摘要：煤層穩(wěn)定程度的研究，目前仍然主要是定性的描述，定量的研究雖有所發(fā)展，但還沒有形成統(tǒng)一的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)作為煤層穩(wěn)定程度的依據(jù)，采空區(qū)問題更加復(fù)雜，難以定量分析。在我國近年來由于煤礦采空區(qū)引起的問題日益嚴(yán)重，大多數(shù)礦山不同程度地存在著一些未處理的采空區(qū)，采空區(qū)是工程建設(shè)的一大隱患。

關(guān)鍵詞：煤礦；采空區(qū)；地質(zhì)特點(diǎn)

中圖分類號：P62文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在煤礦開采后，地下會留下采空區(qū)，采空區(qū)的垮塌會造成地面下沉、裂縫，毀壞耕地、建筑物等設(shè)施，破壞生態(tài)環(huán)境。地下采空區(qū)是工程建設(shè)的一大隱患，對其進(jìn)行高效、準(zhǔn)確勘察是很重要的工作。

煤層穩(wěn)定程度的研究，目前仍然主要是定性的描述，定量的研究雖有所發(fā)展，但還沒有形成統(tǒng)一的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)作為煤層穩(wěn)定程度的依據(jù)，采空區(qū)問題更加復(fù)雜，難以定量分析。在我國近年來由于煤礦采空區(qū)引起的問題日益嚴(yán)重，大多數(shù)礦山不同程度地存在著一些未處理的采空區(qū)，采空區(qū)是工程建設(shè)的一大隱患，但通過資料調(diào)查和鉆探無法查明采空區(qū)確切的形態(tài)和位置。近年來眾多物探工作者對采空區(qū)勘探進(jìn)行了研究，取得了很多實(shí)用性的成果。如運(yùn)用瞬變電磁、淺層地震、高密度電法相結(jié)合的綜合物探方法在煤礦采空區(qū)的勘探研究。也有部分專家學(xué)者對其它物探方法，如地質(zhì)雷達(dá)、CT法等方法對采空區(qū)中的勘探效果進(jìn)行了研究。

對于采空區(qū)的物探工作總體來講，還是處于經(jīng)驗(yàn)積累和理論研究階段，采空區(qū)的勘探研究還處于發(fā)展階段，勘探手段和理論均不甚完善。

在一個(gè)地區(qū)進(jìn)行勘探能否取得好的地質(zhì)勘探效果，在很大的程度上是取決于工程地質(zhì)條件。地震地質(zhì)條件一般分為兩類：表層地質(zhì)條件；深部地質(zhì)條件。不同地區(qū)的地震地質(zhì)條件通常是不相同的，就是同一個(gè)地區(qū)的不同地段，其地質(zhì)條件也常常是不同的。掌握、分析和解決復(fù)雜的地質(zhì)條件是勘探中的基礎(chǔ)工作。

表層地震地質(zhì)條件包括地形、地表風(fēng)化層的性質(zhì)等因素。它不僅影響地震勘探的激發(fā)和接受，而且影響地震波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特點(diǎn)，嚴(yán)重影響地震剖面的精度。地殼的風(fēng)化殼也稱為低速帶。它是由于受到長期風(fēng)吹、日曬、雨淋等地質(zhì)風(fēng)化作用而形成的，其巖石變得十分疏松。所以低速帶的特點(diǎn)是：低速帶一般是指不含水的風(fēng)化層，當(dāng)風(fēng)化層含飽和水后，其速度會增高，就不屬于低速帶了；低速帶的速度是極低的，而且速度橫向變化較大;低速帶的厚度常常是不均勻的。由于低速帶存在，要影響地震波的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特征；一是影響波的傳播時(shí)間，甚至影響到最后地震剖面圖成像和地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)；二是影響地震波的頻帶和能量，改造地震波的動力學(xué)特征；三是容易產(chǎn)生多次波，增加地震記錄的復(fù)雜性。在一些復(fù)雜的斷、陡構(gòu)造地區(qū)，常常得不到好的地震資料，也無法弄清地下的真實(shí)形態(tài)。所以，地下構(gòu)造的復(fù)雜程度不僅影響地震勘探工作方法的選擇，而且影響地震資料的處理和解釋。

一般而言，要取得好的勘探效果，地下具備以下方面的地震地質(zhì)條件對提高勘探質(zhì)量是有利的：具有較好的標(biāo)準(zhǔn)層；具有良好的地層波組關(guān)系；具有明顯的地震相特征；速度變化具有一定的穩(wěn)定性。

煤層被開采后形成采空區(qū)，破壞了原有的地應(yīng)力平衡，采區(qū)周圍巖體的原始應(yīng)力失去原來的平衡狀態(tài)，這類巖體的變形與破壞，主要有塑性擠出、膨脹內(nèi)鼓和重力塌陷等不同破壞類型。該處應(yīng)力將重新調(diào)整直至達(dá)到新的平衡，從而致使巖體發(fā)生移動。采空區(qū)呈局部充填或空腔狀態(tài)，鄰近圍巖受其影響，裂隙發(fā)育，巖體破碎。

