采空区综合治理在实际应用中的影响及价值_董大凯.pdf

2023年07月|91以上。近年来，随着“关井压产”和“小煤改小”的政策，城市里的煤矿越来越少，而煤矿的年产量却在增加。2011 该地区开始了第二村的煤矿整顿关闭的工作，关闭了乡镇煤矿 62 座，全市的煤矿数量进一步减少，但是该地区当年的煤矿总产量依然居我国第二位1。由于该地区的煤矿资源非常丰富，某煤田 储量大概有 1 388 亿吨，该煤田分布在 6 个县区，具有埋藏浅、易开采、储量大、煤层厚、煤质好的特点。该地区早期矿井采用的工艺为房柱式或残株式炮采技术，该技术的安全性较差、资源开采率较低，受到技术设备落后、生产工艺落后的影响，矿井的生产能力较小、管理能力较差，给煤矿开采工作埋下了不小的安全隐患。采空区就是因为人工挖掘、开发而形成的空洞，我国大多数矿区内都存在着很多未经治理的采空区，因此给矿区和周围环境都埋下了一个个不小的安全隐患。采空区具有隐蔽性强、规整性较差、空间分布不规律、空间形态各异等特点，采空区的坍塌无法被预测，因此采空区的治理需要得到高度关注。采空区可以根据形态、0 引言为响应“碳中和”“碳达峰”的要求，国家关闭了一批煤炭开采区，关闭后，采空区会对周边的建筑物产生很大的影响，经常会出现采空区事故，给当地人民的生命和财产带来很大的损失。由此可知，采空区的综合治理具有极高的应用价值。但是，许多废弃的地下矿洞都是闲置了很长一段时间，根本找不到准确的位置。要促进当地经济与生态的协调发展，必须对采空区的分布状况，周边情况进行综合调查，在此基础上，根据各开采区域的具体状况，制订有针对性的综合整治计划，以达到彻底解决安全问题的目的，从而推动区域的经济与环境和谐、安全的发展。同时，在采煤的同时，还要注意对采煤过程中的防灾减灾工作，在防灾减灾工作中，使采煤活动对采煤活动的影响降低到最小。1 某市煤矿实际情况分析以某市为例，该地区的煤炭资源十分丰富，大约有 54%的土地面积含有煤，其储量占全国总量的 25%采空区综合治理在实际应用中的影响及价值董大凯1,2,3(1.中煤科工生态环境有限公司，北京 100013；2.中煤科工鑫融科技创新发展有限公司，山东 济宁 272000；3.中煤科兴循环产业研究院(山东)有限公司，山东 济宁 272000)摘要：被关停煤炭开采区域下的采空区对地面建筑造成的影响是非常大的，随着对采空区综合处理技术研究的深入，逐渐形成了采取控勘测钻检一体化设备安装及应用方法、复杂地形下采空区帷幕孔注浆浆液配比等综合治理技术。采空区给社会、环境和安全带来了一系列的问题：破坏植物和土地资源，从而加重土壤侵蚀；破坏地表的建筑设施等，给人们的日常生活带来很大的冲击，也带来一系列的社会安全问题。文章针对采空区综合治理技术进行分析，保证采空区得到合理的处理。关键词：采空区；综合治理；勘查中图分类号：TD325.3 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)19-0091-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.19.024Influence and Value of Comprehensive Treatment of Mined Out Areas in Practical ApplicationDONG Da-kai1,2,3(1.Middling Coal Technology and Industry Ecological Environment Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013,China;2.Middling Coal Technology and Industry Xinrong Technology Innovation Development Co.,Ltd.,Jining 272000,China;3.Middling Coal Technology and Industry Recycling Industry Research Institute(Shandong)Co.,Ltd.,Jining 272000,China)Abstract:The mined out area under the closed coal mining area has a great impact on the ground buildings.With the in-depth study of the comprehensive treatment technology of the mined out area,comprehensive treatment technologies such as the installation and application of integrated equipment for control,survey,drilling and inspection,and the slurry ratio of curtain hole grouting in the mined out area under