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        煤礦采空區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)研究

        2017-12-23 18:44:13李宗華
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年36期
        關(guān)鍵詞:煤礦

        李宗華

        摘 要:伴隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的全面發(fā)展,我國的煤炭開采行業(yè)也取得了非常大的發(fā)展。在我國煤炭開采的過程中,會(huì)面臨非常多的問題,其中較為重要的一個(gè)問題就是煤礦開采過程中的煤層穩(wěn)定性問題研究。如果在煤礦開采的過程中沒有對開采區(qū)的煤層穩(wěn)定性進(jìn)行認(rèn)真的勘探以及研究,就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的煤礦開采安全事故,因此文章主要針對煤礦空采區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析以及闡述,希望通過文章的闡述能夠?yàn)槲覈旱V采空區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)分析貢獻(xiàn)一份力量,同時(shí)也為我國煤礦行業(yè)的進(jìn)一步提升貢獻(xiàn)力量。

        關(guān)鍵詞:煤礦;地質(zhì)特點(diǎn);采空區(qū);煤層

        中圖分類號(hào):TD82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2017)36-0165-02

        在我國煤礦開采的過程中,針對煤層穩(wěn)定性的研究目前還是處在一種定性的研究階段,煤層穩(wěn)定性的定量研究雖然在我國的煤礦開采過程中有一定的研究,但是取得的成果還沒有一個(gè)相對統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來對煤層穩(wěn)定性作出數(shù)量依據(jù)。煤層的穩(wěn)定性問題在普通煤層中的研究還沒有完全得到解決,在煤礦采空區(qū)就更加的困難。煤礦的采空區(qū)在結(jié)構(gòu)上更加的復(fù)雜,因此作出定量的煤層穩(wěn)定性分析也是非常困難的。目前在我國煤礦開采的過程中由于采空區(qū)造成的一系列問題顯得尤為突出,我國很多的區(qū)域都存在采空區(qū),同時(shí)大多數(shù)的采空區(qū)沒有得到及時(shí)的處理,這樣就為我國煤礦建設(shè)帶來了嚴(yán)重的安全隱患,我們需要有針對性的策略來應(yīng)對這一問題,保障建設(shè)工程的安全。

        大多數(shù)的煤礦開采工作結(jié)束之后,都會(huì)留下大量的地下采空區(qū)。煤礦采空區(qū)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。首先是采空區(qū)會(huì)出現(xiàn)地面下沉的問題,其次是采空區(qū)會(huì)出現(xiàn)地面裂縫以及民用耕地?fù)p壞問題,最后是采空區(qū)對于地面上的建筑工程也是一種非常嚴(yán)重的安全隱患。采空區(qū)同時(shí)對周邊的生態(tài)環(huán)境也存在一定的破壞能力。目前我國對煤礦采空區(qū)的研究主要有兩種方式,首先是通過對以前文獻(xiàn)資料的相關(guān)查詢,其次是對煤礦采空區(qū)進(jìn)行鉆探研究,但是目前這兩種方式對于煤礦采空區(qū)的確切位置以及確切形態(tài)都沒有一個(gè)非常明確和科學(xué)的判斷。目前我國很多的地質(zhì)學(xué)家都在對煤礦采空區(qū)的相關(guān)問題進(jìn)行勘探和研究,并且在一定程度上取得了成果。根據(jù)目前最先進(jìn)的勘探技術(shù),我國煤炭采空區(qū)的勘探研究主要有三種方法,首先是采用順變電磁的方法來進(jìn)行煤礦采空區(qū)的地質(zhì)研究,其次是采用淺層地震的方法來進(jìn)行煤礦采空區(qū)地質(zhì)研究,最后是采用高密度電法對煤礦采空區(qū)進(jìn)行地質(zhì)研究。在實(shí)際的煤礦采空區(qū)地質(zhì)研究勘察過程中,可以根據(jù)不同的地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)的勘探方法應(yīng)用,很多時(shí)候都是三種方法相互合作應(yīng)用來對煤礦的采空區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘察。同時(shí)在我國的采空區(qū)勘察的過程中,還有物探法,CT法以及地質(zhì)雷達(dá)法等多種方法,但是這些方法在主流的采空區(qū)地質(zhì)勘察中使用的并不是非常多,取得的效果也在驗(yàn)證的過程中。

