煤礦采空區地質特點研究

李宗華

摘 要：伴隨著我國經濟技術的全面發展，我國的煤炭開采行業也取得了非常大的發展。在我國煤炭開采的過程中，會面臨非常多的問題，其中較為重要的一個問題就是煤礦開采過程中的煤層穩定性問題研究。如果在煤礦開采的過程中沒有對開采區的煤層穩定性進行認真的勘探以及研究，就會導致嚴重的煤礦開采安全事故，因此文章主要針對煤礦空采區的地質特點進行詳細的分析以及闡述，希望通過文章的闡述能夠為我國煤礦采空區的地質特點分析貢獻一份力量，同時也為我國煤礦行業的進一步提升貢獻力量。

關鍵詞：煤礦；地質特點；采空區；煤層

中圖分類號：TD82 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0165-02

在我國煤礦開采的過程中，針對煤層穩定性的研究目前還是處在一種定性的研究階段，煤層穩定性的定量研究雖然在我國的煤礦開采過程中有一定的研究，但是取得的成果還沒有一個相對統一的標準來對煤層穩定性作出數量依據。煤層的穩定性問題在普通煤層中的研究還沒有完全得到解決，在煤礦采空區就更加的困難。煤礦的采空區在結構上更加的復雜，因此作出定量的煤層穩定性分析也是非常困難的。目前在我國煤礦開采的過程中由于采空區造成的一系列問題顯得尤為突出，我國很多的區域都存在采空區，同時大多數的采空區沒有得到及時的處理，這樣就為我國煤礦建設帶來了嚴重的安全隱患，我們需要有針對性的策略來應對這一問題，保障建設工程的安全。

大多數的煤礦開采工作結束之后，都會留下大量的地下采空區。煤礦采空區的出現會導致嚴重的安全問題。首先是采空區會出現地面下沉的問題，其次是采空區會出現地面裂縫以及民用耕地損壞問題，最后是采空區對于地面上的建筑工程也是一種非常嚴重的安全隱患。采空區同時對周邊的生態環境也存在一定的破壞能力。目前我國對煤礦采空區的研究主要有兩種方式，首先是通過對以前文獻資料的相關查詢，其次是對煤礦采空區進行鉆探研究，但是目前這兩種方式對于煤礦采空區的確切位置以及確切形態都沒有一個非常明確和科學的判斷。目前我國很多的地質學家都在對煤礦采空區的相關問題進行勘探和研究，并且在一定程度上取得了成果。根據目前最先進的勘探技術，我國煤炭采空區的勘探研究主要有三種方法，首先是采用順變電磁的方法來進行煤礦采空區的地質研究，其次是采用淺層地震的方法來進行煤礦采空區地質研究，最后是采用高密度電法對煤礦采空區進行地質研究。在實際的煤礦采空區地質研究勘察過程中，可以根據不同的地質情況進行相應的勘探方法應用，很多時候都是三種方法相互合作應用來對煤礦的采空區進行地質勘察。同時在我國的采空區勘察的過程中，還有物探法，CT法以及地質雷達法等多種方法，但是這些方法在主流的采空區地質勘察中使用的并不是非常多，取得的效果也在驗證的過程中。

在煤礦采空區的地質特點勘探研究過程中，能否取得滿意的勘探結果，主要取決于煤礦地質的實際條件。煤礦的地質條件在勘探的過程中主要分為兩種，首先是表層的煤礦地質條件，其次是深部煤礦地質條件。在勘探的過程中，不同的地質條件對于勘探的結果也有非常大的影響，同時不同地段的勘探區域，對于地質勘探的結果也有非常大的影響。因此我們在煤炭采空區地質特點勘察的過程中要認真的分析現場的地質條件，通過分析現場的具體地質條件來進行相應的勘探，這樣的勘察結果較為準確。

