0 引言

我国煤矿开采历史悠久，早期房柱式等短壁开采方式较多，小煤窑分布广泛、乱挖滥采，不仅造成大量资源浪费，而且形成大量遗弃采空区。部分采空区已垮落，而很多采空区尚未垮落或未全部垮落，存在随时突然塌陷的可能，给安全生产带来潜在隐患[1]。煤矿开采过程中，若存在同煤层悬顶采空区，其突然垮落、塌陷可能冲击隔离煤柱和密闭，给同煤层附近生产巷道带来安全隐患[2]；若上煤层是悬顶采空区，则开采下煤层时支架受到点载荷集中压力的作用，对工作面顶板支护极为不利，可能造成压架事故[3]；若下煤层是悬顶采空区，则在开采上煤层时处于底板蹬空状态，安全没保障[4]；若悬顶采空区上方存在地面建(构)筑物，其突然垮落可能对地面建(构)筑物带来破坏。例如，1961年大同矿区某煤矿房柱式开采工艺遗留采空区的顶板突然大面积整体冒落，一次性垮塌面积约为124 047 m2，地表下沉面积约124 300 m2，此次事故几乎摧毁了整个矿井并导致30人死亡；2008年12月3日，神东矿区大柳塔煤矿房柱式采空区发生大面积冒顶事故，冒顶产生的剧烈冲击波将大巷标准密闭墙冲塌2处，当时路经此处的9辆运输车被掀翻，9名运输车司机中4名司机被有毒有害气体致死，5名司机轻伤；2013年12月16日，神东矿区石圪台煤矿31201工作面发生冲击地压事故，造成121台支架被压死，工作面停产52 d，其原因是31201工作面的开采导致上覆2-2号煤层采空区煤柱遭破坏，发生整体垮落，引起顶板突然冒落而诱发事故，事故发生在交接班时间，工作面没有作业人员，未造成人员伤亡。然而地表房屋、公路、铁路及高压线塔等因悬顶采空区突然垮落造成开裂、沉降、倾斜、倒塌等破坏事故。因此，悬顶采空区是影响矿井安全生产的重大隐患之一，必须采取切实可行的采空区分类分区勘查-评估-治理-监测方案，才能消除安全隐患。

笔者从对生产要素威胁的角度，从地表、上部、同层、下部4个空间层位重新划分悬顶采空区类别，针对每个类别相关生产要素的危险性大小进行了三区划分，然后对不同类别相关的煤柱/密闭、应力集中区、“两带”、地表建(构)筑物等危险因素提出典型勘探技术方案，并在此基础上，设计了水力卸压、隔离煤柱加固及监测监控等治理技术，以期能符合矿井的实际情况，提升技术可行性，有效解决矿井悬顶危害，并为类似悬顶采空区困扰的矿井提供可借鉴的技术方法。

1 悬顶采空区定义类别及危险性分区

1.1 定义与类别

悬顶采空区是房柱式、巷柱式、刀柱式、旺采等短壁开采方式开采所形成的、顶板长期未冒落的采空区，早期小煤矿开采以房柱式开采为主。悬顶采空区内由于遗留了大量的煤炭资源，煤柱稳定性和顶板冒落规律性差，随时有塌陷的可能。因此，悬顶采空区不仅存在资源浪费大的问题，还存在悬顶采空区内遗煤容易自然发火，积水、有毒有害气体积聚容易造成重大安全隐患，极大地影响了本煤层和采空区上方或下方煤层的正常开采，也会造成地表房屋、铁路、公路、高压线塔等建(构)筑物的开裂倒塌[5]。

由于长壁采空区为全部垮落法管理顶板，一般随采随垮，基本不存在大面积悬顶威胁，采空区悬顶风险较小，而充填开采形成的悬顶采空区较为稳固，悬顶风险也较小，因此，悬顶采空区型通常依据未经充填开采的短壁采空区划分。按照具体采煤方法来划分，一般分为房柱式悬顶采空区、巷柱式悬顶采空区、房式悬顶采空区及条带式悬顶采空区等类型；按照悬顶采空区所处的时间阶段来划分，一般分为稳定阶段悬顶采空区、基本稳定阶段悬顶采空区、欠稳定阶段悬顶采空区、不稳定阶段悬顶采空区等类型；按照垮落情况，一般分为未垮落悬顶采空区、局部垮落悬顶采空区、垮落不充分悬顶采空区等类型。笔者从大面积悬顶采空区致灾类型出发，根据与生产区域相对位置，结合对生产区域的影响要素，提出一种有助于有针对性防治的划分方法，主要划分为同煤层悬顶采空区、上部煤层悬顶采空区、下部煤层悬顶采空区及地表建(构)筑物下悬顶采空区。