complex terrain have gradually formed.The goaf has brought a series of problems to society,environment,and safety.Destroying plants and land resources,thereby exacerbating soil erosion.The destruction of building facilities on the surface has brought great impact to peoples daily lives and also brought a series of social security issues.This article analyzes the comprehensive treatment technology of goaf to ensure reasonable treatment of goaf.Keywords:goaf;comprehensive governance;reconnaissance安全管理92|2023年07月区的治理基本都是凭借以往的工作经验，未能形成成熟的理论体系和工程设计体系。我国目前在石家庄太原、乌鲁木齐奎屯及京福高速公路徐州东西绕城段出现了采空区的问题。3.1 采空区探测技术采空区的检测技术，主要是对矿山情况的调查，对工程钻探，对地质体的检测，对地表的形变进行观察，对地表进行水文试验，我国目前采用的是钻探与物探结合的方式。3.2 采空区稳定性评估技术在基础开采沉陷和三下采煤技术方面，国内外已经开展了很多的研究工作，不过采空区对高速公路、建筑物等造成危害的研究比较少，矿区高速公路建设就是目前面临的一大课题。常用的稳定性评估方法包括解析法、半预测半解析法和数值仿真法等。评估则是针对评价是通过计算基础承载力、残余地表变形和残余孔隙的稳定性，以及地表的破坏程度，进行评价4。3.3 采空区治理技术建筑物下采空区的治理方案主要包括：对地表构筑物的防震设计，采取柔性设计、刚性设计、综合性的防震设计等方法，采用采空区基础加固技术对地面剩余沉降进行了防治。对公路下采空区进行处理，主要采取的是注浆填充法，填充的材料是水泥粉煤灰，根据各地区实际情况的不同选择不同的填充材料。3.4 采空区治理监督管理技术公路采空区的治理工作是一项隐蔽工程，质量监督管理主要是对施工过程的监督，也就是监理工作。还有就是做好工程的质量检测工作。对注浆充填法来说，在施工过程中，主要使用了流量和压力控制方法，但是，因为流量和压力会随时间而改变，因此，仅仅依靠总注浆量或最终孔压来进行控制，并不符合实际情况。4 采空区综合治理对策的实际应用4.1 做好对采空区的勘查要想对采空区进行综合整治，首先要对采空区和地面的情况有充分的认识。通过绘制井上井下对照图的方式，标注好采空区的位置、面积等，通过对照图来分析采空区与周围建筑物、设施之间的关系，然后构建采空区相关的不同数据库，在对各矿井进行勘查和调查的基础上，对采空区、地表情况进行了详细了解，并对隐蔽区进行了初步定位。4.2 采空区的物探技术地球物理勘探是采空区勘查中最常见的方法，它是在采空区存在的地方，对其实施工程物理勘探。形成的时间、可治理程度等进行分类：根据形态可分为单一空区、贯穿空区和群落空区；根据形成时间可分为老采空区、现采空区和未来采空区；根据可治理程度则可分为明晰空区、未知空区以及模糊空区。2 结合案例分析采空区的危害性在国家对矿山进行综合整治和技术改造的同时，采空区问题已成为影响上述区域安全和可持续发展的隐患。也因为采煤技术的落后发展，从而给该地区的煤矿发展带来了以下问题：第一，煤矿资源存在浪费现象。房柱式采煤法在开采过程中，依靠煤柱来支撑顶板，并保留了许多煤柱，因此该地区的煤炭资源开采率较低，开采率不到 30%。第二，地质灾害的威胁。由在采矿过程中，留下的煤柱是比较不规则的，而且有些煤柱经过长时间的破坏，已经不能确保对顶板有足够的支持，地面也有可能随时崩塌，有时候还会造成矿震的情况。例如说，该地区在 2008 年就出现了地表塌陷地震 19 次，里氏 3级以上的地震一共有 9 次。第三，矿井生产中存在安全隐患。矿井的不断开采则产生了很多个采空区，基本都是无计划的开采，遗留下来的采空区中有可能存在积水，有可能存在自燃，有可能存在气体聚集，这对周边煤矿的开发造成了很大的威胁2。第四，很多采空区未被发现，从而给周围的地表建筑、公路、铁路等造成巨大的威胁。房柱式开采方法造成的采空区，无法保证地表长久的稳定性，采空区塌陷隐患给周围的建等都带来不小的风险。第五，采空区中残留了大量的煤柱，这将对上、下两个煤层的正常生产造成一定的影响。当上部煤层为采空区时，在下部煤层回采过程中，由于煤柱受力严重，将给上部煤层的顶板带来极大的安全隐患。若是下煤层是采空区，那么底板会出现失稳的情况。第六，对高速公路施工带来巨大的影响。在高等级公路建设中，采空区的治理是一个很常见的问题：(1)将导致拟修建的高等级公路地基沉降，进而导致公路路基的承载力下降，并加剧地表的倾斜和拉伸变形，进而影响到地基的稳定。在不同的地基沉陷条件下，公路的坡度、垂直曲线的形态和走向也会发生改变。