煤矿采空区勘察研究

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　　摘要：有害气体、老空积水、塌陷沉降是采空区的三大主要危害，严重影响着各种工程建设及人类活动。在不确定煤矿采空区位置及范围的情况下，通过分析其地层地质条件，采用高密度视电阻率法，设置勘察方案、布置测线等，对煤矿采空区进行了准确的勘察研究。本文通过研究榆林神木工业区，分析其视电阻率剖面图，得出在图中1-7号区域为采空区或疑是采空区，然后对采空区提出了三方面的防治措施。
　　关键字：采空区，勘察设计，高密度视电阻率，老空积水，沉降塌陷，防治措施
　　中途分类号：TD166 文献标识码：A 文章编号：
　　Abstract:harmfulair,subsidence sedimentation are the three main endanger to coalmine goafs,and serious effect the various engineering struction and human activity. Under the uncertain situation of the coalmine goaf position and scale,analyse the layer geology condition,use high density resistivity method,set prospecting scheme,arrangement the measuring line.Accurate survey and research for coalmine golfs.The YuLin ShenMo industrial zone is studied by This article,analyse the resistivity profile,draw the figure1-7 region for gob or suspected goaf,then puts forward three measures for goaf.
　　Key words: goaf,prospecting design,high density asistivity,goaf water,subsidence,protect measure.
　　
　　采空区指在采完煤炭之后在地下留下的空洞或者空腔。采空区的研究一直以来是个难题，由于不正规、没采煤许可手续的小煤窑，没有设计图纸,没有记录，使得采空区的位置、范围、深度都无法准确的确定，为以后的各种人类活动带来巨大的安全隐患。
　　1 采空区的危害
　　1.1 采空区有害气体
　　煤自燃火灾严重地影响和威胁着煤矿的安全生产。资料统计显示,煤矿中的自燃火灾次数占矿井火灾总次数的90%~94%[1],其中，由于采空区由上至下，氧气浓度依次降低，一氧化碳浓度依次升高，采空区自燃火灾次数又占煤自燃火灾次数的60%[2],采空区是井下自燃发火发生的主要部位,所以采空区煤自燃是防治的重要。
　　1.2采空区老空积水
　　水灾是矿井的主要灾害之一[3]，煤矿水害分为两种：地下突水、老空积水。地下水的规律性较强，可通过区域地质资料查的地下水的分布情况，但是老空积水是认为造成的，没有规律可循。如果没有其具体资料，无法确定其位置和范围。由于受各种水文地质作用的影响，老空积水的量及范围是动态变化的。其积水量见公式：
　　积水量（万m3）=积水区平面面积（m2）×采厚（m）×充水系数×cosα[4]。
　　[[作者简介]:于志新(1971年)男,汉族,陕西西安,本科,高级工程师,从事水文地质及工程地质勘察。Email：yuzhixin894@163.com，
　　[通讯作者]:李雷(1987年-)男，汉族，陕西乾县,硕士,助理工程师,从事水文地质方Email:Lileibyd@163.com, Telephone：
　　15202444599.
　　]1.3采空区塌陷、沉降
　　采空区的塌陷是由于地面到采空区顶板的厚度较薄，强度较底。由于上覆荷载过高及采空区煤柱形成的自由面，原来的应力平衡被破坏就会产生地面裂缝沉降然后塌陷等现象[5]，严重危害人类活动。所以在建筑设计时应尽量避开采空区。
　　2.采空区的勘察设计方法
　　当采空区没有规律性，没有设计图纸时，必须通过物探、钻探等多种科技手段勘探采空区的位置和规模，为工程地基处理和采空区治理提供科学依据。采用高密度视电阻率法对采空区进行综合勘察,分析确定采空区位置与规模。
　　2.1 测区地质地球物理条件
　　根据测区地层岩性分析，如果采空区为空洞,则空洞与非采空区完整地层的电性有较大差异,表现为相对高阻异常[6]。同时,同一地区不同地层存在波阻抗差,砂岩波速值较高,页岩、煤层波速值较低,采空区(充填或未充填)边界是强反射界面,测区开展浅层地震勘探的物性前提条件较充分。
　　2.2 测线布置
　　根据勘察目的和测区地层分布情况,测线平行采矿区轴线布置。中间5条线按10m线距布置 ,两侧两条线间距为20m,点距为5m。地震施测中间3条测线,点距2m[7]。
　　3 榆林神木工业区采空区工程勘察研究
　　3.1勘察区区域地质地层情况描述
　　3.1.1区域地形地貌
　　勘察区构造单元属华北地台鄂尔多斯地块东北部。地貌形式主要有堆积、堆积-侵蚀形成的河谷阶地区、沙漠区及构造剥蚀形成的沙盖黄土梁、峁区和黄土丘陵沟壑区等四种地貌景观。
　　3.1.2区域地层、构造运动、地质灾害
　　区内地层按其形成时代划分为三大类：古生界～中生界的基岩、新生界第三系半成岩坚硬黏土、第四系各种成因的松散堆积层。
　　勘察区内构造运动较弱，褶皱不发育，主要有新庙-野芦沟背斜、墙头-高石崖挠曲。府谷县从1542年至今共发生地震6次，震级最大达5级。
　　勘察区内的物理地质现象主要有滑坡、崩塌、泥石流、煤矿采空区、风蚀沙埋等。
　　3.1.3煤田采空区
　　神府煤田是世界七大煤田之一，煤炭预计储量2714亿吨，探明1460亿吨，属优质环保动力煤和化工用煤。神木、府谷位于神府煤田的中心部位，区内分布有较多的煤矿和小煤窑，主要开采侏罗系5－2、4－2、3－1、2－2煤层，采厚3～6m。由于小煤窑开采的不确定性，开采后形成的采空区调查难度较大，且由于采空区塌陷具有一定的滞后性，持续时间较长，小煤窑采空塌陷具较大的危害性。
　　3.2剖面布置和勘察方法
　　3.2.1剖面及测点布置
　　根据要求，高密度视电阻率法勘探在里程K92+000附近设计线路布置两条剖面线；测点布置是根据1：10000地形图结合地形、地物，采用GPS及测绳拉距定点，并在实地用木桩做标记。GDS测点点距20m，最大100m，见图1。
　　
　　图1 勘测线平面布置图
　　
　　3.2.3 电测深资料整理
　　电测深资料整理所用软件为GDT、Surfer及AutoCAD软件。首先对电法野外实测数据进行分析，剔除因地形等影响因素造成的假异常。将GDT2高分辨地质探测仪在野外采集的电测深数据，传输到电脑，再用GDT、Surfer及AutoCAD软件绘制出等视电阻率剖面图、反射系数剖面图。视电阻率等值线剖面见图2。

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