(1)同煤层悬顶采空区。同煤层悬顶采空区是指悬顶采空区与正在开采的煤层位于同一煤层，悬顶采空区的突然垮落对隔离煤柱及密闭的冲击危险性可能影响同煤层的安全开采[6]。

(2)上部煤层悬顶采空区。上部煤层悬顶采空区是指悬顶采空区位于现在正在开采的煤层上部，悬顶采空区的塌陷可能对下层煤安全开采带来影响，造成下层煤开采过程中液压支架的压架[7]。

(3)下部煤层悬顶采空区。下部煤层悬顶采空区是指悬顶采空区位于现在正在开采煤层的下部，属于上行开采形成的下部采空区，俗称“蹬空开采”，对上部煤层开采人员和设备会产生安全隐患，这类矿区较少，需要进行上行开采安全论证[8]。

(4)地表建(构)筑物下悬顶采空区。地表建(构)筑物下悬顶采空区是指悬顶采空区位于地表房屋、公路、铁路、高压线塔等建(构)筑物下方的一种特殊类型。悬顶采空区带来“活化”和塌陷的隐患，需要考虑对地表的影响，对地表房屋、公路、铁路及高压线塔等构成极大威胁，采空区塌陷会造成地表房屋等建筑物的开裂倒塌。

1.2 危险性分区划分

以上述类别划分为基础，结合采空区本身采出率、煤柱稳定性等特征，再综合采空区大面积悬顶危险性评价，分区综合划分原则见表1。针对评价出的采空区悬顶危险性，明确A区和B区是急需治理的，辅以隔离和监测，C区是以隔离和监测为主，辅以地表裂缝回填的综合性预防为主。

2 悬顶采空区典型勘探技术

悬顶采空区突然塌陷可能冲击采空区周边导致隔离煤柱及密闭垮塌，其遗留煤柱易造成应力集中，导致下部煤层开采过程中压架事故[9-10]；悬顶采空区垮落产生的垮落带、导水裂缝带等可能影响上部煤层安全开采，造成“蹬空”开采[11]；悬顶采空区突然垮落也可能造成建(构)筑物坍塌、裂缝等[12]。因此，有必要在治理这些悬顶危害之前，对隔离煤柱/密闭厚度、应力集中区、“三带”发育高度、建(构)筑物下悬顶范围进行有效勘探，根据勘探结果确定是否需要治理以及采用相关的治理措施。

2.1 同煤层悬顶采空区勘探技术

同煤层悬顶采空区突然塌陷造成的巨大冲击波可能冲垮密闭及煤柱，对附近生产区域造成影响，存在巨大安全隐患。因此，需要对密闭及隔离煤柱的最小安全厚度进行验算，然后采取单点地震法、瞬变电磁法对实际厚度进行探测，如果勘探厚度低于最小安全厚度，则隔离煤柱或密闭不能抵抗大面积悬顶突然垮落形成的冲击波影响，需要对隔离煤柱、密闭等进行加固处理[13]。

2.1.1 单点地震法

单点地震法探测是利用地震波在波阻抗不同的界面会产生反射波的原理来探测波在介质中的传播速度和介质的厚度[14]，因其采用单个检波器来接收单次锤击所反射回来的机械波，并对此数据进行解析得到相应的结果，因此称之为单点探测。单点地震法布置如图1所示。

以山西煤炭运销集团店上煤矿为例，针对巷道外侧帮悬顶采空区隔离煤柱厚度进行单点地震法探测，成果如图2所示。由图2可以看出，测点数量为21个，点距为10 m，测线长度为200 m，21道地震反射波曲线均有明显振幅能量异常凸起，且每一道能量异常位置相近，将该异常位置连成一条线，推断为隔离煤柱边界曲线，即为隔离煤柱厚度线，可以看出隔离煤柱厚度不超过10 m。