        在煤礦采空區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)勘探研究過程中,能否取得滿意的勘探結(jié)果,主要取決于煤礦地質(zhì)的實(shí)際條件。煤礦的地質(zhì)條件在勘探的過程中主要分為兩種,首先是表層的煤礦地質(zhì)條件,其次是深部煤礦地質(zhì)條件。在勘探的過程中,不同的地質(zhì)條件對于勘探的結(jié)果也有非常大的影響,同時(shí)不同地段的勘探區(qū)域,對于地質(zhì)勘探的結(jié)果也有非常大的影響。因此我們在煤炭采空區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)勘察的過程中要認(rèn)真的分析現(xiàn)場的地質(zhì)條件,通過分析現(xiàn)場的具體地質(zhì)條件來進(jìn)行相應(yīng)的勘探,這樣的勘察結(jié)果較為準(zhǔn)確。

        對于煤礦采空區(qū)來講,表面地質(zhì)條件主要包含了兩個(gè)問題,首先是采空區(qū)的地形條件,其次是采空區(qū)的地表分化條件等。這些表面地質(zhì)條件對于采空區(qū)的地質(zhì)勘察來講非常的重要,在勘察的過程中不同的地質(zhì)條件對于地質(zhì)勘察的動(dòng)力學(xué)會(huì)產(chǎn)生非常大的影響,更為嚴(yán)重的是會(huì)影響地質(zhì)的剖面精度。在煤礦開采的過程中,煤炭儲(chǔ)量的不斷降低會(huì)導(dǎo)致煤礦采空區(qū)的出現(xiàn),煤礦采空區(qū)的出現(xiàn)在很大程度上能夠影響周邊地質(zhì)的平衡性,讓原有的地質(zhì)平衡受到破壞,針對這樣的破壞問題,我們根據(jù)采空區(qū)的巖石變形以及破壞程度可以分為三種情況。首先是采空區(qū)導(dǎo)致的原地質(zhì)塑性擠出變形破壞,其次是采空區(qū)導(dǎo)致的原地質(zhì)膨脹內(nèi)鼓變形破壞,最后是采空區(qū)導(dǎo)致的重力塌陷變形破壞,這三種破壞形式都非常嚴(yán)重,其中重力塌陷破壞最為嚴(yán)重。采空區(qū)的地質(zhì)為了有效的平衡應(yīng)力,會(huì)逐漸的轉(zhuǎn)移地質(zhì)巖體,通過地質(zhì)巖體的移動(dòng)來改善該地區(qū)的地質(zhì)平衡問題。因此通過相互之間的巖石移動(dòng),采空區(qū)會(huì)出現(xiàn)局部空腔或者是局部填充的情況,這是煤礦采空區(qū)的一個(gè)主要的地質(zhì)特點(diǎn)。

