煤矿采空区地质灾害分析及治理

薛海峰

（河南省地质环境勘查院，河南 郑州 450051）

1 我国煤矿采空区的地质现状

1.1 关于我国煤矿采空区的简单介绍

我国是一个资源丰富的发展中国家，煤炭资源相对充沛，且分布范围相对较广，但同时也存在着煤矿采空区地质灾害不断的等方面的问题，而煤矿采空区最易发生地质灾害，给附近居民的生活和安全带来了较大的威胁。目前。我国煤矿采空区面积较大的地区有江苏省、陕西省神木县以及山西省等地区，其中江苏省富有煤矿200多座，但其平均每采1×104t煤就会造成地面沉陷2670m2，地面沉陷面积非常大；山西省作为我国有名的采煤大省，在其全省15万km2的土地面积中居然有高达3万km2的采空区；陕西省神木县煤矿采空区的塌陷面积居然高达56 km2。不同的煤矿煤层埋深不同，其中我国煤层最大埋深高达1000 m，煤层开采的厚度通常居于1.0～4.0m，而正是这些差异决定了其采空区之间也存在着很多不同之处。

1.2 采空区覆岩层情况分析

煤炭的开采活动必然会破坏煤层的内部平衡应力状态，因此采空区也会发生岩体应力的变化，此时地层会因接收到新的应力特征而进行新的位移，再加上上覆岩层的重力作用，采空区会向下移动并变形，长此以往，土地将会无法承受采空区的移动变形进而引发地表塌陷。覆岩层从下到上分为冒落带、裂隙带和弯曲带。冒落带有着可压缩性、分带性和碎胀性等特点，它位于采空区上方的顶班岩层，在这一层，上覆岩体完全垮落，进而对顶板再生产生了不利的影响，同时它也是造成冒落岩块不能隔水的主要原因。裂隙带是煤矿开采中的裂隙发育带，它位于弯曲带与冒落带之间，它具有较好的透水性，由于底部受拉它以一种层状结构出现，且层与层之间容易出现离层现象。弯曲带位于裂隙带以上、地表以下，它的透水性较差。

1.3 采空区地表变形的特点分析

不同的煤矿其采空区地质特点也不一样，进而使得它们之间的地表变形特征也不同。小型煤窑采空区的地表变形表现为塌陷坑和裂缝等特征，但并不会出现移动盆地。而大中型煤矿采空区的地表变形则主要表现为台阶状塌陷盆地、地表移动盆地出现、塌陷坑和地表裂缝等特征。

首先，地表移动盆地。地表移动盆地通常发生于采深大于采厚30倍的情况下，在此种情况下岩层会发生移动现象，或者发生弯曲和塌落现象。地表移动盆地的范围比采空区的范围要大很多，且盆地中心的方向会随着矿层倾角的逐渐变大而越来越向倾向方向偏移。

其次，地表裂缝。受到不同深度、宽度和土质特点的影响，移动盆地的外边缘区地表有出现裂缝的可能，比如，对于塑性小的砂质粘土，在其地表拉伸变形至2～3mm/m之间的时候，可能会出现裂缝。而针对塑性大的黏性土，地表裂缝通常出现于地表拉伸变形达到6～10 mm/m的情况下。

第三，台阶状塌陷盆地。在采深、采厚之间的比值较大的时候，可能会导致塌陷盆地范围内中央部分平坦、边缘部分形成多级台阶。

第四，塌陷坑。在开采急倾斜煤层的时候通常有可能会出现塌陷坑，而在开采缓倾斜煤层的时候出现塌陷坑的几率较小，通常这种可能性只会发生一些特殊情况下。

2 煤矿采空区的治理

控制沉降潜力和充填采空区等方法是煤矿采空区地质灾害的有效治理方法。其中，局部支承法需要的技术难度较大，且需要耗费的成本也相对较高，而全部充填方法需要耗费的成本则较低，且对其材料质量的限制要求也相对较少，但如果采用此方法的话，则必须周边地区安设阻挡墙，但阻挡强通常并不会实现绝对的封闭，给周边的居民带来不便的影响。由此可见，在对煤矿采空区进行治理时要合理的筛选治理方法，要依据采空区的道路条件、地基条件及预算成本等条件对各治理方法进行仔细的衡量，其中注浆法是最常用的方法，以下将如何利用注浆法对煤矿采空区进行治理展开讨论。

2.1 科学选择注浆材料

若想成功的利用注浆法治理煤矿采空区，则要懂得科学的选择注浆材料，这是治理工作顺利开展的基础条件，因此，要选择那些流动性好、黏度低的材料，要重点考量材料能否准确地控制凝胶时间，同时还要仔细的考量材料的耐久性是否良好、其稳定性是否符合要求，关注进行固化处理时是否有收缩现象，观察其抗拉抗压强度是否合格。另外，在选择水泥的时候，要将抗硫酸盐水泥作为重点选择对象。而对于骨料的选择，则主要选用有机物含量低于3%、粒径小于2.5mm的矿渣、石屑或砂等材料。

2.2 注浆压力

由于受到多方面因素的影响，对于注浆压力的确定通常以公式P=Pb+［HcPc-HwPw］/100为依据。

2.3 合理布置钻孔

对于钻孔的布置要具体问题具体分析，针对采空区规模较大的，可通过在中轴线两侧设置斜孔的方式进行钻孔，而针对巷道则要依据具体情况布置1～2个钻孔。对规模较小的煤矿采空区，可通过勘查钻孔的方法进行注浆，在此基础上依据具体情况增加1～2个孔。

2.4 科学的注浆施工

注浆施工需要分两个步骤展开，首先对最外侧的两排帷幕孔进行施工，其次再对中间两排孔进行施工处理。在注浆工作开始以前，首先要用清水清洗钻孔，然后再调整注浆浆液的稠度，秉承先稀后稠的原则进行注浆，在注浆的过程中要注意连续注浆和间歇注浆的合理掌握，同时要保证注浆量在 50～70 L/min，当出现冒浆现象时注浆结束，而对于边缘帷幕孔则需注浆稳定30 min。

3 结语

综上所述，合理的开采能够为人类社会创造一定的价值，过度的开采会导致诸如滑坡、山体崩塌或者泥石流等地质灾害的出现，当矿山被采空时，地质灾害会频繁发生，进而给人们的人身安全甚至是生命安全造成很大的威胁。因此，我们一定要不断的探究煤矿采空区的治理新方法，比如，通过注浆法对煤矿采空区进行治理，要科学选择注浆材料，要选择那些流动性好、黏度低的材料；合理布置钻孔，具体问题具体分析；要科学的注浆施工。