2.1.2 瞬变电磁法

针对悬顶采空区存在大量积水的情况，富水采空区呈现明显的低阻特征，而隔离煤柱相对富水区则呈现出相对高阻特征，不仅可以采用瞬变电磁法圈出低阻富水区范围，还能圈出相对高阻的隔离煤柱厚度范围[15]。以山西晋能控股集团泽州天安圣华煤业有限公司为例，其3号煤层存在原房柱式采空区，采用瞬变电磁法对采空区富水性及隔离煤柱范围进行探测，设计探测线1条，测线长310 m，布置测点32个，点距为10 m，探测方向为顺层0°方向，探测方向即线圈法线方向与巷道底板水平面所呈方向，探测成果如图3所示。由图3可以看出，部分区段隔离煤柱超过30 m，而部分区段隔离煤柱低于30 m。

2.2 上部煤层悬顶采空区勘探技术

针对上部煤层悬顶采空区遗留煤柱造成下部煤层开采过程中存在压架危险，尤其需要注意加强支护系统的可靠性，若顶板强度过大，可采取快速推进、增加单体支柱等加强支护的被动措施。若采用被动措施后，综采工作面液压支架压力(周期来压时)仍较大，支架富余系数低于40%时，则应该采取主动措施转移遗留煤柱带来的应力集中问题。首先可以采取应力集中区地震波CT法和槽波地震法寻找应力集中区域，然后进行卸压治理[16]。

2.2.1 地震波CT法

以新圪崂煤矿有限责任公司为例，该矿5-2号煤层基本开采完成，在开采5-3号煤层过程中，多次出现压架情况，根据压架危险性验算，5-2和5-3号煤层间距为9.39～12.30 m，小于开采安全的煤层间距临界值67.46 m，悬顶压架危险性分级中富余系数也远低于40%，划归到危险区。为了进行有效卸压治理压架问题，前期进行了应力集中区探测设计，设计采用地震波CT进行探测[17]。地震波CT采集端布置在辅运输巷侧，激发端布置在主运输巷侧，辅运输巷和主运输巷之间通过两芯信号线联接(跨过回采工作面)。为提高射线密度，获得更高的探测精度，综合考虑设备能力和探测目的，每次探测道间距(探头间距)定为6 m，炮间距(炮孔间距)为3 m，共激发23炮。每次设计探测范围走向长度为66 m，满足超前支承压力探测要求，每次探测长度66 m，66 m一个探测循环，直到工作面回采完成。地震波CT探测布置如图4所示。

2.2.2 槽波地震法

槽波地震法勘探可以有效探测构造、陷落柱等地质异常体，也可对应力集中区有效探测[18]。以晋能控股装备制造集团有限公司成庄煤矿为例，该矿5308工作面走向长2 742.5 m。槽波地震法勘探成果如图5所示，图中深色为高速区，浅色为低速区，共圈出6处相对高速异常区，除了推断异常3揭露为陷落柱，其余异常区均揭露为应力集中区。

2.3 下部煤层悬顶采空区勘探技术

当下部煤层是悬顶采空区，在开采上部煤层时，上部煤层底板必然处于蹬空状态，特别是悬顶采空区一旦突然垮落，形成的垮落带和导水裂缝带(“两带”)波及到上部开采煤层，极易造成安全事故。因此，准确勘探垮落带和导水裂缝带发育高度是评价上部煤层蹬空开采危险程度的重要依据[19]。而“两带”发育高度与开采煤层的厚度、采出率、倾角、开采尺寸、覆岩岩性、顶板管理方法等有关，应用经验公式计算可能存在较大误差，当有实测资料时，应参考实测资料进行垮落带和导水裂缝带发育高度计算。因此，对于同一地质采矿条件的矿井可以借鉴已垮落采空区的探测结果，由此计算冒采比、裂采比作为对比实测资料进行未来悬顶采空区“两带”高度的预测。以红柳煤矿为例，下部煤层房柱式开采后已垮落，上部15 m处为完整煤层，通过在下部煤层回采密闭区域外侧，朝回采区域进行矿井瞬变电磁法探测，按顶板90°、75°、60°、45°、30°、15°、0°的探测方向进行采空区垮落带和导水裂缝带发育高度探测。 矿井瞬变电磁法探测布置如图6所示。

