对煤矿采空区的认识与勘探

对煤矿采空区的认识与勘探
作者：裴忠曹永刚李海燕田雅静
来源：《管理观察》2011年第11期
摘要：全国各地煤矿采空区频频出现的地质灾害，引起国人广泛关注。

目前我国煤矿采空塌陷面积已超过近百万公顷，因采空塌陷造成的经济损失累计已超过近千亿元，系统研究分析我国煤炭采空塌陷灾害现状及防治措施，是各地煤矿及地勘单位的当务之急。

关键词：采空区塌陷经济损失瞬变电磁法
1.概述
水灾是威胁煤矿安全生产的的主要灾害之一，近年来，随着煤矿开采深度加大，开采范围的延伸、扩展，水害威胁程度日趋加重，煤矿淹井、淹采区及水害伤亡事故时有发生，已严重制约煤矿安全生产。

为提高矿井抗灾能力，防范水害事故发生，有必要应用地球物理方法勘察煤矿采空区及周边老窑积水情况，基本摸清矿区及周边老窑积水情况，准确率可达75%以上，把水害预测评价工作真正抓细、抓实、抓好。

彻底解决煤矿水文基础资料不清、防治措施不力、技术管理弱化等问题，为煤矿在采掘活动中有效防治水害提供详实、可靠的技术依据，进一步提高煤矿基础安全管理水平。

2.煤矿采空区频出的地质灾害事故
平山县下口镇泥里河选矿厂“1.4”透水事故、本溪县煤矿透水事故、山西王家岭煤矿透水事故、新安县寺沟煤矿“12．2”特别重大透水事故、思南县棚子煤矿“7·13”较大透水事故、山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿透水瞒报事故、上栗县赤山镇高兰永胜煤矿“7·7”特大透水事故、山西省吕梁市临县招贤镇胜利煤焦有限公司樊家山井发生透水事故、贵州省黔西南州晴隆县中营镇新桥煤矿发生透水事故、湖南省娄底市冷水江市铎山镇金胜煤矿-120水平一石门上山东煤平巷发生透水（突泥）事故、山西省临汾市西郭天煜煤业有限公司新星煤矿发生透水事故、四川省内江市威远县八田煤矿发生老采空区透水事故、鸡西金利煤矿“4·4”重大水害事故是重大责任事故、鸡西市恒山区恒鑫源煤矿发生透水事故、山西郊南矿透水事故原因…等等
事故煤矿多没有查明矿井水文地质情况，特别是没有查清矿区范围内的老采空区、废弃井以及积水情况，盲目基建，为矿山基建埋下事故隐患。

大多数矿山基建掘進时不能坚持超前探水，在对矿山存在老窑水、废弃井、积水区、含水层、山体裂隙水等赋存情况不明的情况下，不能严格执行“有疑必探，先探后掘”的安全规定，而是盲目基建掘进施工，不小心把前面的老窑打通、打矿道时意外凿穿地下水、掘进时巷道上方的未知老空区底板受爆破振动影响突然垮塌、老空积水区采煤，造成煤柱突然垮落、越界开采老空区时积水下泄、放炮时震动破坏与附
近废弃矿井采空区的隔离带，造成采空区积水涌入、安全管理人员及从业人员素质差，安全基础管理工作不落实、监管人员业务素质不高、管理混乱，事故发生后隐瞒不报、相关人员逃匿、谎报被困人数、隐瞒井下被困人数、转移被困人员家属、转移账户资金等。

3.采空区事故分析
1）采空区事故的地质原因。

埋藏于地下的各种大小矿体被采动、掘空后，矿体上部覆岩的力学平衡就会被打破。

在重力和应力作用下，便产生裂隙和断移，地下水乘虚而入，通过裂隙向采空区渗漏，最终形成“地裂—火区—地表裂陷”的恶性循环。

2）采空区的地质规律。

根据专家研究，随着采煤量的增加，煤层上覆的围岩开始下沉变形，当变形波及地表时，就在采空区上方形成断裂带及地表塌陷坑。

从宏观总体上看，采空区积水率为30%—50%。

3）老空区周边开采应慎之又慎。

如果老空区旁边从事开采活动，老空区可能活化（活动变化），尤其因为地质资料少，煤矿断层延伸一二百米，一旦受水浸泡，进而导致事故发生。

4）治理采空区塌陷必须在专家的指导下，对采空区进行实地考察、评估，并成立相关工作组，依托过硬的勘察、设计及施工技术实施综合治理。

4.防止事故措施
1）透水事故主要就源于老空积水。

建设单位应该对井田范围内的采空区、古空区调查清楚，坚持“有疑必探，先探后掘” 的探放水原则，圈定采空区范围，确定采空区积水地点、积水量和积水标高，针对矿井积水、积气情况制定相应的防治措施。

2）瞬变电磁勘探
瞬变电磁法（简称TEM）是利用不接地回线或接地线圈向地下发送脉冲电流，以激励探测目标体感应二次电磁场，脉冲间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次场随时间变化的响应。

其优点是：①同样的探测深度，瞬变电磁法远比其它方法要使用的时间更短，速度更快；
②探测深度跨度大，可以探测5000米以上；③信息量大，最多可以得到4096个数据；④采用算术等间隔窗口观测的数据，事后处理能力强。

可以通过剔除、滤波方法提高信噪比，特别是可以采用当前认为滤波效果最好的小波滤波技术；⑤对低阻地质体有更佳的探测效果，特别对磁铁矿类矿体的探测效果更佳。

瞬变电磁法适用于含良导体的金、铜、镍、铅、锌矿床及水，以及高阻异常体等。

但瞬变电磁法实际应用中的问题。

如地面磁性体干扰、工业电磁信号干扰、周期电信号干扰等。

实践表明，物探资料的解释结果能达到70％—80％的准确率，同时辅以其他其它方法如钻探等，相互验证，以提高资料解释的准确率。

3）资料解释。

资料解释工作中充分利用现有的地质、钻孔及采矿过程中的一些地质、水文等资料，并注意野外实地调查，及时分析已知资料，统计各电性参数，研究电阻率与电性层的对应关系。

解释中，首先分析已知钻孔资料与TEM对应关系，总结出本区总的解释原则，再结合地质、含水层视电阻率值的大小及层厚和埋深等因素，由点到线，由线到面，解释区内煤层采空区及采空区的积水性情况。

4）预期成果。

物探报告文字、实际材料图、地质电法勘探相应深度视电阻率平面图、地质电法勘探目的煤层被破坏平面图、柱状图、等视电阻率断面图册等。

5.结语
通过实践，瞬变电磁测深在沉积地层和推覆构造地区的应用效果是比较好的，在复杂的Ⅳ、Ⅴ类地区施工该方法也比较灵活，适应性较强。

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参考文献：
[1] 杨建军.吴汉宁.冯兵.等.煤矿采空区探测效果研究[J].煤田地质与勘探.2006. 34(1):67- 69.
[2]牛之裢：瞬变电磁测深原理[M] (全文)，北京：地质出版社，1993.
[3]吴有信.方含珍.潘启章.等.煤矿地质灾害的地球物理特征与勘察实例[J].安个与环境工程.2003 10(2):53- 56.。