矿山采空区岩土工程勘察方法与工程处置

马瑛娥

（甘肃煤田地质局一四六队，甘肃 平凉 744000）

近年来，人们对资源的需求与日俱增，人们开采的矿产资源也日益增多，因此在地下形成了越来越多的采空区。采出矿石后，地下岩体的平衡状态被打破导致岩体变形，产生地表变形，进而导致土地工程问题现象的发生。采空区不仅给生活在矿区居民带来不便，还给未来建筑在矿区的工程带来隐患。因此，研究矿山采空区岩土工程勘察方法与工程处置有着深远的实际意义。

1 采空区勘察工作流程研究

采空区的地质结构与其他建筑用地不同，它的安全更需要人们的重视。采矿作业结束后，岩土历经长期的沉淀，采空区基本能达到相对稳定的状态，但实际调查显示，采空区内的岩土即使经过长期的压实但还是难以避免内部留有离层、空隙和不稳定的岩体结构，采空区的覆岩结构根据不同的采矿方式、管理顶板的方法、矿洞大小等有不同的差别。勘察采空区时主要勘察老矿洞的分布、矿洞充水状况、断层情况、残余巷道、周围地质等内容。

一般情况，采空区岩土工程勘察分为预备工作、大概设计、正式施工设计三个阶段，具体如图1所示。勘察的方式和重点根据进行阶段的不同而改变。

图1 勘察流程图

预备工作阶段。预备工作的重点是搜集资料，因此勘察的第一步要进行调查访问，充分了解采空区的实际情况。如开采工程的设计图、矿洞前后对比图、钻洞柱形图等。而对于大矿洞而言，还要了解矿洞沉降情况，以掌握此矿的开采方法、采矿时间、采矿厚度及顶板底板岩石情况等，然后绘制路线共2000米，比例尺为1：15000的勘察地质图，进而对采空区内的离层情况、洞内塌陷的规模进行详细地了解[1]。按照矿洞内岩石的移动冒落所导致的岩土的变形、岩群的塌陷等特点，对采空范围做出预测，并对将要建筑的设施、公路等的影响程度进行充分地了解。

大概设计阶段。这一阶段的工作重点是对第一步工作收集的矿洞资料经行补充、细化，使资料更具体可靠，并通过物理探测法对矿洞情况的处理做出大概预算。

正式施工设计阶段。这一阶段需要进一步精确数据，采用钻探方法对矿洞的高度、范围进行测量，确定矿洞的沉降岩体量，对施工做出具体的计划。

2 采空区勘察方法研究

物理探测法。物理探测法有三种：大地电磁测探法(MT)、时间域电磁法(TEM)、高密度电阻率法。MT一般用在浅部探察，探查深度不超过一千米。它是测量出电力场正交分量和磁力场正交分量，进而经过计算得出地质介质的电视阻率，最后判断岩体结构是否正常。TEM是通过激发特殊的电磁波，同时用电线往地表下方一次发出脉冲磁场，通过脉冲磁场来回的时间可以测出地下岩体发出的二次感应场，从而探测出不同地质的介电阻率。高密度电阻率法主要运用的是静电场性质，利用不同的地质电性差别的原理，这种勘察方法既有电力剖面功能，还有电力测深功能。

钻岩探测法。利用钻透地表岩石的方法，在地表上就能够调查清楚矿洞的规模大小及分布情况，可以利用钻岩力学实践测试矿洞岩石的坚硬程度。

钻孔彩电探测法。钻孔彩电系统主要由探测头绞车控制架、电线、控制操作器、数据记录器等组成。这种测量方法主要是了解矿洞覆岩的损毁情况。

不同的勘测方法有不同的基本原理和中心思想，如电力场磁力场原理、电磁波原理、反射波原理、波阻抗差思想、时间差思想等，所以测量重点也各不相同。重力探测法是利用开采过的地区重力的不同来判断矿洞的大小和位置边界，同时也能判断内部的充水状况；电力探测法应用范围大，功能齐全，它可以检测空洞、缝隙的分布及填充后的效果；磁力探测法可以分析大地的具体结构，采空区内的接触地质、断裂地质、破碎地质、基底及覆岩情况都能探测清楚[2]。总而言之，现在采空区的勘探方法有很多，但每种方法都各有优劣，矿洞采空区的处理是一项结构复杂的隐蔽工程，在实际操作中可根据具体情况选择勘探方法，必要时也可在地面添加变形监测。

3 采空区工程处置方法研究

（1）管道填充。管道资源填充是模仿水资源的运输方式，利用管道把填充矿洞的材料送到采空区的一种填补空洞的办法。这种填充办法对填充材料有一定的要求，不能用颗粒直径过大的材料，否则容易堵塞管道；同时，填充材料也不能太细，遇水之后不能立刻出现沉淀、塌陷，因此满足条件的山砂石、河砂石、小卵石、工业碎石等常用作管道填充的材料。管道填充法在多地的采空区被应用，成功解决了个别采矿问题。

（2）风力资源填充。风力资源填充是利用压缩空气而带来的风压来实施填充。先利用垂直管道把填充材料送到矿洞里存放起来，后再用输送机将材料送进风力资源填充机，利用机器产生的风压还有管道将填充材料送到采空区进行填埋。风力资源填充法要用到空压机、风力资源填充机、供水管道和填充管道等设备。

（3）半固体填充。一般多采用全砂体的工业残渣做原材料，如高温水淬矿渣、高炉煤渣、钢铁残渣，然后适量添加化学粘合剂和天然砂石等，经过研磨、搅拌做成粉状质地的填充材料。这种方法能够实现废物利用，成本较低，对较粘的岩土和工业残渣等有良好的粘固作用。用粘性高的砂土材料作粘结剂，工业残渣或河沙做填充材料，然后再添加适量的细砂，做成固体物占75%左右的半固体。运用制成的半固体材料填充有以下优点:这种材料流动性较大，容易填充，又因为材料细腻，可以充分填充，是现在采空区理想的填充方法。

（4）粉质煤矿灰填充。资料显示，我国山东的某个矿区进行了浓度高的粉质煤矿灰结胶填充边采边充的尝试，这是我国第一次用此方法进行填充。解决了粉质填充物流动消失、遇水流化、挤压塌陷等难以解决的重要技术问题，粉质煤矿灰的填充范围比砂石高出一半，且不会堵塞管道。

4 结语

随着我国社会经济和科技的进步，矿石的开采技术也日新月异，虽然工业化生产和人民日常生活都离不开矿产资源，但矿物的开采也带来了很多不好的影响，特别是环境方面。现在，由于使用土地紧张，大量的采空区需要重新利用，所以如何在安全的前提下有效利用采空区是研究努力的方向。

[1]陈海波.论采空区架空进电线路岩土工程勘测[J].电力勘测设计,2017,07(1):33-36.

[2]杨新亮.煤矿采空区勘察及处理工程实例[J].广东公路交通,2006,09(1):26-29.