钻探勘察技术在煤矿采空区的应用

引言

中国经济的快速发展和城市化推进期间，部分地区出现了资源开发与保护失衡的情况，造成生态退化和建设用地紧张的局面。为应对可用土地不足的难题，越来越多废弃的煤矿采空区被纳入建筑用地的考量范围。然而受限于对采空区影响边界、地基稳定性等关键问题的认识不足，相关大型工程在选址、设计和施工过程中暴露出不少安全风险隐患。因此，确保工程建设安全的当务之急，是对采空区的实际规模及潜在影响范围进行详尽勘察，并落实有效的治理措施，此举不仅为工程安全保驾护航，更对生态保护与可持续发展具有重要意义。故本文以大兴安岭某煤矿工程项目的采空区为案例进行分析，探讨钻探技术在踩空区的应用。

一、煤矿采空区工基本情况与钻孔布置

项目区坐落于大兴安岭西麓根河中下游南岸的拉布林煤田中北部，行政上隶属于内蒙古自治区额尔古纳市。项目区坐落于额尔古纳市所在地拉布达林镇东侧约 3.7 公里的位置，距离海拉尔区约 137公里。

本区的第四系松散层在全区范围内均有发育，其上覆盖有煤系地层。第四系地层主要由粘土、亚粘土和砂质粘土构成，厚度一般在 7 至 3 米之间，平均厚度约为 17 米。本次采空区勘查选区钻探工程验证是我们工作的核心环节。

在充分收集资料和进行调查访问的基础上，工程队在住宅区采空区布置了 5 个钻孔，以验证和控制其分布范围。此次勘查共完成了 5 个钻孔，总钻探工程量达 475.35 米。

二、钻探勘察技术应用

（一）钻孔勘察基本情况

5 个地质钻孔最终所处的层位为上部可采煤层 4-1 煤底板以下，钻进深度介于 81.6 至 12.3 米之间，总的钻探工程量达 475.35 米。依据当下施行的《煤炭地质勘查钻孔质量标准》MT/T142-27，对钻孔的质量展开评估，得出甲级孔有 4 个，乙级孔有 1 个，甲乙级孔的比例达到了 1% 。

施工的这 5 个钻孔都实现了对 4-1 可采煤层的观测，其中 2 号孔的 4-1 煤层处于采空区状态，而其他 4 个钻孔所观察到的 4-1 煤层可采点均为有效可采区域。在施工第 2 号钻孔深入至 61 米时，监测到孔口水位急剧下降并消失，伴随而至的是掉钻现象，在该深度范围内取得的岩芯多呈破碎松散状态。测井曲线显示，在这一深度范围内，钻孔直径有明显的扩大，而密度曲线则呈现出低值反应，因此，我们确定在第 2 号钻孔的 61 至 67 米之间存在着采空区。

第 2 号钻孔与海拉尔农垦集团拉布大林分公司第八生产队住宅区房屋之间的垂直距离为 41 米。通过对所施工钻孔的煤层发育情况进行对比分析，我们认为第 2 号钻孔所揭示的采空区是由小煤窑开采 4-1 煤层造成的。采空区的分布特征与 4-1 煤层的分布特征高度吻合，呈现出走向近东西向、倾向近南北向的特点，倾角与 4-1 煤层的倾角相同，为 18°。采空区的埋藏深度在第 2 号钻孔处为 61 米，向北延伸时埋深逐渐变浅，而向南至建筑物方向延伸时埋深则逐渐加深。

（二）非危险变形区的边界确定

为了确定非危险变形区的边界，可以使用地表临界变形值来进行界定。这个值表示的是在不进行维修的情况下，建筑物能够承受的最大允许变形量。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，对于一般性的砖石结构建筑，其临界变形值被设定为：斜率 i 等于 3 毫米每米，曲率 K 等于.2 乘以 1 的负三次方每米，水平变形ε等于 2 毫米每米。根据煤炭的移动特性，移动角可以分为松散层移动角和基岩移动角。松散层移动角用符号 ψ 表示，下山移动角用符号β表示，而上山移动角则用符号γ来表示。

采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离可通过下面公式计算：

L=w+H_⋅1×ctgΨ+H_⋅2×ctgβ

式中：L—采空区地表非危险变形区的临界边界距采空区边缘的距离（m）

W—建筑物保护煤柱的围护带宽度 （m） ）

H₁ —第四系松散层厚度（m）

H₂^- —基岩层厚度 （m） ）

ψ —第四系松散层移动角（°）

β—基岩下山移动角（°）

参考《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附表 5-4，该表提供了按上覆岩性区分的地表移动角一般参数。本区 4-1 煤层上覆岩层主要由泥岩、粉砂岩和各类砂岩组成。根据附近勘查区的工程地质资料，这些岩层的单向抗压强度平均值约为 2MPa，属于软弱岩层。4-1 煤层的倾角为 18^∘ ，因此本区的岩层移动角δ为 7^∘ 。按照表中的公式，倾角α系数取.3，计算得出下岩层移动角β为 65^∘ °。

将以下确定的参数值代入采空区地表非危险变形区临界边界至采空区边缘的距离计算公式：

L=w+H₁×ctgΨ+H₂×ctgβ

=10+6.74×ctg45^∘+60×ctg65^∘

根据经验参数，我们得出采空区地表非危险变形区的临界边界距离采空区边缘为 45 米。以此为基准，我们可以确定采空区地表非危险变形区的临界边界（见图 2）。在边界线之内，我们定义为采空区地表危险变形区；而在边界线之外，则属于采空区地表非危险变形区。

总结

作为地质勘查的核心手段，钻探技术在采空区调查中具有不可替代的作用。本研究在初步圈定采空区范围的基础上，通过系统性钻探工程，精准揭示了项目区地质环境背景，确认生产队住宅区北侧存在 4-1 煤层开采形成的采空区。结合钻孔岩芯数据及煤层赋存特征，进一步推断了采空区的空间展布规律与平面边界值得注意的是，钻探划定的地表变形危险区边界与区域内砖混房屋的损毁程度高度吻合，验证了危险区判识的合理性本文聚焦煤矿采空区钻探勘察方法体系，同时也期望为采空区的工程治理提供相关的参考。

参考文献

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