(2)冒落带的不规律的沉降，会导致原有的路面斜坡也出现不规则的改变，随着时间的推移，每一路段的车流阻力都会增大或减小，而且随着时间的推移，道路可能会出现沉降现象。(3)地面的不均衡沉降将导致铁路的斜率改变，导线沿垂直方向进行弯折，使原来设计的曲率半径发生变化3。3 分析采空区治理的技术重点到目前为止，采空区问题的理论研究较少，采空2023年07月|935 结语实施煤矿采空区的分布勘查是我国相关法律法规明确要求的，也受到了政府的高度关注。采空区对矿区和周围环境带来的影响巨大，是非常严重的潜在风险，需要引起相关部门以及企业的高度关注，我国针对采空区的治理在近几年来也得到了极大的进步。煤矿采空区的综合治理是各煤矿区进行环境恢复、新建煤矿等安全生产以及资源回收的基础工作，因此解决采空区的安全隐患有重要意义。为了解各地方煤矿采空区分布情况以及存在的安全隐患，就要先进行地表踏勘、物探、钻探等手段对采空区的情况实施全面勘查，然后通过踏勘重要建筑、地面塌陷和地表裂缝的情况，掌握采空区的位置、大小、范围等，并且对采空区的危害性进行初步判断。然后通过物探的手段对重点区域实施检测，获得比较准确的采空区分布位置、范围等。最后通过钻探手段获取地层结构信息，对物探结果进行进一步验证。只有了解了采空区存在的安全隐患，结合以往的治理经验制定合理的综合治理方案，才能保证该区域生产生活安全进行。参考文献：1 张少军.煤矿采空区综合治理技术研究以小常煤矿采空区治理工程为例J.华北自然资源，2022(06)：32-34.2 冯兴亮，曹小亮.某高速公路采空区稳定性综合评价及治理方案研究J.公路，2022，67(10)：126-130.3 周逸文，张涛，段隆臣，等.我国矿山采空区综合治理研究综述J.安全与环境工程，2022，29(04)：220-230.4 江勇，刘旭正，金玲玲.高速公路采空区复杂地质处理与综合治理技术的研究J.工程机械与维修，2022(04)：211-213.5 彭超，张洪岩，王智强.某大理岩矿山采空区稳定性评价与综合治理对策研究J.中国矿业，2020，29(S2)：277-282.6 类磊.煤矿采空区沉陷引发的地质灾害综合治理以孝义采煤沉陷区为例J.华北自然资源，2020(04)：80-81.7 卢平，方良才，童云飞，等.深井煤层群首采层Y型通风工作面采空区卸压瓦斯抽采与综合治理研究J.采矿与安全工程学报，2013，30(03)：456-462.作者简介：董大凯(1991-)，男，陕西渭南人，本科，研究方向为采空塌陷综合防治技术，E-mail：。基金项目：充水采空区再生骨料浆液制充关键技术研究(0206TDST0001)；采煤沉陷区综合治理智慧工地建设及示范(0206KGST0007)物探技术的实际操作方法包括：电法类技术、地震法、综合物探技术等。通过物探技术，能够对采空区以及岩石损害程度的了解，也能了解煤柱和空洞的位置，从而确定好容易发生事故的具体范围。我国实际应用中，常用的物探方法就是电法和地震法，这两种方法都有自己的优势和缺点，单纯通过一种物探技术无法对复杂地质环境给予了解，同时也无法掌握采空区的分布情况，因此可以采用混合技术，通过多个物探技术的联合应用，提高对采空区的掌握和了解。因为地质和开采条件的差异，有的地区使用了 1 种勘探方法，有的地区则使用了 2 或 3 种综合地球物理方法5。4.3 采空区钻探操作通过钻探能够确定地层结构、采空区埋深以及煤层厚度等情况，并通过对采空区的实地勘查和地球物理勘探成果的检验，为采空区的整治工作奠定了基础。通过数据采集，获得采空区的空间分布信息，并在该区域内进行多个钻孔，以查明由采空区引起的断层和塌落带的发育状况，进而对该区域的采空区特征进行细致的认识。在地球物理勘探的采空区内，在采空区内布设大量的井眼，可以更好地了解煤层的厚度、顶板和底板的岩性特征等。4.4 采空区安全隐患的综合治理方法在了解了每个煤矿采空区、建筑物分布以及未来开采规划的情况下，就可以对不同采空区的安全隐患、可能带来的后续影响等进行分析，制定合理的治疗方法，同时计算大概的治理费用，为接下来的治理工作奠定基础6。对地面没有建筑物、公路的采空区，在发生塌陷的时候可能对周围开采工作造成影响，这样的采空区，就可以进行爆炸处理，爆炸处理方法是在已经被勘探和清理过的采空区上，按照一定的原理，在地面上打洞，放置炸药，然后进行爆炸，将采空区顶部的岩层全部破坏掉，从而实现人工塌陷。地面有建筑物、公路的采空区，或者是拟在采空区上建设开发公路的，就要实施注浆法治理。填充注浆法就是在探查清楚采空区以后，在采空区的地表上打孔，然后用水泥、煤粉、砂石等的混合物向采空区和覆岩的裂缝中注满并加强。固结后则形成了不容易被压缩的固体，整个采空区则恢复到了原来的岩体状态。采空区注浆填充完成后，充填物或泥浆与覆岩相接触，采空区的面积缩小，原来单一支撑的煤柱变成了一个完整的支撑结构，支撑能力得到了显著的提升，因而还可以防止残余煤柱和围岩的破坏7。通过全面勘查来分析煤矿中采空区的安全隐患，在此基础上制定全面的施工计划，然后实施工程招标则可进行灾害治理工程。通过近几年来的有效治理，采空区的安全隐患问题得到了明显的好转，创造了一个良好的矿区生态环境。