礦山采空區(qū)巖土工程勘察方法與工程處置

馬瑛娥

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)，甘肅 平?jīng)?744000）

近年來(lái)，人們對(duì)資源的需求與日俱增，人們開采的礦產(chǎn)資源也日益增多，因此在地下形成了越來(lái)越多的采空區(qū)。采出礦石后，地下巖體的平衡狀態(tài)被打破導(dǎo)致巖體變形，產(chǎn)生地表變形，進(jìn)而導(dǎo)致土地工程問(wèn)題現(xiàn)象的發(fā)生。采空區(qū)不僅給生活在礦區(qū)居民帶來(lái)不便，還給未來(lái)建筑在礦區(qū)的工程帶來(lái)隱患。因此，研究礦山采空區(qū)巖土工程勘察方法與工程處置有著深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。

1 采空區(qū)勘察工作流程研究

采空區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他建筑用地不同，它的安全更需要人們的重視。采礦作業(yè)結(jié)束后，巖土歷經(jīng)長(zhǎng)期的沉淀，采空區(qū)基本能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但實(shí)際調(diào)查顯示，采空區(qū)內(nèi)的巖土即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的壓實(shí)但還是難以避免內(nèi)部留有離層、空隙和不穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)，采空區(qū)的覆巖結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的采礦方式、管理頂板的方法、礦洞大小等有不同的差別?？辈觳煽諈^(qū)時(shí)主要勘察老礦洞的分布、礦洞充水狀況、斷層情況、殘余巷道、周圍地質(zhì)等內(nèi)容。

一般情況，采空區(qū)巖土工程勘察分為預(yù)備工作、大概設(shè)計(jì)、正式施工設(shè)計(jì)三個(gè)階段，具體如圖1所示?？辈斓姆绞胶椭攸c(diǎn)根據(jù)進(jìn)行階段的不同而改變。

圖1 勘察流程圖

預(yù)備工作階段。預(yù)備工作的重點(diǎn)是搜集資料，因此勘察的第一步要進(jìn)行調(diào)查訪問(wèn)，充分了解采空區(qū)的實(shí)際情況。如開采工程的設(shè)計(jì)圖、礦洞前后對(duì)比圖、鉆洞柱形圖等。而對(duì)于大礦洞而言，還要了解礦洞沉降情況，以掌握此礦的開采方法、采礦時(shí)間、采礦厚度及頂板底板巖石情況等，然后繪制路線共2000米，比例尺為1：15000的勘察地質(zhì)圖，進(jìn)而對(duì)采空區(qū)內(nèi)的離層情況、洞內(nèi)塌陷的規(guī)模進(jìn)行詳細(xì)地了解[1]。按照礦洞內(nèi)巖石的移動(dòng)冒落所導(dǎo)致的巖土的變形、巖群的塌陷等特點(diǎn)，對(duì)采空范圍做出預(yù)測(cè)，并對(duì)將要建筑的設(shè)施、公路等的影響程度進(jìn)行充分地了解。

大概設(shè)計(jì)階段。這一階段的工作重點(diǎn)是對(duì)第一步工作收集的礦洞資料經(jīng)行補(bǔ)充、細(xì)化，使資料更具體可靠，并通過(guò)物理探測(cè)法對(duì)礦洞情況的處理做出大概預(yù)算。

正式施工設(shè)計(jì)階段。這一階段需要進(jìn)一步精確數(shù)據(jù)，采用鉆探方法對(duì)礦洞的高度、范圍進(jìn)行測(cè)量，確定礦洞的沉降巖體量，對(duì)施工做出具體的計(jì)劃。

2 采空區(qū)勘察方法研究

物理探測(cè)法。物理探測(cè)法有三種：大地電磁測(cè)探法(MT)、時(shí)間域電磁法(TEM)、高密度電阻率法。MT一般用在淺部探察，探查深度不超過(guò)一千米。它是測(cè)量出電力場(chǎng)正交分量和磁力場(chǎng)正交分量，進(jìn)而經(jīng)過(guò)計(jì)算得出地質(zhì)介質(zhì)的電視阻率，最后判斷巖體結(jié)構(gòu)是否正常。TEM是通過(guò)激發(fā)特殊的電磁波，同時(shí)用電線往地表下方一次發(fā)出脈沖磁場(chǎng)，通過(guò)脈沖磁場(chǎng)來(lái)回的時(shí)間可以測(cè)出地下巖體發(fā)出的二次感應(yīng)場(chǎng)，從而探測(cè)出不同地質(zhì)的介電阻率。高密度電阻率法主要運(yùn)用的是靜電場(chǎng)性質(zhì)，利用不同的地質(zhì)電性差別的原理，這種勘察方法既有電力剖面功能，還有電力測(cè)深功能。

鉆巖探測(cè)法。利用鉆透地表巖石的方法，在地表上就能夠調(diào)查清楚礦洞的規(guī)模大小及分布情況，可以利用鉆巖力學(xué)實(shí)踐測(cè)試礦洞巖石的堅(jiān)硬程度。

