煤矿采空区勘查应注意的问题

344
管理科学与工程技术GUANLIKEXUEYUGONGCHENGJISHU
煤矿采空区勘查，一般是在收集矿山资料的基础上，以地质调查、工程地质测绘、地球物理勘查、钻孔验证等手段进行，但在实际工作中，往往忽略地质调查侧重地球物理勘查，尤其是老采区的勘查，洞口大多已坍塌，难以寻觅，地下老窿巷道分布不明，无序开采形成纵横交错的采场以及重复开采造成的保安矿柱破坏，会形成跨度大的空腔，采场顶板岩层应力条件在不断发生变化，变形会逐渐波及到地表，在地表形成塌陷坑、地裂缝，上部的建筑物也会产生开裂现象，因此，在煤矿采空区勘察时应注意以下问题。

一、收集资料
煤矿采空区勘查收集的资料包括矿山资料、地质资料、自然地
理资料。

主要包括：
采掘工程平面图、地质柱状图、井上井下对照图、地质勘察报告等。

通过这些资料的搜集，可以初步了解该区的地形地貌、地层岩性、地质构造、工程地质、水文地质、气象水文条件，以及煤矿名称、所处位置、煤矿性质、矿床特征、煤矿开采年限、矿井生产能力、开采煤（矿）层层位及开采厚度、开采工艺、采矿设计、采矿工程、回采率、矿井开拓方式、煤层埋藏深度、采空区是否充水、开采方式、顶板管理方式、煤（矿）层的顶、底板岩性、煤层开采的平面范围。

二、地质调查和工程地质测绘
煤矿采空区勘查的重点是地质调查和工程地质测绘，尤其是年代已久的老采区，资料匮乏，但通过地质调查和工程地质测绘，基本可以查明老采区的范围。

在地质调查和工程地质测绘过程中，通过详细的调查走访，可以进一步查明区内的地形地貌特征及宏观地质条件；了解矿层的分布范围、深度、层数、厚度、深度、埋藏特征、顶板管理方法和开采层的上覆岩层的岩性、构造；尤其是老采区，洞口大多已坍塌，难以寻觅，地下老窿巷道分布不明，无序开采形成纵横交错的采场以及重复开采造成的保安矿柱破坏，会形成跨度大的空腔，采场顶板岩层应力条件在不断发生变化，变形会逐渐波及到地表，在地表形成塌陷坑、地裂缝，上部的建筑物也会产生开裂现象，重点调查对象为地表变形特征和分布，包括地表陷坑、台阶、裂缝的位置、形状、大小、深度、延伸方向。

老采区还要对外围进行详细调查。

xxx 煤矿为一座老矿山，采煤活动可追朔到新中国成立前，废弃采矿小窑密布，其具体年代已无从考究，1958年后，国有矿山x xx 煤矿建立，开始了较大规模的开采。

多年的开采，形成了大片采空区，从而引发了采空塌陷地质灾害，危及民房约73间，19户约66人，耕地约1500亩，潜在经济损失约5000万元。

在该采空区的勘查过程中，就是通过地质调查和工程地质测绘，在老采空区查明塌陷坑15个，地裂缝26组，房屋开裂18处，地面调查结果为后期的地球物理勘探提供了有力的依据。

三、地球物理物探
地球物理物探是辅助手段，可选用电法、电磁法、地震及放射性方法进行勘察，每个勘查矿区不少于2种方法。

在xx x 煤矿的勘查过程中，就是采用了瞬变电磁法和电测深法，确定了三个采空塌陷区。

（一）瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一煤矿采空区勘查应注意的问题
朱党生
刘
宾
杨
帆/河北省保定地质工程勘查院
071051
【摘要】在煤矿采空区勘查过程中，往往忽略地质调查，尤其是老采区的勘查，洞口大多已坍塌，难以寻觅，地下老窿巷道分布不明，无序开采形成纵横交错的采场以及重复开采造成的保安矿柱破坏，会形成跨度大的空腔，采场顶板岩层应力条件在不断发生变化，变形会逐渐波及到地表，在地表形成塌陷坑、地裂缝，上部的建筑物也会产生开裂现象，因此，在煤矿采空区勘查时，除了收集矿山资料、工程地质测绘、地球物理勘探、钻孔验证等手段，野外地质调查也是应该重视的问题。

