煤矿采空区地质特点研究

李宗华

摘 要：伴随着我国经济技术的全面发展，我国的煤炭开采行业也取得了非常大的发展。在我国煤炭开采的过程中，会面临非常多的问题，其中较为重要的一个问题就是煤矿开采过程中的煤层稳定性问题研究。如果在煤矿开采的过程中没有对开采区的煤层稳定性进行认真的勘探以及研究，就会导致严重的煤矿开采安全事故，因此文章主要针对煤矿空采区的地质特点进行详细的分析以及阐述，希望通过文章的阐述能够为我国煤矿采空区的地质特点分析贡献一份力量，同时也为我国煤矿行业的进一步提升贡献力量。

关键词：煤矿；地质特点；采空区；煤层

中图分类号：TD82 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）36-0165-02

在我国煤矿开采的过程中，针对煤层稳定性的研究目前还是处在一种定性的研究阶段，煤层稳定性的定量研究虽然在我国的煤矿开采过程中有一定的研究，但是取得的成果还没有一个相对统一的标准来对煤层稳定性作出数量依据。煤层的稳定性问题在普通煤层中的研究还没有完全得到解决，在煤矿采空区就更加的困难。煤矿的采空区在结构上更加的复杂，因此作出定量的煤层稳定性分析也是非常困难的。目前在我国煤矿开采的过程中由于采空区造成的一系列问题显得尤为突出，我国很多的区域都存在采空区，同时大多数的采空区没有得到及时的处理，这样就为我国煤矿建设带来了严重的安全隐患，我们需要有针对性的策略来应对这一问题，保障建设工程的安全。

大多数的煤矿开采工作结束之后，都会留下大量的地下采空区。煤矿采空区的出现会导致严重的安全问题。首先是采空区会出现地面下沉的问题，其次是采空区会出现地面裂缝以及民用耕地损坏问题，最后是采空区对于地面上的建筑工程也是一种非常严重的安全隐患。采空区同时对周边的生态环境也存在一定的破坏能力。目前我国对煤矿采空区的研究主要有两种方式，首先是通过对以前文献资料的相关查询，其次是对煤矿采空区进行钻探研究，但是目前这两种方式对于煤矿采空区的确切位置以及确切形态都没有一个非常明确和科学的判断。目前我国很多的地质学家都在对煤矿采空区的相关问题进行勘探和研究，并且在一定程度上取得了成果。根据目前最先进的勘探技术，我国煤炭采空区的勘探研究主要有三种方法，首先是采用顺变电磁的方法来进行煤矿采空区的地质研究，其次是采用浅层地震的方法来进行煤矿采空区地质研究，最后是采用高密度电法对煤矿采空区进行地质研究。在实际的煤矿采空区地质研究勘察过程中，可以根据不同的地质情况进行相应的勘探方法应用，很多时候都是三种方法相互合作应用来对煤矿的采空区进行地质勘察。同时在我国的采空区勘察的过程中，还有物探法，CT法以及地质雷达法等多种方法，但是这些方法在主流的采空区地质勘察中使用的并不是非常多，取得的效果也在验证的过程中。

在煤矿采空区的地质特点勘探研究过程中，能否取得满意的勘探结果，主要取决于煤矿地质的实际条件。煤矿的地质条件在勘探的過程中主要分为两种，首先是表层的煤矿地质条件，其次是深部煤矿地质条件。在勘探的过程中，不同的地质条件对于勘探的结果也有非常大的影响，同时不同地段的勘探区域，对于地质勘探的结果也有非常大的影响。因此我们在煤炭采空区地质特点勘察的过程中要认真的分析现场的地质条件，通过分析现场的具体地质条件来进行相应的勘探，这样的勘察结果较为准确。

对于煤矿采空区来讲，表面地质条件主要包含了两个问题，首先是采空区的地形条件，其次是采空区的地表分化条件等。这些表面地质条件对于采空区的地质勘察来讲非常的重要，在勘察的过程中不同的地质条件对于地质勘察的动力学会产生非常大的影响，更为严重的是会影响地质的剖面精度。在煤矿开采的过程中，煤炭储量的不断降低会导致煤矿采空区的出现，煤矿采空区的出现在很大程度上能够影响周边地质的平衡性，让原有的地质平衡受到破坏，针对这样的破坏问题，我们根据采空区的岩石变形以及破坏程度可以分为三种情况。首先是采空区导致的原地质塑性挤出变形破坏，其次是采空区导致的原地质膨胀内鼓变形破坏，最后是采空区导致的重力塌陷变形破坏，这三种破坏形式都非常严重，其中重力塌陷破坏最为严重。采空区的地质为了有效的平衡应力，会逐渐的转移地质岩体，通过地质岩体的移动来改善该地区的地质平衡问题。因此通过相互之间的岩石移动，采空区会出现局部空腔或者是局部填充的情况，这是煤矿采空区的一个主要的地质特点。