        在煤礦采空區(qū)中,回采空間的存在會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)周邊存在一定的應(yīng)力集中情況,而且根據(jù)實(shí)際的勘察能夠發(fā)現(xiàn),這種應(yīng)力集中能夠有效的將應(yīng)力傳遞至底板的深處。在煤礦采空區(qū)巖層變化的主要形式有三種,首先是煤礦采空區(qū)上方的巖石塌落。在煤礦開采的過程中由于煤層的開采,導(dǎo)致煤礦采空區(qū)的上層巖石在外重力的影響下,出現(xiàn)一定的變化,一旦外在重力超出了巖石的受力強(qiáng)度極限,就會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)巖石的塌陷和破裂問題的出現(xiàn)。其次是煤礦采空區(qū)上覆巖層出現(xiàn)裂縫和間隙。這種情況由于巖石的結(jié)構(gòu)沒有受到根本性的破壞,也沒有遭受連續(xù)性的破壞,因此煤礦采空區(qū)上覆的巖層不會(huì)出現(xiàn)塌陷和脫落的情況,但是會(huì)出現(xiàn)裂縫以及間隙,這種地質(zhì)特點(diǎn)也是有一定的安全隱患的,我們在實(shí)際的勘探過程中,也要給予重視。最后是煤礦采空區(qū)上覆巖石出現(xiàn)的彎曲情況。這種情況的出現(xiàn)主要是因?yàn)槊旱V開采的過程中開采直徑或者是開采范圍較小,但是開采的深度較大造成的。這種情況的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致煤礦采空區(qū)出現(xiàn)一定程度上的移動(dòng),但是這種移動(dòng)不會(huì)對地表造成嚴(yán)重的影響。但是需要注意的是當(dāng)煤礦開采的過程中,出現(xiàn)開采區(qū)域較大同時(shí)開采深度較深的情況,就會(huì)導(dǎo)致煤礦采空區(qū)的移動(dòng)危及地表,造成較為嚴(yán)重的安全問題。這樣的情況會(huì)造成地表下沉,地表下沉過程中影響的范圍在地質(zhì)學(xué)中稱為下沉盆地,在煤礦開采區(qū)成為塌陷區(qū)。一旦出現(xiàn)煤礦開采區(qū)間足夠大的情況,即使再堅(jiān)硬的巖石都有可能受到應(yīng)力的影響出現(xiàn)裂縫或者脫落問題。當(dāng)煤礦開采完畢,形成的采空區(qū)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的地質(zhì)問題,同采空區(qū)較為臨近的地質(zhì)就會(huì)受到嚴(yán)重的地質(zhì)平衡破壞,這一區(qū)域的巖石會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)和脫落問題,在巖石移動(dòng)或者脫落的過程中,巖石之間的應(yīng)力會(huì)相互轉(zhuǎn)移,造成大面積的巖石塌陷問題出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)了大面積的巖石塌陷問題,采空區(qū)的一部分空間會(huì)被塌陷的巖石填充,這樣就會(huì)造成更為嚴(yán)重的地質(zhì)平衡破壞問題,只有采空區(qū)的塌陷區(qū)間被填滿之后,地質(zhì)平衡才能夠有效的回升,逐漸的回復(fù)地質(zhì)平衡。在這一過程中,由于采空區(qū)的上層巖石移動(dòng)變形,會(huì)改變個(gè)別地質(zhì)的性質(zhì),我們根據(jù)實(shí)際情況可以分為三個(gè)區(qū)帶。首先是采空區(qū)的地質(zhì)冒落帶,這一區(qū)間主要是指采取空上部的巖石由于重力的影響導(dǎo)致的破碎,堆積以及冒落而形成的一個(gè)地質(zhì)區(qū)段,這一區(qū)段的范圍主要是根據(jù)采空區(qū)使用的采礦方法以及巖石的膨脹特性決定;其次是采空區(qū)的地質(zhì)裂隙帶,這一區(qū)段主要是指在采空區(qū)冒落帶上方同采空區(qū)連接的一個(gè)區(qū)段,這一區(qū)段的地質(zhì)巖石雖然受到了一定程度的破壞,但是沒有受到連續(xù)性的破壞,因此這一區(qū)段相較于冒落段相對穩(wěn)定。這一區(qū)段由于受到了較大的外加應(yīng)力,因此會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形,彎曲變形的存在也會(huì)造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變,能夠在很大程度上影響地質(zhì)巖石的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。最后是采空區(qū)的彎曲帶。這一區(qū)段主要是指裂隙巖石到表面之間的間段。伴隨著煤礦采空區(qū)的采礦空間不斷加大,采空區(qū)的上層覆蓋巖石會(huì)受到一定程度上的破壞和強(qiáng)度減弱,同時(shí)在這一區(qū)段,巖石裂縫會(huì)逐漸的消失,造成大面積的巖石變形和移動(dòng),但是這一區(qū)間的巖石還是一種原始的巖石結(jié)構(gòu)狀態(tài),結(jié)構(gòu)上并沒有受到太大的破壞,這時(shí)會(huì)出現(xiàn)一系列平穩(wěn)的移動(dòng)和變形。

        由于采空區(qū)的存在,會(huì)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(dòng)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(dòng)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)??迓鋷r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)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。

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