引言：我国是煤炭资源大国，随着经济的发展，煤炭开采量不断增加，一些地区出现了不同程度的采空区。采空区地表变形破坏会导致地面塌陷、河流断流、建筑开裂等地质灾害，严重威胁人民生命财产安全，造成巨大的经济损失。目前，我国大多数煤矿开采采用地面留设煤柱的方法进行开采，煤柱尺寸与采空区规模不匹配，导致煤柱破坏后产生的采空区不能及时得到治理和处理。

一、煤矿采空区地质灾害概述

煤矿采空区地质灾害是指由于煤矿开采导致地表变形破坏，形成采空区，引起采空区范围内的地面塌陷、房屋开裂、地表沉降等地质灾害。目前，对于煤矿采空区地质灾害的治理，主要有两种方法：一是通过注浆加固技术对采空区进行治理，二是通过充填法进行治理。而注浆加固技术虽然成本较低，但在处理煤矿采空区时存在一定的局限性，如由于注浆材料和工艺的限制，不能处理较大规模的煤矿采空区；充填法虽然成本较高，但能够有效降低采空区的地表变形破坏程度，但需要对已有采空区进行合理规划设计，需要投入大量的人力物力。

二、风险评估模型建立

（1）根据徐州某矿采空区地质灾害的危险性评估结果，确定采空区地质灾害的危险等级为高度危险（I级）。（2）根据徐州某矿采空区地质灾害风险评估结果，将该煤矿采空区的地质灾害风险等级划分为五级，其中：风险等级Ⅰ级：采空区内存在较大的地质灾害隐患，需要对该采空区进行处理，并将该采空区地质灾害风险等级划分为三级，即中度风险（I级）、高度风险（Ⅱ级）、极高度风险（Ⅲ级）。

三、注浆加固治理方案优化

3.1注浆加固原理

由于采空区中存在大量的裂隙、空洞等，为提高采空区的稳定性，需要采用注浆加固方法对其进行处理。注浆加固是指通过浆液将采空区中存在的裂隙、空洞等连通起来，形成整体，提高采空区的稳定性。通过注浆将浆液均匀地注入采空区中，以填充和填充采空区的孔隙和裂隙，并使浆液凝固硬化后，达到加固和增加采空区稳定性的目的。在进行注浆加固时，需要根据实际情况选择合适的浆液类型。一般情况下，当采空区岩体处于不稳定状态时，选择无水灰浆进行注浆加固；当岩体处于稳定状态时，选择水泥浆进行注浆加固。

3.2注浆加固方法

（1）柱状注浆法：通过钻孔将浆液注入采空区内，使浆液在采空区内的裂隙和孔洞中扩散、凝结，以达到加固采空区的目的。（2）梅花状注浆法：将注浆孔按梅花形布置，并在每个梅花形注浆孔周围布置若干个注浆孔，孔距根据不同情况确定。（3）点状注浆法：在采空区内每隔一定距离布置若干个注浆点，将水泥浆、水泥砂浆等浆液通过注浆孔注入采空区内。（4）条带式注浆法：在采空区内沿裂隙或孔洞分布方向布置若干条平行的注浆带，以注浆孔为中心，在一定距离内，采用点状式注入的方式进行注浆。条带式注浆一般采用水泥砂浆或水泥、水玻璃等浆液。

3.3方案优化策略

将注浆改造为采空区治理措施。针对采空区的实际情况，在保证注浆效果的基础上，将注浆改造为采空区治理措施，通过改变采空区的物理力学性质，如增加裂隙、孔洞等方式，达到治理采空区的目的。由于煤矿采空区的变化具有一定的滞后性，且在地表变形监测过程中难以确定地面变形的变化趋势，因此，可以将注浆改造为地表变形监测措施。从源头上防止发生地质灾害事故，避免对生命财产造成损失。在做好采空区治理措施的基础上，对采空区进行全面的监测和治理。

四、稳定性验证

4.1稳定性分析方法

采用三维建模的方法，对采空区进行建模，按照原设计方案模拟治理前后的采空区稳定性。采空区模型尺寸为长60m，宽30m，高15m，边界条件为均布荷载200 kN/m，边界条件为均布荷载300 kN/m。采用强度折减法进行稳定性分析，模拟计算结果如图4所示。注浆加固前采空区的顶板最大下沉值为1-2 mm，注浆加固后的最大下沉值为0-6 mm。在注浆加固施工过程中，由于工作面的推进速度快，在治理范围内影响范围较小，且采空区的顶板均已压实，在没有出现其他异常情况下，可以认为注浆加固后的采空区已满足了稳定性要求。

4.2模拟计算

考虑注浆加固方案对采空区稳定性的影响，对原设计方案进行模拟计算，通过分析，结果如下：（1）原设计方案的最大下沉值为1-2 mm，注浆加固后的最大下沉值为0-6 mm，说明注浆加固后的采空区已经满足了稳定性要求；（2）在注浆加固前后，顶板围岩的应力分布情况基本一致，随着工作面的推进，顶板围岩中应力集中现象逐渐消失；（3）顶板应力最大值出现在距离工作面底板50m处，这主要是由于采空区的顶板受到了采动应力的影响，同时由于采空区顶板在进行注浆加固时进行了压实处理，使得顶板岩层的整体强度得到了提高。

4.3稳定性验证结果分析

经分析计算，原设计方案和优化设计方案的稳定系数均大于1，说明原设计方案和优化设计方案均具有较高的稳定性。同时，对比注浆前后的围岩应力分布情况可以发现，注浆加固后的围岩中最大应力值为21.6 MPa，相比原设计方案减小了约2 MPa，说明注浆加固对采空区围岩稳定性的影响较小。通过对注浆后的围岩进行取样分析，其岩石强度在9 MPa左右，处于稳定状态。另外，由于注浆加固对采空区顶板岩层进行了压实处理，使得顶板岩层整体强度得到提高。综上分析，优化设计方案的采空区稳定性符合相关规范要求。

结语

为减少煤矿采空区地质灾害发生的可能性，在开展采空区地质灾害风险评估的基础上，采用理论计算、数值模拟以及稳定性验证等方法，对煤矿采空区的注浆加固治理方案进行了优化设计。研究表明，采用注浆加固的方法可以有效提高采空区的围岩稳定性，保证了地表建（构）筑物的安全，是一种有效且可行的采空区治理方案。注浆加固方法对煤矿采空区的地质灾害风险评估与治理方案优化设计是一种有效的方法，在进行地质灾害风险评估和治理方案优化设计时，应根据评估区域地质灾害发育特征以及相关规范要求，合理选择评价方法和治理方案。

参考文献:

[1]洪五华.贵州省某关闭煤矿山地质灾害环境风险分析与评估[J].西部探矿工程,2022,34(08):140-143+146.

[2]胡瑜恬，胡嘉敏，李井峰，等。煤矿采空区硫酸盐还原菌与产甲烷菌相互作用及其环境效应研究进展[J/OL]。煤炭学报，1-14[2025-10-21].

[3]张雷林，李婉婷，文辰辰。煤矿采空区惰化煤结构演化及自燃活化机制[J/OL]。煤田地质与勘探，1-11[2025-10-21].

[4]宋双林，闫树福，刘磊，等。煤矿采空区火与瓦斯复合灾害实验系统设计[J/OL]。工矿自动化，1-11[2025-10-21].

[5]裴雁飞,李永军,褚俊峰.马军峪煤矿采空区“三带”分布规律研究[J].煤炭与化工,2025,48(09):124-128.