在煤矿采空区中，回采空间的存在会导致采空区周边存在一定的应力集中情况，而且根据实际的勘察能够发现，这种应力集中能够有效的将应力传递至底板的深处。在煤矿采空区岩层变化的主要形式有三种，首先是煤矿采空区上方的岩石塌落。在煤矿开采的过程中由于煤层的开采，导致煤矿采空区的上层岩石在外重力的影响下，出现一定的变化，一旦外在重力超出了岩石的受力强度极限，就会导致采空区岩石的塌陷和破裂问题的出现。其次是煤矿采空区上覆岩层出现裂缝和间隙。这种情况由于岩石的结构没有受到根本性的破坏，也没有遭受连续性的破坏，因此煤矿采空区上覆的岩层不会出现塌陷和脱落的情况，但是会出现裂缝以及间隙，这种地质特点也是有一定的安全隐患的，我们在实际的勘探过程中，也要给予重视。最后是煤矿采空区上覆岩石出现的弯曲情况。这种情况的出现主要是因为煤矿开采的过程中开采直径或者是开采范围较小，但是开采的深度较大造成的。这种情况的出现会导致煤矿采空区出现一定程度上的移动，但是这种移动不会对地表造成严重的影响。但是需要注意的是当煤矿开采的过程中，出现开采区域较大同时开采深度较深的情况，就会导致煤矿采空区的移动危及地表，造成较为严重的安全问题。这样的情况会造成地表下沉，地表下沉过程中影响的范围在地质学中称为下沉盆地，在煤矿开采区成为塌陷区。一旦出现煤矿开采区间足够大的情况，即使再坚硬的岩石都有可能受到应力的影响出现裂缝或者脱落问题。当煤矿开采完毕，形成的采空区会出现严重的地质问题，同采空区较为临近的地质就会受到严重的地质平衡破坏，这一区域的岩石会出现移动和脱落问题，在岩石移动或者脱落的过程中，岩石之间的应力会相互转移，造成大面积的岩石塌陷问题出现。一旦出现了大面积的岩石塌陷问题，采空区的一部分空间会被塌陷的岩石填充，这样就会造成更为严重的地质平衡破坏问题，只有采空区的塌陷区间被填满之后，地质平衡才能够有效的回升，逐渐的回复地质平衡。在这一过程中，由于采空区的上层岩石移动变形，会改变个别地质的性质，我们根据实际情况可以分为三个区带。首先是采空区的地质冒落带，这一区间主要是指采取空上部的岩石由于重力的影响导致的破碎，堆积以及冒落而形成的一个地质区段，这一区段的范围主要是根据采空区使用的采矿方法以及岩石的膨胀特性决定；其次是采空区的地质裂隙带，这一区段主要是指在采空区冒落带上方同采空区连接的一个区段，这一区段的地质岩石虽然受到了一定程度的破坏，但是没有受到连续性的破坏，因此这一区段相较于冒落段相对稳定。这一区段由于受到了较大的外加应力，因此会出现一定程度的变形，弯曲变形的存在也会造成地质结构的改变，能够在很大程度上影响地质岩石的结构强度。最后是采空区的弯曲带。这一区段主要是指裂隙岩石到表面之间的间段。伴随着煤矿采空区的采矿空间不断加大，采空区的上层覆盖岩石会受到一定程度上的破坏和强度减弱，同时在这一区段，岩石裂缝会逐渐的消失，造成大面积的岩石变形和移动，但是这一区间的岩石还是一种原始的岩石结构状态，结构上并没有受到太大的破坏，这时会出现一系列平稳的移动和变形。

由于采空区的存在，会产生二次应力场而导致了采空区上覆岩层塌陷，使得地表产生移动和变形，当煤层为倾斜煤层时，地表呈现严重的非连续性破坏产生松脱地压，往往出现漏斗状塌陷坑，当开采倾斜和急倾斜矿层时，存在以下几种移动形式：（1）垮落岩石下滑矿层采出后，为采空区上覆岩块所充填。如果矿层倾角较大，上部垮落的岩石下滑充填下部采空区。垮落岩石下滑后，其上部岩石失去支撑而垮落，造成垮落和裂隙向上发展。（2）岩石沿层理方向滑移，在岩层倾斜的情况下，由于自重方向不与岩层层面垂直，在自重作用下，岩体除发生垂直于层理面方向的弯曲外，还产生沿层理面方向的顺层滑移。（3）底板岩石隆起，当地表岩石软弱且倾角较大时，在矿体采出后，周围岩体应力平衡条件发生了变化，采空区多以残留杂物和空洞构成，地下水作用十分强烈，使其力学性能降低。采空区引起的严重问题已经引起国家高度重视，治理工作正在全面展开。

参考文献：

[1]贺斌，朱朦.煤炭地质勘查中的综合勘察技术分析[J].科技与企业，2014（9）：193.

[2]武有为.采空区治理技术与实践[J].能源与节能，2016（7）：127-128.

[3]刘国谋.水文地质工程中示踪技术应用分析[J].创新科技，2013（6）：23.

[4]温建东.煤矿井下矿井水本安化防御体系研究及应用[D].电子科技大学，2013.（2）：33-34.

[5]周维刚.煤田采空区地质构造复杂程度及储量的分类[J].科技风，2010（7）：55-56.endprint