2.4 地表建(构)筑物下悬顶采空区勘探技术

无论上部煤层悬顶采空区、同煤层悬顶采空区还是下部煤层悬顶采空区，由于煤柱留设不规则，采留比不科学，随着开采面积扩大和时间推移，煤柱可能逐渐遭到破坏，容易引起顶板突然垮落、造成大面积地面突然沉陷，地表的突然塌陷将对塌陷区内的房屋、公路、铁路及高压线塔等建(构)筑物造成破坏和影响，灾害可能会滞后开采几十年甚至上百年，沉陷程度和塌陷时间难以预测。而由于年代久远，地表也没有出现沉降、裂缝等变化，悬顶采空区位置、范围不清楚，因此，需要采用地面物探方法在怀疑存在悬顶采空区的地表建(构)筑物周边进行探测[20-21]。

以范家村煤矿地面高密度电法为例，对该矿范围内某村庄下方悬顶采空区进行探测，以探测采空区实际范围，为采空区地表沉陷、变形预计及评估采空区对居民房的影响打下基础。范家村煤矿附近村庄房屋地面高密度电法探测成果如图7所示，图中探测到2-2号煤层有2处悬顶采空区，根据该结果可以预测评估村庄房屋受悬顶采空区塌陷影响范围及程度。

2.5 基于勘探技术的危险性分区划分

在表1采空区悬顶危险性分区标准的基础上，基于以上典型勘探技术，对悬顶采空区危险性进行细分，细分原则采用物探技术可以量化的指标，对于安全系数、富裕系数、比值判别法等无法用勘探手段量化指标进行了删减，对于可以用物探手段量化的指标，均采用探测结果进行危险性分区划分。见表2。针对评价出的采空区悬顶危险性，治理方式方法与前文叙述类似。

3 悬顶采空区典型治理监测技术

大面积悬顶采空区灾害的治理方法可以分为主动消除和被动预防两大种类。主动消除的治理方法就是消除悬顶采空区，主要有采空区地面注浆治理技术、采空区残留煤柱充填回收技术、采空区露天剥离治理技术和采空区顶板卸压治理技术等；被动预防的治理方法就是减小或消除悬顶采空区大面积垮落造成的损害，主要技术是加固可能被损坏的对象。主动消除治理技术以水力致裂卸压防治上部悬顶采空区对下部煤层综采压架为例，被动预防治理以同煤层大巷隔离煤柱巷道内部加固为例。

3.1 同煤层悬顶采空区治理技术

在煤矿生产中，通过单点地震法、钻探等勘探方式发现隔离煤柱厚度达不到可以抵抗大面积悬顶突然垮落形成的冲击波影响，则需要采用加固隔离煤柱或巷道的方式进行治理[22]。以上述提及的新圪崂煤矿加固辅运大巷为例，设计采用架设槽钢并灌注混凝土墙的方式加固巷道，在辅运大巷临近房柱式悬顶采空区一侧的侧帮挖槽架设槽钢并浇筑混凝土加固，辅运大巷侧帮掏槽深度1.0 m，槽钢位于侧帮槽深0.5 m处，槽钢间距1.0 m，槽钢架设位置处沿顶底板各掏槽洞至少0.5 m，架设槽钢时将槽钢嵌入顶底板槽洞中，各延伸深0.5 m，然后浇筑混凝土将顶底板槽洞封堵，最后在侧帮掏槽处浇筑1.0 m厚混凝土墙，外侧喷浆。对于顶底板掏洞每处隔离煤柱不足20 m区域，区域两端加固长度各向外延伸不少于10 m。施工前应制定作业措施，并根据巷道规格和支护形式计算加固支护材料规格型号。隔离煤柱加固技术示意如图8所示。

3.2 上部煤层悬顶采空区治理技术

以上述提及的新圪崂煤矿为例，采用地震波CT探测的目的是为了卸压治理上部悬顶采空区遗留煤柱压架问题。为了达到预期的治理效果，采用钻孔水压致裂弱化顶板的防治技术进行治理[23-24]。