【关键词】煤矿；采空区；勘查；注意问题
次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

x xx 煤矿全区视电阻率垂直方向上在几十欧姆米到上千欧姆米之间变化，总体表现为浅部低阻深部高阻的特征，与区内上部煤系地层和下部基底岩性相吻合。

在水平方向上，全区浅部大部分地区均被第四系覆盖，电阻率值较低，其与下方的第三系渐新统上段地层连在一起，形成大范围的中～低阻区；在塌陷区，岩石的电阻率变大，表现为高阻异常；第三系渐新统中段的煤系地层电阻率值最低。

不充水采空区的电阻率明显变大，表现为高阻异常。

充水采空区的电阻率变的
很低，呈现低阻特征，与围岩相比差异较大。

（二）电测深法采用激发极化测深。

它是在地面的一个测深点上（即M N 极的中点）
，通过逐次加大供电电极，AB 极距的大小，测量同—点的、不同AB 极距的视电阻率ρS 值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。

四、钻探验证（一）钻孔布置原则：在调查（或物探）圈定的每个采空区内，至少布置1-2个钻孔。

（二）钻探技术要求：除正常勘察孔的技术要求外，应特别要求以下几点：
a 、钻探应采用清水正循环钻探工艺。

b 、一般地段岩芯采取率≥60%，采空区地段岩芯采取率≥30%。

c 、作好钻探记录，特别应记录清漏水位置及耗水量；钻具掉钻位置，掉钻深度、以及卡钻、埋钻位置。

另外钻孔一定要打到采空区底板。

五、采空区的确定
以xxx 煤矿的采空塌陷勘查为例，就是结合矿山资料、水文资料、地质资料、物探勘查资料，经钻孔验证，综合研究后推断的采空区有3个。

C1采空区位于工作区西南，形态不规则，长约500m ，宽约300m ，面积约0.125Km2。

采空体积约84万立方米。

C 2采空区位于工作区东南，呈条带状沿南东向展布，长约200m ，宽约100～150m ，面积约0.025Km2。

采空体积约50万立方米。

C3采空区位于工作区东北，形态不规则，总体沿南东走向展布，长约700m ，宽约600m ，面积约0.42Km2。

采空体积约250万立方米。

图1采空区分布图
采空的顶板在地表以下20-30米，底板在地表以下50-70米，采空深度为20-25米。

六、勘察报告中还应包括以下问题
（一）采空塌陷地质灾害的影响因素。

包括矿层因素、岩性因素、构造因素、地下水因素、开采条件因素、地震因素、降雨因素。

（二）采空塌陷的形成机制。

通过资料收集及矿山地质调查，采空区主要依靠预留煤柱维持围岩稳定。

由于在岩体内部形成一个空洞，使其自然应力平衡状态受到破坏，产生局部的应力集中。

随着采空区
作者简介：朱党生，1965年生，男，岩土高级工程师，长
期从事地质灾害治理设计、矿山地质环境恢复治理工作。

管理学家2014.02
345
面积的增大，加上民采潮对边角残矿的开采，偷采者对矿柱的破坏，围岩强度不足以抵抗上覆岩土体重力时，顶板岩层内部形成的拉张应力超过岩层抗拉强度极限时产生向下的弯曲和移动，进而发生断裂、破碎并相继冒落，从而在地表形成塌陷坑。

（三）采空塌陷地质灾害的影响范围。

煤层开采后，采空区上覆岩层产生冒落带、断裂带、弯曲带，在地表形成一个比采空区范围大得多的下沉盆地，如图2所示。

描述地表移动盆地内移动和变形的指
标是下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等。

下沉盆地内任一点的地表移动过程可分为三个阶段：初始期、活跃期和衰退期。

（四）采空区地基稳定性分析。

采空区地基稳定性分析主要包括：
覆岩破坏图2地表移动盆地示意图
采空区
下沉盆地
下沉曲线
高度计算、建（构）筑物荷载影响深度计算、最小采深（H 临）计算、地表移动与变形对建（构）筑物的影响、建（构）筑物破坏与地表变形的关系、潜在危害分析等。