鉆孔彩電探測(cè)法。鉆孔彩電系統(tǒng)主要由探測(cè)頭絞車控制架、電線、控制操作器、數(shù)據(jù)記錄器等組成。這種測(cè)量方法主要是了解礦洞覆巖的損毀情況。

不同的勘測(cè)方法有不同的基本原理和中心思想，如電力場(chǎng)磁力場(chǎng)原理、電磁波原理、反射波原理、波阻抗差思想、時(shí)間差思想等，所以測(cè)量重點(diǎn)也各不相同。重力探測(cè)法是利用開采過(guò)的地區(qū)重力的不同來(lái)判斷礦洞的大小和位置邊界，同時(shí)也能判斷內(nèi)部的充水狀況；電力探測(cè)法應(yīng)用范圍大，功能齊全，它可以檢測(cè)空洞、縫隙的分布及填充后的效果；磁力探測(cè)法可以分析大地的具體結(jié)構(gòu)，采空區(qū)內(nèi)的接觸地質(zhì)、斷裂地質(zhì)、破碎地質(zhì)、基底及覆巖情況都能探測(cè)清楚[2]。總而言之，現(xiàn)在采空區(qū)的勘探方法有很多，但每種方法都各有優(yōu)劣，礦洞采空區(qū)的處理是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的隱蔽工程，在實(shí)際操作中可根據(jù)具體情況選擇勘探方法，必要時(shí)也可在地面添加變形監(jiān)測(cè)。

3 采空區(qū)工程處置方法研究

（1）管道填充。管道資源填充是模仿水資源的運(yùn)輸方式，利用管道把填充礦洞的材料送到采空區(qū)的一種填補(bǔ)空洞的辦法。這種填充辦法對(duì)填充材料有一定的要求，不能用顆粒直徑過(guò)大的材料，否則容易堵塞管道；同時(shí)，填充材料也不能太細(xì)，遇水之后不能立刻出現(xiàn)沉淀、塌陷，因此滿足條件的山砂石、河砂石、小卵石、工業(yè)碎石等常用作管道填充的材料。管道填充法在多地的采空區(qū)被應(yīng)用，成功解決了個(gè)別采礦問(wèn)題。

（2）風(fēng)力資源填充。風(fēng)力資源填充是利用壓縮空氣而帶來(lái)的風(fēng)壓來(lái)實(shí)施填充。先利用垂直管道把填充材料送到礦洞里存放起來(lái)，后再用輸送機(jī)將材料送進(jìn)風(fēng)力資源填充機(jī)，利用機(jī)器產(chǎn)生的風(fēng)壓還有管道將填充材料送到采空區(qū)進(jìn)行填埋。風(fēng)力資源填充法要用到空壓機(jī)、風(fēng)力資源填充機(jī)、供水管道和填充管道等設(shè)備。

（3）半固體填充。一般多采用全砂體的工業(yè)殘?jiān)鲈牧?，如高溫水淬礦渣、高爐煤渣、鋼鐵殘?jiān)缓筮m量添加化學(xué)粘合劑和天然砂石等，經(jīng)過(guò)研磨、攪拌做成粉狀質(zhì)地的填充材料。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)廢物利用，成本較低，對(duì)較粘的巖土和工業(yè)殘?jiān)扔辛己玫恼彻套饔?。用粘性高的砂土材料作粘結(jié)劑，工業(yè)殘?jiān)蚝由匙鎏畛洳牧希缓笤偬砑舆m量的細(xì)砂，做成固體物占75%左右的半固體。運(yùn)用制成的半固體材料填充有以下優(yōu)點(diǎn):這種材料流動(dòng)性較大，容易填充，又因?yàn)椴牧霞?xì)膩，可以充分填充，是現(xiàn)在采空區(qū)理想的填充方法。

（4）粉質(zhì)煤礦灰填充。資料顯示，我國(guó)山東的某個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了濃度高的粉質(zhì)煤礦灰結(jié)膠填充邊采邊充的嘗試，這是我國(guó)第一次用此方法進(jìn)行填充。解決了粉質(zhì)填充物流動(dòng)消失、遇水流化、擠壓塌陷等難以解決的重要技術(shù)問(wèn)題，粉質(zhì)煤礦灰的填充范圍比砂石高出一半，且不會(huì)堵塞管道。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，礦石的開采技術(shù)也日新月異，雖然工業(yè)化生產(chǎn)和人民日常生活都離不開礦產(chǎn)資源，但礦物的開采也帶來(lái)了很多不好的影響，特別是環(huán)境方面。現(xiàn)在，由于使用土地緊張，大量的采空區(qū)需要重新利用，所以如何在安全的前提下有效利用采空區(qū)是研究努力的方向。

[1]陳海波.論采空區(qū)架空進(jìn)電線路巖土工程勘測(cè)[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2017,07(1):33-36.

[2]楊新亮.煤礦采空區(qū)勘察及處理工程實(shí)例[J].廣東公路交通,2006,09(1):26-29.