顶板预裂方案分两步实施。第一步：采前预处理，在5-3号煤层超前开切眼30 m范围内的两巷道向5-2号煤层顶板打孔压裂；第二步：结合地震波CT探测结果，在工作面两巷道及工作面内实施顶板水压致裂。水力压裂钻孔一般布置在工作面开切眼及两巷，均向工作面实体煤或顶板岩层内施工，每组钻孔根据工作面地应力场、顶板岩层岩性、厚度、强度、天然裂隙发育程度、工作面采高等条件，其孔深、间距、倾角、方位角均不相同[25]。通过进行钻孔窥视和原岩应力测试，获取顶板岩层结构、地应力方向和大小，确定实施压裂的关键层位和范围，以此来确定压裂钻孔需要达到的垂高。针对靠近煤层的中、低位关键层，超前压裂弱化，促使岩层在采动效应下随采随落，充满采空区，形成对上覆岩层的有效支撑，释放顶板中赋存的集中应力[26]。结合岩石碎胀理论，压裂垂高h计算公式如下：

(1)

式中：h——压裂垂高，m；

M——工作面采高，m；

Kp——岩石碎胀系数。

钻孔的倾角根据施工设备所能达到的最大造斜角度且不影响现场施工人员作业安全而确定；钻孔深度根据钻孔垂高和倾角进行反算得出；钻孔的间距根据水力压裂水流的扩展范围而得；此外还要控制好钻孔角度、长度及末段压裂封孔的位置，防止压裂范围对巷道原支护造成破坏。

3.2.1 采前预处理

在工作面回采过程中，为防止5-2号煤层老空区顶板悬而不冒，设计在工作面超前开切眼30 m范围内的两巷道中向5-2号煤层顶板打孔压裂。在运输巷、回风巷每隔10 m布置1个钻场，每个钻场施工4组钻孔，钻孔垂直巷道布置，与煤层夹角分别为20°、30°、40°、60°。钻孔施工顺序为1号、2号、3号、4号，钻孔需穿过5-2号煤层，到达5-2号煤层顶板以上13 m。5-2号煤层按照采高M=3.55 m计算，岩石碎胀系数Kp=1.27，计算终孔位置距5-2号煤层顶板h=13 m。5-2号煤层顶板压裂垂高促使岩层在采动效应下随采随落，能够充满采空区。当钻孔钻至5-2号煤层遇采空时，停止钻进，该钻孔用于采空区探放水及气体检测。钻孔施工过程中，若钻孔钻至5-2号煤层为实体煤时，则应继续钻进至5-2号煤层顶板上方13 m处，该孔作为水压致裂钻孔。以130 m宽的工作面为例，水力致裂钻孔布置如图9所示。

3.2.2 回采过程中水压致裂处理

采用工作面两巷道内顶板处理措施对5-2号煤层老空区上方的坚硬砂岩顶板进行处理，通过地震波CT探测应力集中区，在应力集中区附近工作面巷道内每隔10 m布置1个钻场(如果应力集中区离工作面两巷道较近则两巷道均布置)，钻场数量以覆盖应力集中区为宜，每个钻场施工4组钻孔，钻孔垂直巷道布置，与煤层夹角分别为20°、30°、40°、60°。钻孔施工顺序为1号、2号、3号、4号，钻孔需穿过5-2号煤层，到达5-2号煤层顶板以上13 m。还是以130 m宽的工作面为例，具体钻孔布置如图9(b)和图10所示。

3.3 地表建(构)筑物下和下部煤层悬顶采空区治理技术

以106团煤矿为例，在开采6、7号煤层过程中存在下部8号煤层条带式和房柱式悬顶采空区，存在蹬空开采的安全隐患。为了安全开采6、7号煤层，需充填8号煤层悬顶采空区，地表建(构)筑物下可采取类似悬顶采空区充填治理技术。8号煤层悬顶采空区相对位置关系如图11所示。

由图11可以看出，8号煤层东翼集中大巷比8号煤层悬顶采空区位置要高，8号煤层悬顶采空区要比6号煤层2603工作面及2604工作面位置要高。因此，先对8号煤层采空区进行疏放水设计，然后再进行充填治理设计，疏放水钻孔均布置在2604工作面、2603工作面巷道中，采用专用注浆巷布置注浆充填钻孔。