對于煤礦采空區來講，表面地質條件主要包含了兩個問題，首先是采空區的地形條件，其次是采空區的地表分化條件等。這些表面地質條件對于采空區的地質勘察來講非常的重要，在勘察的過程中不同的地質條件對于地質勘察的動力學會產生非常大的影響，更為嚴重的是會影響地質的剖面精度。在煤礦開采的過程中，煤炭儲量的不斷降低會導致煤礦采空區的出現，煤礦采空區的出現在很大程度上能夠影響周邊地質的平衡性，讓原有的地質平衡受到破壞，針對這樣的破壞問題，我們根據采空區的巖石變形以及破壞程度可以分為三種情況。首先是采空區導致的原地質塑性擠出變形破壞，其次是采空區導致的原地質膨脹內鼓變形破壞，最后是采空區導致的重力塌陷變形破壞，這三種破壞形式都非常嚴重，其中重力塌陷破壞最為嚴重。采空區的地質為了有效的平衡應力，會逐漸的轉移地質巖體，通過地質巖體的移動來改善該地區的地質平衡問題。因此通過相互之間的巖石移動，采空區會出現局部空腔或者是局部填充的情況，這是煤礦采空區的一個主要的地質特點。

在煤礦采空區中，回采空間的存在會導致采空區周邊存在一定的應力集中情況，而且根據實際的勘察能夠發現，這種應力集中能夠有效的將應力傳遞至底板的深處。在煤礦采空區巖層變化的主要形式有三種，首先是煤礦采空區上方的巖石塌落。在煤礦開采的過程中由于煤層的開采，導致煤礦采空區的上層巖石在外重力的影響下，出現一定的變化，一旦外在重力超出了巖石的受力強度極限，就會導致采空區巖石的塌陷和破裂問題的出現。其次是煤礦采空區上覆巖層出現裂縫和間隙。這種情況由于巖石的結構沒有受到根本性的破壞，也沒有遭受連續性的破壞，因此煤礦采空區上覆的巖層不會出現塌陷和脫落的情況，但是會出現裂縫以及間隙，這種地質特點也是有一定的安全隱患的，我們在實際的勘探過程中，也要給予重視。最后是煤礦采空區上覆巖石出現的彎曲情況。這種情況的出現主要是因為煤礦開采的過程中開采直徑或者是開采范圍較小，但是開采的深度較大造成的。這種情況的出現會導致煤礦采空區出現一定程度上的移動，但是這種移動不會對地表造成嚴重的影響。但是需要注意的是當煤礦開采的過程中，出現開采區域較大同時開采深度較深的情況，就會導致煤礦采空區的移動危及地表，造成較為嚴重的安全問題。這樣的情況會造成地表下沉，地表下沉過程中影響的范圍在地質學中稱為下沉盆地，在煤礦開采區成為塌陷區。一旦出現煤礦開采區間足夠大的情況，即使再堅硬的巖石都有可能受到應力的影響出現裂縫或者脫落問題。當煤礦開采完畢，形成的采空區會出現嚴重的地質問題，同采空區較為臨近的地質就會受到嚴重的地質平衡破壞，這一區域的巖石會出現移動和脫落問題，在巖石移動或者脫落的過程中，巖石之間的應力會相互轉移，造成大面積的巖石塌陷問題出現。一旦出現了大面積的巖石塌陷問題，采空區的一部分空間會被塌陷的巖石填充，這樣就會造成更為嚴重的地質平衡破壞問題，只有采空區的塌陷區間被填滿之后，地質平衡才能夠有效的回升，逐漸的回復地質平衡。在這一過程中，由于采空區的上層巖石移動變形，會改變個別地質的性質，我們根據實際情況可以分為三個區帶。首先是采空區的地質冒落帶，這一區間主要是指采取空上部的巖石由于重力的影響導致的破碎，堆積以及冒落而形成的一個地質區段，這一區段的范圍主要是根據采空區使用的采礦方法以及巖石的膨脹特性決定；其次是采空區的地質裂隙帶，這一區段主要是指在采空區冒落帶上方同采空區連接的一個區段，這一區段的地質巖石雖然受到了一定程度的破壞，但是沒有受到連續性的破壞，因此這一區段相較于冒落段相對穩定。這一區段由于受到了較大的外加應力，因此會出現一定程度的變形，彎曲變形的存在也會造成地質結構的改變，能夠在很大程度上影響地質巖石的結構強度。最后是采空區的彎曲帶。這一區段主要是指裂隙巖石到表面之間的間段。伴隨著煤礦采空區的采礦空間不斷加大，采空區的上層覆蓋巖石會受到一定程度上的破壞和強度減弱，同時在這一區段，巖石裂縫會逐漸的消失，造成大面積的巖石變形和移動，但是這一區間的巖石還是一種原始的巖石結構狀態，結構上并沒有受到太大的破壞，這時會出現一系列平穩的移動和變形。

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。

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