山东微感光电子有限公司 山东济南 250100
摘要：近年来，采空区变形监测问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了其影响因素。在探讨采空区引起的地面变形的基础上，结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就区内的地面变形计算展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：采空区；变形；监测；技术
1概述
随着我国经济的高速发展，人口数量的不断增长我国对能源特别是矿产能源的需求量也不断增长。在采掘矿产资源的过程中，形成了大量的各式各样的采空区。采空区，顾名思义，就是开采造成的空洞，工作人员和操作器械随时有掉入采空区的风险，给人民群众的生命财产安全造成了不小的隐患。矿产作为一种重要的资源，已经有了多年的开采历史，但由于过度开采形成的采空一直未得到妥善的治理，有的采空区虽然反映不明显，但是成为了人类活动产生的潜在地质灾害之一，甚至部门采空区出现了大面积的地面沉陷和地面裂隙，不仅不利于矿山的安全生产和工程建设，更威胁到了人民的生命财产安全。
要想彻底的治理采空区，必须对采空区有一个全面的了解，做到对采空区的现状情况、地理位置、埋深等心知肚明，只有这样采取的治理措施才能更加有针对性，效果更佳。所以，应建立地质灾害预警系统，探索用综合物探方式探测采空区的分布，尽量减轻和预防由地下采空区印发的地址灾害。目前关于采空区的探测已经成为了一个重要的研究课题，但进展不大。本文对影响地面变形的因素进行分析，并结合实际工程地质情况进行分析，归纳出主要影响因素。
2影响因素分析
2.1地质构造
地面的变形与采空区的地质构造息息相关，地质构造对采空区地面变形的影响取决于采空区范围内有无明显的断裂现象。倘若有断裂现象，那该地区的构造对地面变形的影响一般比较大，应早作预防措施。如果没有出现断裂现象，一般不会对地面变形产生太大的影响，可加强监测，预防为主。
2.2开采厚度与宽度
影响采空区地面变形因素中，开采厚度和宽度占据着比较重要的位置，底下受力原本是平衡的，开采发生后，地表水平、竖向位移均迅速增加，裂缝带和弯曲带会随着采空区空间的缺失影响范围上升，从而使地面出现较大的沉降。随着开采的宽度增加，岩土部分暴露表面积也增大，岩土体的整体性降低，稳定性降低，导致采空区上部岩土体整体坍塌。造成物质财产甚至人员伤害。
3采空区引起的地面变形分析
各种因素综合到一起造成地面变形，而这些因素中主要有开采、埋深以及扰动地层的物理力学性质等。非连续的地面变形往往是由于变形过于集中，主要是物理性质不连续造成的。地表变化是由开采浅埋等过程中的扰动造成的，这些扰动是随机的，不连续的；开采体深埋时，输入层、中间层、输出层随机效应的叠加减弱了单一随机效应的影响，不易形成地面的不连续变形。在采动影响下，基岩裸露的地表沉陷变形是呈间断、集中分布的，在某些较弱的层面或结构面出露地表处变形集中增大，甚至产生裂隙，而在两个弱面之间的变形却相对减小，甚至降低为零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对深部老采空区残余沉降应用概率积分法进行了预计物理模拟、数值模拟和现场实测，研究结果表明：当长壁开采深厚比超过一定值后，老采空区“活化”的地表沉降表现为连续渐变，一般不会出现突然的、非连续的沉陷。
4研究区内的地面变形计算