在2604工作面巷道开切眼向里1 100 m区段布置钻场，钻场间距为50 m，共布置23个钻场，每个钻场预计布置3个钻孔，合计69个钻孔；在2603工作面开切眼向里700 m区段布置钻场，钻场间距为50 m，共布置15个钻场，每个钻场预计布置3个钻孔，合计45个钻孔。针对出水钻场可适当加密布置钻孔。在8号煤层采空区治理区域上方及南侧新掘进1条专用注浆巷，由于DF10断层以西区域6号煤层风化烧变缺失，因此，DF10断层以西专用回风巷布置在8号煤层，沿8号煤层采空区南侧边界和东翼集中大巷中间掘进，到DF10断层附近通过暗斜井上山，向北进入6号煤层，穿过8号煤层采空区上方6号煤层，然后在8号煤层采空区南北中间区域上方沿采空区东西走向向东掘进6号煤层，穿出8号煤层采空区上方6号煤层，连接边界大巷。在DF10断层以西1 100 m专用注浆巷北帮布置1排钻场，钻场间距50 m，共布置钻场23个，在每个钻场范围内布置3个内部注浆孔，钻孔角度间隔15°，3个钻孔分别是与东翼集中大巷夹角75°、90°、105°，共布置内部注浆孔69个；在DF10断层以东1 200 m 专用注浆巷北帮和南帮各布置1排钻场，共布置48个钻场，在每个钻场范围内布置3个内部注浆孔，钻孔角度间隔15°，3个钻孔分别是与东翼集中大巷夹角75°(或-75°)、90°(或-90°)、105°(或-105°)，共布置内部注浆孔144个。探放水及注浆充填钻孔设计如图12所示。

3.4 监测监控技术

监测方法根据原理不同可分为应力监测和应变监测2类。应变监测手段主要包括：地面危险区域的地表位移监测以及深部地层位移监测；井下危险区域的围岩移动监测以及巷道变形量监测。应力监测手段主要包括井下采煤工作面压力监测、锚杆(索)应力监测以及微震监测系统[27-28]。

根据悬顶采空区实际情况，地面一般采用地面全自动监测方案对采空区顶板沉降位移进行实时监测；井下采用巷道移近量监测(或顶板离层监测)及锚杆应力监测2部分内容，对矿井受影响大巷顶板稳定性进行监测。以上述提及的新圪崂煤矿为例，矿井实际布置监测点设计主要有地表岩移监测和井下受威胁区域监测2种方案。

(1)地表岩移监测。地表岩移监测点在5-2号煤层、5-3号煤层悬顶采空区上方均有分布，初步设计为19处地表监测点，煤矿可依据初步设计孔位进行放点，如现场不具备施工条件，在原设计孔位15～20 m半径范围内存在可施工地点即可。前期先不在大巷上方布置其5处监测点，待53111以及53113工作面回采完毕后，将其5处监测点移动至顶板大巷上部。地表及井下监测点布置如图13所示。

(2)井下受威胁区域监测。井下监测点主要布置在受5-2号煤层悬顶区1影响的5-3号煤层大巷，井下设计监测大巷移近量(或顶板离层)监测点25处，设计大巷的锚杆应力监测为14处，如图13所示。

4 结论与建议

(1)结合对生产区域的影响要素，提出一种针对矿井生产要素致灾类型的大面积悬顶采空区划分方法，主要划分为同煤层悬顶采空区、上部煤层悬顶采空区、下部煤层悬顶采空区及地表建(构)筑物下悬顶采空区，分别对应着隔离煤柱及密闭、压架、“蹬空开采”、建(构)筑物等生产要素的危险性进行分类，并进行危险性“三区”划分，即危险区、较危险区和一般危险区。

(2)针对4类悬顶采空区致灾因素进行了勘探技术研究，设计了几种典型勘探技术，采用单点地震法和矿井瞬变电磁法对隔离煤柱/密闭厚度进行探测，采用地震波CT和槽波地震法对应力集中区进行探测，采用矿井瞬变电磁法对“两带”发育高度进行探测、采用高密度电法对建(构)筑物下悬顶采空区范围进行探测，为后续评估、治理提供了依据。