回采空間的周圍的煤體上產(chǎn)生應(yīng)力集中，而且該應(yīng)力還會向底板深部傳遞。采空區(qū)上覆巖層的變化形式歸結(jié)為以下幾種：(1)空區(qū)上方巖石的垮落。煤層采出后，其上方巖石在重力的作用下，所受應(yīng)力超過巖石強(qiáng)度極限而破裂、垮落。(2)上覆巖層的裂隙，巖層的連續(xù)性未受破壞，不發(fā)生垮落，而是產(chǎn)生裂縫、裂隙。（3）上覆巖層的彎曲，當(dāng)采空區(qū)范圍較小而采深較大時(shí)，采空區(qū)上覆巖體的移動可能不波及地表。而當(dāng)采空區(qū)范圍較大而采深較小時(shí)，其上覆巖體的移動就會波及到地表，并引起地表下沉，下沉所涉及的整個(gè)范圍稱之為下沉盆地，在礦區(qū)稱為塌陷區(qū)。當(dāng)開采空間跨度足夠大，即使完整堅(jiān)硬的頂板，也會因受力強(qiáng)度超過極限而垮塌、冒落。當(dāng)?shù)V體被采空后，緊靠采空區(qū)的巖體應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，巖體產(chǎn)生移動、垮落，并將這種過程傳遞給相鄰的巖塊體，隨之垮落相繼發(fā)生，頂板巖塊的移動逐漸發(fā)展，破裂區(qū)逐漸擴(kuò)大。同時(shí)，采空區(qū)被垮落巖體填充，被破壞的巖體的應(yīng)力狀態(tài)逐漸恢復(fù)平衡。在此過程中，上覆巖層產(chǎn)生的移動、變形從性質(zhì)上可以分為以下幾個(gè)帶：冒落帶指由采空區(qū)上覆巖體在自重的作用下破碎、冒落、堆積而成的區(qū)段，其范圍主要由頂板巖層碎脹性、采礦方法與礦層厚度所決定；裂隙帶，指位于冒落帶之上，具有與采空區(qū)連通的導(dǎo)水裂隙，但連續(xù)性未受破壞的那一部分巖層。這個(gè)帶巖體由于受到較大的橫向拉力，彎曲變形較大，使巖體結(jié)構(gòu)類型發(fā)生改變，降低了巖體的強(qiáng)度。彎曲帶，指裂隙帶頂界到地表的那部分巖層。隨著距離采空區(qū)的間距增加，上覆巖層的破壞程度減弱，且裂縫逐漸消失，巖體將發(fā)生大范圍移動和變形，但仍保持巖體原始結(jié)構(gòu)而不破壞，其移動與變形連續(xù)、平穩(wěn)而有規(guī)律。

由于采空區(qū)的存在，會產(chǎn)生二次應(yīng)力場而導(dǎo)致了采空區(qū)上覆巖層塌陷，使得地表產(chǎn)生移動和變形，當(dāng)煤層為傾斜煤層時(shí)，地表呈現(xiàn)嚴(yán)重的非連續(xù)性破壞產(chǎn)生松脫地壓，往往出現(xiàn)漏斗狀塌陷坑，當(dāng)開采傾斜和急傾斜礦層時(shí)，存在以下幾種移動形式: (1)垮落巖石下滑礦層采出后，為采空區(qū)上覆巖塊所充填。如果礦層傾角較大，上部垮落的巖石下滑充填下部采空區(qū)。垮落巖石下滑后，其上部巖石失去支撐而垮落，造成垮落和裂隙向上發(fā)展。(2)巖石沿層理方向滑移，在巖層傾斜的情況下，由于自重方向不與巖層層面垂直，在自重作用下，巖體除發(fā)生垂直于層理面方向的彎曲外，還產(chǎn)生沿層理面方向的順層滑移。(3)底板巖石隆起，當(dāng)?shù)乇韼r石軟弱且傾角較大時(shí)，在礦體采出后，周圍巖體應(yīng)力平衡條件發(fā)生了變化，采空區(qū)多以殘留雜物和空洞構(gòu)成，地下水作用十分強(qiáng)烈，使其力學(xué)性能降低。

采空區(qū)沉陷是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，其治理在國際上也屬于難題。采空區(qū)引起的嚴(yán)重問題已經(jīng)引起國家高度重視，治理工作正在全面展開。在采空區(qū)塌陷引起地表沉陷以前，有效而經(jīng)濟(jì)地利用地球物理方法對采空區(qū)域進(jìn)行勘探和作出評價(jià)，并提出適宜的防治措施有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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