煤矿采空区水文地质特征对巷道稳定性的影响研究

引言

煤炭作为我国重要的基础能源，其开采规模不断扩大，随之而来的是大量煤矿采空区的形成。这些采空区宛如隐藏在地下煤矿生产中的“定时炸弹”，其复杂的水文地质特征时刻威胁着巷道安全。采空区积水犹如“隐形杀手”，悄无声息地改变着围岩应力分布；地下水渗流则似“慢性毒药”，持续侵蚀岩体强度。在煤矿安全生产形势愈发严峻的当下，深入探究采空区水文地质特征与巷道稳定性之间的内在联系，已成为保障煤矿可持续发展的当务之急。

一、煤矿采空区水文地质特征下巷道稳定性凸显的问题

采空区积水是威胁巷道稳定性的首要因素。由于采煤活动破坏了地下原有的含水层结构，导致地下水大量涌入采空区并积聚。当积水水位上升至一定程度时，会对巷道底板产生巨大的静水压力。长期作用下，底板岩层会因承受过大压力而发生变形、破裂，进而引发底鼓现象。底鼓不仅会改变巷道的原有断面形状，影响通风、运输等生产环节的正常进行，还会进一步导致巷道两帮和顶板的应力集中，增加围岩失稳的风险。此外，采空区积水中的化学物质会与岩体发生化学反应，加速岩体的风化和软化过程，降低岩体的强度和完整性，使巷道支护结构所承受的荷载大幅增加，缩短支护结构的使用寿命。

地下水渗流对巷道稳定性的影响同样不可忽视。在采空区，地下水会沿着岩体的裂隙、孔隙等通道渗流。渗流过程中，地下水会对岩体产生动水压力，这种压力会不断冲刷和带走岩体中的细小颗粒，导致岩体的孔隙率增大、透水性增强，形成恶性循环。随着渗流的持续进行，巷道周边岩体的力学性质会发生显著变化，其承载能力逐渐降低。[1] 同时，地下水渗流还会改变围岩的应力状态，使原本处于平衡状态的应力场发生重新分布，在巷道周围形成高应力集中区。在高应力作用下，岩体容易产生塑性变形甚至破坏，引发巷道顶板下沉、两帮内移等失稳现象。

另外，采空区水文地质条件的不确定性也给巷道稳定性带来了潜在威胁。由于地质勘探的局限性，对采空区积水范围、水量大小以及地下水渗流规律等认识往往不够准确和全面。这使得在巷道设计和施工过程中，难以充分考虑水文地质因素的影响，无法采取有效的针对性措施来保障巷道稳定，增加了巷道在使用过程中出现安全事故的可能性。

二、煤矿采空区水文地质特征影响巷道稳定性的原因剖析

从水的物理化学性质影响来看，采空区积水富含多种化学物质，具有弱酸性或弱碱性。当水与巷道围岩接触时，会发生一系列化学反应。例如，水中的氢离子会与岩石中的碳酸盐矿物发生溶解反应，使岩石的孔隙率增大、结构变得疏松，从而降低岩石的强度和硬度。同时，水的润滑作用也不容忽视，它会减小岩石颗粒间的摩擦力，使岩石更容易发生相对滑动和变形。在长期积水浸泡下，巷道底板岩层会逐渐软化，承载能力大幅下降，进而引发底鼓现象，影响巷道的整体稳定性。

地下水渗流对巷道稳定性的影响主要体现在力学作用方面。地下水在采空区岩体裂隙中渗流时，会产生动水压力。这种压力会随着渗流速度的增加而增大，对岩体施加一个持续的冲刷力，不断带走岩体中的细小颗粒，导致岩体的孔隙进一步扩大，形成渗流通道。[2] 随着渗流的持续进行，动水压力会逐渐改变岩体的应力状态，使原本处于平衡状态的应力场发生重新分布。在巷道周围，高应力集中区容易形成，当应力超过岩体的承载极限时，岩体就会发生破坏，引发顶板下沉、两帮内移等失稳现象。