(3)针对悬顶采空区提出了几种典型治理与监测技术，采用水力致裂卸压防治上部悬顶采空区对下部煤层综采压架，采用隔离煤柱加固技术对同煤层悬顶采空区进行治理，采用地表岩移监测和井下受威胁区域监测技术监测悬顶采空区。

限于文章篇幅，文章研究内容主要围绕悬顶采空区对矿井生产要素的影响结果来进行悬顶采空区分类、勘探、治理、监测等，对于与悬顶采空区相关隐蔽致灾地质因素(水、火、瓦斯)考虑较少。另外，针对悬顶采空区的勘探技术、治理及监测技术较多，笔者结合矿井实际情况、技术可行性、经济效益等提出了几种典型技术，还有很多成熟技术及先进技术没有涉及。综上所述，致力于解决矿井生产要素致灾威胁的悬顶采空区评估及防控技术是近年来的研究重点，笔者抛砖引玉，期望能见到更多、更好的解决技术与方案，能更好的为矿方处理悬顶采空区这个沉疴献计献策。

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Research on the classified and zoning exploration and control technology for suspended-roof goaf

MU Yi1,2, YU Bo3, WU Zhidong3, XU Hui1,2, LI Jian1,2, SUN Qingxian1,2, ZHANG Junjian4

(1. Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute, Chaoyang, Beijing 100013, China;2. State Key Laboratory of Coal Efficiency Mining and Clean Utilization, China Coal Research Institute, Chaoyang, Beijing 100013, China;3. Chahasu Coal Mine, SPIC Nei Mongol Energy Co., Ltd., Ordos, Inner Mongolia 017209, China;4.College of Earth Sciences and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China)

Abstract In order to solve the hidden safety hazards of the sudden collapse of the suspended-roof goaf, the suspended-roof goafs are divided into four types of suspended-roof goaf types: goaf at the same coal seam, goaf at the upper coal seam, goaf at the lower coal seam, and goaf under the surface constructions or structures, and according to the dangers of typical elements such as isolated coal pillars and sealed area, supports pressing, mining over goaf and constructions (structures), the suspended-roof goaf are divided into dangerous areas, relatively dangerous areas and general dangerous areas. The exploration technology research was carried out for the four types of disaster-causing factors of the suspended-roof goaf, and several typical exploration technologies were designed. The single-point seismic method and the mine transient electromagnetic method were used to detect the thickness of isolated coal pillar or sealed area, the seismic wave CT and slot wave seismic methods were used to detect the stress concentration area, the mine transient electromagnetic method was used to detect the development height of "two zones", and the high-density electrical method was used to detect the scope of the suspended-roof goaf under constructions (structures), which provided a basis for subsequent evaluation and control. Several typical control and monitoring technologies had been proposed for the suspended-roof goaf, hydraulic fracturing and pressure relief methods were used to prevent the upper suspended-roof goaf from pressing the supports during fully mechanized mining at the lower coal seam, isolation coal pillar reinforcement technology was used to control the suspended-roof goaf at the same coal seam, and surface rock movement monitoring and underground threatened area monitoring technologies were used to monitor the suspended-roof goaf, and corresponding control and monitoring technical solutions had been designed.

Keywords suspended-roof goaf; stress concentration area; types of suspended-roof goaf;risk classification; exploration technology

中图分类号 TD32

文献标志码 A

引用格式：牟义,余波,武智东,等.悬顶采空区分类分区勘探及防控技术研究[J].中国煤炭,2023,49(7)∶44-55.DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.07.006MU Yi, YU Bo, WU Zhidong, et al. Research on the classified and zoning exploration and control technology for suspended-roof goaf [J].China Coal,2023,49(7): 44-55.DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.07.006

基金项目：中国煤炭科工集团基金重点项目(2019-ZD004)，煤科院基金(2019CX-Ⅱ-13)

作者简介：牟义(1983-)，男，山东日照人，研究员，从事矿山灾害勘查与防治技术研究与应用工作。E-mail：61673275@qq.com

(责任编辑 张艳华)