某煤矿采空区内地表层为第四纪松散堆积物，在其表层充填着大量的垃圾，包括生活垃圾和建筑垃圾等，在堆积物之下是粉土、圆砾双层土体，采空区上方的表层岩土体便是由以上这两层岩土体构成。表层之下的地层呈现急倾斜地层，在采空区的煤层顶板处分布着砂岩和粉砂岩。从研究区内的地层情况看，采空区的上部表层土厚度在10m-30m之间，呈松散结构，强度低，易渗水，煤层被采出后形成地下空间体后，表层岩土体的自稳能力低，容易垮落或产生沉降。工程地质的特点。从区域地质构造来看，该研究区位于博格达复背斜，八道湾向斜南翼。八道湾向斜长35km，宽2-6km，轴向60°-70°，西宽东窄，南翼70°-85°，北翼40°-60°，形成不对称褶皱。其北有碗窑沟逆断层（走向55°，倾向北西，倾角70°-83°）；其东为雅马里克山断裂（走向60°-70°，倾向南，倾角70°-80°）；其西有近南北向延伸的乌鲁木齐河顺河断裂。研究区地质构造较为复杂，断裂对研究区的地层产状变化影响很大，起着控制作用，区域地质构造因素对该采空区的地面变形有很大程度的影响。
该煤矿的开采水平在第二水平，第一水平的开采已经完成，第二水平的开采尚未完成，因此，只需对第一水平采空区进行地面变形的连续性判别，保守计算取回采率为100%，计算结果大于0.3，可以得知：该煤矿第一水平的采空区引起的地面变形是连续变形。
5建议
采空区灾害在我国屡禁不止，由此造成的事故损失不计其数，不仅严重威胁到了我国煤矿安全生产，还对相关人员的生命财产安全造成了威胁，同时还严重破坏了生态环境，既不利于矿山企业的长远发展，也不利于我国经济的可持续发展。今后应当提倡以防为主，防治结合的原则。在大变形发生之前，就采取“超前”措施，开采设计时就考虑预防措施，并在开采过程中认真实施。也可在开采区使用填充采矿法、条带采矿法以及在井下支护和岩层加固的措施，这些措施的实施将有效的减小采空区灾害。
改变应力集中是处理措施的核心，使岩土体内的应力集中程度得以弱化，帮助岩土体的应力重新达到一个相对平衡的状态，从而达到对地压力的控制和管理，采空区埋深深度不同，处理方式也不同。
对于矿山地下开采造成的采空区，其处理方式可归纳为充、崩、撑、封等方法，即充填空区、崩落围岩、支撑加固空区、封闭和隔离空区。上述方法各有利弊，在实际的治理采空区的过程中很多时候并不是采用的单一方法，多数时候都是联合多种方法进行采空区治理，比如联合加固法与充填法、联合崩落法与充填法等，事实证明联合多种方法治理采空区事半功倍。同一类方法也会衍生出一系列子类方法，比如崩落法可分自然崩落法和强制崩落法；充填法可分胶结充填法、尾砂充填法、干石充填法等。充填法在处理采空区方面具有很多优势，比如充填密实、见效快和效果好等，其原理是利用地表中露天剥离的废石或选矿尾砂，建立充填系统，然后通过至采空区的钻孔或天井将块石尾砂自流或压力充填至井下采空区。但同时不可忽视充填法也存在一定弊端，那就是成本高、施工难度大、作业安全性差等，该方法最大的弊端是回填采空区的施工过程中可能会影响到矿山的开采，很容易形成得不偿失的局面。同时充填法对充填体的配比和强度要求很高，需依据不同的状况确定适宜的充填体的配比和强度。有学者专门就充填体的配比和强度进行了研究，并将相关研究成果应用在了开阳磷矿，取得了显著的经济效益，确保了安全生产。
6结束语
综上所述，加强对采空区变形监测技术的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的采空区变形监测过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1] 李晓红.西山坪隧道穿煤及采空区围岩变形特性与数值模拟研究[J].岩石力学与工程学报.2016（10）60-62.
[2] 李森林.采空区注浆处理质量检测指标及评价标准的探讨[J].工程勘察.2017（01）：115-116.
论文作者:刘春祥
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/20
标签：采空区论文; 地面论文; 岩土论文; 崩落论文; 表层论文; 地表论文; 方法论文; 《基层建设》2017年第30期论文;