礦山采空區巖土工程勘察方法與工程處置

馬瑛娥

（甘肅煤田地質局一四六隊，甘肅 平涼 744000）

近年來，人們對資源的需求與日俱增，人們開采的礦產資源也日益增多，因此在地下形成了越來越多的采空區。采出礦石后，地下巖體的平衡狀態被打破導致巖體變形，產生地表變形，進而導致土地工程問題現象的發生。采空區不僅給生活在礦區居民帶來不便，還給未來建筑在礦區的工程帶來隱患。因此，研究礦山采空區巖土工程勘察方法與工程處置有著深遠的實際意義。

1 采空區勘察工作流程研究

采空區的地質結構與其他建筑用地不同，它的安全更需要人們的重視。采礦作業結束后，巖土歷經長期的沉淀，采空區基本能達到相對穩定的狀態，但實際調查顯示，采空區內的巖土即使經過長期的壓實但還是難以避免內部留有離層、空隙和不穩定的巖體結構，采空區的覆巖結構根據不同的采礦方式、管理頂板的方法、礦洞大小等有不同的差別。勘察采空區時主要勘察老礦洞的分布、礦洞充水狀況、斷層情況、殘余巷道、周圍地質等內容。

一般情況，采空區巖土工程勘察分為預備工作、大概設計、正式施工設計三個階段，具體如圖1所示。勘察的方式和重點根據進行階段的不同而改變。

圖1 勘察流程圖

預備工作階段。預備工作的重點是搜集資料，因此勘察的第一步要進行調查訪問，充分了解采空區的實際情況。如開采工程的設計圖、礦洞前后對比圖、鉆洞柱形圖等。而對于大礦洞而言，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的勘察地質圖，進而對采空區內的離層情況、洞內塌陷的規模進行詳細地了解[1]。按照礦洞內巖石的移動冒落所導致的巖土的變形、巖群的塌陷等特點，對采空范圍做出預測，并對將要建筑的設施、公路等的影響程度進行充分地了解。

大概設計階段。這一階段的工作重點是對第一步工作收集的礦洞資料經行補充、細化，使資料更具體可靠，并通過物理探測法對礦洞情況的處理做出大概預算。

正式施工設計階段。這一階段需要進一步精確數據，采用鉆探方法對礦洞的高度、范圍進行測量，確定礦洞的沉降巖體量，對施工做出具體的計劃。

2 采空區勘察方法研究

物理探測法。物理探測法有三種：大地電磁測探法(MT)、時間域電磁法(TEM)、高密度電阻率法。MT一般用在淺部探察，探查深度不超過一千米。它是測量出電力場正交分量和磁力場正交分量，進而經過計算得出地質介質的電視阻率，最后判斷巖體結構是否正常。TEM是通過激發特殊的電磁波，同時用電線往地表下方一次發出脈沖磁場，通過脈沖磁場來回的時間可以測出地下巖體發出的二次感應場，從而探測出不同地質的介電阻率。高密度電阻率法主要運用的是靜電場性質，利用不同的地質電性差別的原理，這種勘察方法既有電力剖面功能，還有電力測深功能。

鉆巖探測法。利用鉆透地表巖石的方法，在地表上就能夠調查清楚礦洞的規模大小及分布情況，可以利用鉆巖力學實踐測試礦洞巖石的堅硬程度。

鉆孔彩電探測法。鉆孔彩電系統主要由探測頭絞車控制架、電線、控制操作器、數據記錄器等組成。這種測量方法主要是了解礦洞覆巖的損毀情況。

不同的勘測方法有不同的基本原理和中心思想，如電力場磁力場原理、電磁波原理、反射波原理、波阻抗差思想、時間差思想等，所以測量重點也各不相同。重力探測法是利用開采過的地區重力的不同來判斷礦洞的大小和位置邊界，同時也能判斷內部的充水狀況；電力探測法應用范圍大，功能齊全，它可以檢測空洞、縫隙的分布及填充后的效果；磁力探測法可以分析大地的具體結構，采空區內的接觸地質、斷裂地質、破碎地質、基底及覆巖情況都能探測清楚[2]。總而言之，現在采空區的勘探方法有很多，但每種方法都各有優劣，礦洞采空區的處理是一項結構復雜的隱蔽工程，在實際操作中可根據具體情況選擇勘探方法，必要時也可在地面添加變形監測。

3 采空區工程處置方法研究

（1）管道填充。管道資源填充是模仿水資源的運輸方式，利用管道把填充礦洞的材料送到采空區的一種填補空洞的辦法。這種填充辦法對填充材料有一定的要求，不能用顆粒直徑過大的材料，否則容易堵塞管道；同時，填充材料也不能太細，遇水之后不能立刻出現沉淀、塌陷，因此滿足條件的山砂石、河砂石、小卵石、工業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被應用，成功解決了個別采礦問題。

（2）風力資源填充。風力資源填充是利用壓縮空氣而帶來的風壓來實施填充。先利用垂直管道把填充材料送到礦洞里存放起來，后再用輸送機將材料送進風力資源填充機，利用機器產生的風壓還有管道將填充材料送到采空區進行填埋。風力資源填充法要用到空壓機、風力資源填充機、供水管道和填充管道等設備。

（3）半固體填充。一般多采用全砂體的工業殘渣做原材料，如高溫水淬礦渣、高爐煤渣、鋼鐵殘渣，然后適量添加化學粘合劑和天然砂石等，經過研磨、攪拌做成粉狀質地的填充材料。這種方法能夠實現廢物利用，成本較低，對較粘的巖土和工業殘渣等有良好的粘固作用。用粘性高的砂土材料作粘結劑，工業殘渣或河沙做填充材料，然后再添加適量的細砂，做成固體物占75%左右的半固體。運用制成的半固體材料填充有以下優點:這種材料流動性較大，容易填充，又因為材料細膩，可以充分填充，是現在采空區理想的填充方法。

（4）粉質煤礦灰填充。資料顯示，我國山東的某個礦區進行了濃度高的粉質煤礦灰結膠填充邊采邊充的嘗試，這是我國第一次用此方法進行填充。解決了粉質填充物流動消失、遇水流化、擠壓塌陷等難以解決的重要技術問題，粉質煤礦灰的填充范圍比砂石高出一半，且不會堵塞管道。

4 結語

隨著我國社會經濟和科技的進步，礦石的開采技術也日新月異，雖然工業化生產和人民日常生活都離不開礦產資源，但礦物的開采也帶來了很多不好的影響，特別是環境方面。現在，由于使用土地緊張，大量的采空區需要重新利用，所以如何在安全的前提下有效利用采空區是研究努力的方向。

[1]陳海波.論采空區架空進電線路巖土工程勘測[J].電力勘測設計,2017,07(1):33-36.

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