移動就會波及到地表，并引起地表下沉，下沉所涉及的整個范圍稱之為下沉盆地，在礦區稱為塌陷區。當開采空間跨度足夠大，即使完整堅硬的頂板，也會因受力強度超過極限而垮塌、冒落。當礦體被采空后，緊靠采空區的巖體應力平衡狀態被破壞，巖體產生移動、垮落，并將這種過程傳遞給相鄰的巖塊體，隨之垮落相繼發生，頂板巖塊的移動逐漸發展，破裂區逐漸擴大。同時，采空區被垮落巖體填充，被破壞的巖體的應力狀態逐漸恢復平衡。在此過程中，上覆巖層產生的移動、變形從性質上可以分為以下幾個帶：冒落帶指由采空區上覆巖體在自重的作用下破碎、冒落、堆積而成的區段，其范圍主要由頂板巖層碎脹性、采礦方法與礦層厚度所決定；裂隙帶，指位于冒落帶之上，具有與采空區連通的導水裂隙，但連續性未受破壞的那一部分巖層。這個帶巖體由于受到較大的橫向拉力，彎曲變形較大，使巖體結構類型發生改變，降低了巖體的強度。彎曲帶，指裂隙帶頂界到地表的那部分巖層。隨著距離采空區的間距增加，上覆巖層的破壞程度減弱，且裂縫逐漸消失，巖體將發生大范圍移動和變形，但仍保持巖體原始結構而不破壞，其移動與變形連續、平穩而有規律。

由于采空區的存在，會產生二次應力場而導致了采空區上覆巖層塌陷，使得地表產生移動和變形，當煤層為傾斜煤層時，地表呈現嚴重的非連續性破壞產生松脫地壓，往往出現漏斗狀塌陷坑，當開采傾斜和急傾斜礦層時，存在以下幾種移動形式: (1)垮落巖石下滑礦層采出后，為采空區上覆巖塊所充填。如果礦層傾角較大，上部垮落的巖石下滑充填下部采空區。垮落巖石下滑后，其上部巖石失去支撐而垮落，造成垮落和裂隙向上發展。(2)巖石沿層理方向滑移，在巖層傾斜的情況下，由于自重方向不與巖層層面垂直，在自重作用下，巖體除發生垂直于層理面方向的彎曲外，還產生沿層理面方向的順層滑移。(3)底板巖石隆起，當地表巖石軟弱且傾角較大時，在礦體采出后，周圍巖體應力平衡條件發生了變化，采空區多以殘留雜物和空洞構成，地下水作用十分強烈，使其力學性能降低。

采空區沉陷是一種典型的地質災害，其治理在國際上也屬于難題。采空區引起的嚴重問題已經引起國家高度重視，治理工作正在全面展開。在采空區塌陷引起地表沉陷以前，有效而經濟地利用地球物理方法對采空區域進行勘探和作出評價，并提出適宜的防治措施有著良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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