（五）地质灾害危险性分区及防治措施。

根据勘查区内地质环境的破坏现状、地质灾害特征和地质灾害对人类生命财产的威胁程度，综合分析进行采空塌陷地质灾害危险性分区并提出防治方案。

【参考资料】
[1]朱党生《河北省xxx 煤矿采空塌陷地质灾害勘查报告》（河北省保定地质工程勘查院2013年10月）
[2]《河北省地质灾害危险性评估与矿山地质环境恢复治理
培训教材》（河北省国土资源厅2008年12月）
[3]《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（国家煤炭工业局）
故障现象：
2010年4月9日16时左右，某风电场35KV II 母313线路因过流I 段跳闸，维护人员对313线路进行了全面巡视，发现15#风机升压变压器已经故障，此变压器厂家为浙江某变压器厂。

此变压器A 、C 相保险烧毁，其中A 相保险已经炸出，变压器低压侧门被打坏，变压器底部有大量漏油。

断开该变压器开关后对线路进行绝缘测试，绝缘合格，然后对313线路试送电，313线路仍因过流I 段故障跳闸，将313线路15#风机升压变附近杆塔上连接15#风机升压变的电缆与线路断开后，313线路送电成功，313线路于2010年4月10日19时恢复送电运行。

图1损坏保险处图2油箱的漏油
故障处理
2010年4月12号，变压器厂家工作人员到达现场，维护人员配合厂家人员将变压器油箱端盖打开，发现变压器油已泄露完毕，油箱内高压进线侧有灼烧痕迹并且接线烧断，灼烧处箱体已击穿，整个油箱箱体变形。

图3内部放电除图4内部油箱底部此种情况已经不能在现场进行修复，由厂家做更还处理。

设备状况及对故障的分析：
变压器由高压侧电缆、避雷器、线圈及铁芯、开关、高压熔断保险、低压熔断器、低压侧电缆、油温计、油位计等组成。

电流通风力发电——风机升压变压器故障分析
马晓强/河北新天科创新能源技术有限公司，河北
050000
【摘要】风力发电机组的风机升压变压器是风力发电输出环节的主要设备，它安装在风机塔筒的旁边，从风机发电机发出的电（通常为690V ）经过它升压（通常为35KV ）输送到线路在经过升压站输送到电网，经过电网到达用户，它相对来说是发电上网的第一个环节。

【关键词】跳闸；过流；油位下降；烧毁
过高压侧电缆、避雷器、开关进入高压熔断保险，再通过线圈及铁芯进入低压熔断器、低压侧电缆进而进入风机内部。

检查过程中发现高压进线侧箱体已被击穿，且击穿处无油迹，说明变压器油位在故障前已经低于高压进线位置，风机变压器为新运行变压器，在工程工期紧、任务重，投运前检查过程中可能存在漏洞，故变压器在投入运行时存在油位低的问题，且冬季以来，雪大路滑，天气较往年寒冷，今年春季频发沙尘暴现象，巡视检查不及时，故存在变压器长期低油位运行的可能。

由于变压器的低油位长期运行，造成高压进线侧连接线高温烧毁，其过程中产生的大量热量、压力积聚而散发不出去，产生爆炸现象，造成A 相保险丝炸出、变压器箱体变形，箱体底部螺栓因箱体变形而变形，形成空隙，剩余全部变压器油一次性漏完。

图5
高压侧外部击穿位置（黑）
处理措施：
由于变压器油箱箱体已变形，高压侧A 相接线已烧断，故该变压器在原地已不能进行修复，已由厂家更换新的变压器。

初步判断这次故障为变压器长期低油位运行导致。

建议维护人员将其余变压器及线路进行了巡视检查，并且在以后的工作中应加强对变压器的油位重点监测，对其出现的问题及早发现及早处理，避免在以后造成故障，损失发电量，影响公司的经济效益。

【参考文献】
[1]李增军.风力发电工程设计方案总结及几点改进建议[J ].电工文摘,2011
[2]吴斌,江川.对500M W 及以上发电机升压变压器选型的意见[J ].电力建设
,1998。