采空区地质构造与水文地质特征的相互作用也是影响巷道稳定性的重要因素。断层、褶皱等地质构造会破坏岩体的完整性，为地下水的运移提供便利通道。在地质构造发育区域，地下水的渗流速度和流量往往会显著增大，加剧了对巷道围岩的侵蚀和破坏作用。地质构造诸如断层、褶皱等，会破坏岩体完整结构，改变其力学性质，让岩体各向异性显著增强，极大提升巷道稳定分析难度。

三、保障煤矿采空区巷道稳定性的对策建议

加强采空区水文地质勘探是保障煤矿安全、应对水害威胁的基础性且关键性工作。在勘探过程中，需充分运用先进的物探、钻探技术。物探技术凭借其高效、大范围探测的优势，能快速圈定采空区的大致范围以及可能存在的积水异常区域；而钻探技术则可进一步精确验证物探成果，通过钻孔直接获取岩芯样本，精确查明采空区积水范围、水量、水位等关键信息，同时还能清晰了解地下水渗流通道的分布情况。基于这些详实的数据，绘制出精确详细的水文地质图，为后续防治水工作筑牢科学根基。构建完善的积水监测预警系统不可或缺。在采空区周边及巷道内合理布置水位、水量传感器，实现对积水变化的实时动态监测。一旦监测数据超过预设的安全阈值，系统立即发出预警信号，为及时采取疏水、排水措施争取宝贵时间。针对采空区积水，还可采用超前疏放方法，在巷道掘进前钻孔引排积水，并对巷道底板注浆加固，封堵渗流通道，防止底鼓。

根据采空区水文地质条件和巷道受力特点，优化支护设计方案。对于受水害影响严重的巷道段，可采用高强度、高刚度的支护材料，如锚杆、锚索与钢梁、钢带联合支护，提高支护结构的整体稳定性和承载能力。合理确定支护参数，通过数值模拟和现场试验相结合的方法，确定锚杆、锚索的间距、排距、长度以及预紧力等参数，确保支护结构能够有效抵抗围岩变形和破坏。此外，还可采用新型支护技术，如可伸缩性支架，它能根据围岩的变形自动调整支护强度，适应采空区复杂多变的地质条件。

建立完善的巷道稳定性监测体系，运用激光位移传感器、应力传感器等先进设备，对巷道的顶板下沉量、两帮移近量、底鼓量以及围岩应力等参数进行实时监测。[3] 通过对监测数据的分析处理，及时掌握巷道的变形规律和稳定状态，为巷道维护和管理提供决策支持。加强巷道日常维护管理，定期对巷道进行检查，及时发现并处理支护结构损坏、围岩裂隙发育等安全隐患。对变形严重的巷道段，及时进行扩修和加固处理，确保巷道断面尺寸满足生产要求，保障煤矿的安全高效生产。

结语

煤矿采空区独特的水文地质特征，如积水、地下水渗流等，对巷道稳定性构成了严峻挑战，其影响不容小觑。实践中，通过精准开展防治水工作，运用先进技术查明水患；优化支护设计以增强巷道承载能力；加强监测管理实时掌握巷道状态等一系列针对性对策，能够有效提升巷道稳定性。然而，采矿环境复杂多变，后续仍需持续深入研究，为煤矿安全生产保驾护航。

参考文献

[1] 刘昱 . 针对煤矿矿井采空区的注浆充填施工技术优化 [J].煤 ,2025,34(07):78- 80.

[2] 王晨光 , 白润才 . 露天煤矿巷柱式地下采空区安全顶板厚度估算 方 法 研 究 [J]. 露 天 采 矿 技 术 ,2025,40(03):8- 12.DOI:10.13235/j.cnki.ltcm.20240285.

[3] 刘航 . 煤矿采空区地表沉陷区地质环境修复对策探究 [J]. 能源与节能 ,2025,(05):36- 38.DOI:10.16643/j.cnki.14- 1360/td.2025.05.005.