我國建(構(gòu))筑物場地下伏煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)進展

劉小平

(1.中煤科工生態(tài)環(huán)境科技有限公司，北京 100013；2.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；3.西安理工大學 巖土工程研究所，陜西 西安 710048)

我國將長期處于城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進程中，城市建設(shè)、交通運輸、煤電煤化工、水利水電等重大工程建設(shè)中遇到地下煤礦采空區(qū)威脅將越來越嚴重，煤礦本身也遭受老采空區(qū)積水突出、瓦斯溢出等災(zāi)害的困擾。自1992 年太舊高速公路采空區(qū)處治工程實施以來[1-2]，我國煤礦采空區(qū)場地上方進行工程建設(shè)經(jīng)歷了近30年工程實踐，采空區(qū)勘察、設(shè)計、施工及質(zhì)量檢測方面積累了一定經(jīng)驗，并在建筑[3]、公路[4]、地礦[5]、鐵路[6-8]等不同行業(yè)建立了相應(yīng)技術(shù)規(guī)范與標準，為采空區(qū)場地工程建設(shè)及安全運營提供技術(shù)保障。但受我國煤礦采空區(qū)類型、規(guī)模及賦存條件差異的影響，不同地區(qū)及行業(yè)對煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)的認識仍然存在一定偏差及誤區(qū)。煤礦智能化開采、N00 工法等開采工藝的變革，高速鐵路、超高層建筑、南水北調(diào)等重大工程建設(shè)對地層強度、變形與滲漏等方面的特殊要求，給采空區(qū)勘察工作帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)，使現(xiàn)有勘察技術(shù)手段及規(guī)范標準依然不能滿足工程快速建設(shè)的實際需求。筆者全面回顧我國煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)發(fā)展歷程，總結(jié)勘察工作中面臨的主要問題，分析煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)發(fā)展趨勢，展望需要進一步研究的技術(shù)問題，以期為防治采空區(qū)災(zāi)害提供參考。

1 我國煤礦采空區(qū)勘察工作發(fā)展歷程

1.1 太舊高速公路采空區(qū)科研攻關(guān)

1993-1997 年，山西省交通廳成立“太-舊高速公路采空區(qū)勘察處治科研課題組”，針對我國第一條高速公路下伏采空區(qū)隱蔽災(zāi)害問題，開展“高等級公路路基下伏空洞的危害程度勘察、處治及質(zhì)量檢驗技術(shù)研究”。歷時5 年研究，課題組構(gòu)建了不同地質(zhì)采礦條件下工程地質(zhì)模型，提出包括工程地質(zhì)測繪、工程物探、工程鉆探及原位測試等勘察工作程序(圖1)[1]，研究不同地形及埋深條件下的采空區(qū)平面、剖面的物探最佳組合方法(表1)[1]，得出采空區(qū)頂板垮落帶、導水裂隙帶及彎曲變形帶的具體高度數(shù)據(jù)與開采煤層厚度的比例關(guān)系，提出以有限單元數(shù)值方法和宏觀預測方法為主，結(jié)構(gòu)力學分析法為輔的成套評價采空區(qū)穩(wěn)定性的方法，針對建(構(gòu))筑物不同功能初步提出了相應(yīng)的處治與否的界限標準。該階段所取得的技術(shù)成果，系統(tǒng)性強，實用價值高，勘察綜合應(yīng)用技術(shù)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平和國際20 世紀90 年代先進水平。本階段的研究成果先后在山西晉焦高速公路、山東京福高速公路、河南晉焦高速公路、新疆烏奎高速公路、陜西西銅高速公路等建設(shè)中得到推廣應(yīng)用。

表1 不同空洞埋深下采空區(qū)地球物理勘探方法組合[1]Table 1 Combination of geophysical exploration methods for goaf under different buried depth[1]

圖1 采空區(qū)勘察工作程序[1]Fig.1 Procedures of exploration work in goaf[1]

1.2 《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細則》制定與發(fā)布

針對我國煤礦地質(zhì)條件復雜、采空區(qū)類型多樣等特點，科技工作者圍繞物探方法的有效性與多解性[9-12]、殘余變形預測[13-15]、地基穩(wěn)定性評價[16-19]等方面開展了有益探索。2008-2011 年，山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院在充分調(diào)研、全面總結(jié)太舊高速公路采空區(qū)處治后我國近20 年來采空區(qū)公路設(shè)計與處治工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，主編了我國采空區(qū)處治領(lǐng)域的第一部行業(yè)規(guī)范《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細則》[4]，對規(guī)范勘察技術(shù)活動及提高勘察成果質(zhì)量起到積極作用。該規(guī)范中，規(guī)定不同階段的勘察技術(shù)要求及勘察報告編寫內(nèi)容；提出結(jié)合公路等級及工程類型、采用定性與定量相結(jié)合的方法，對采空區(qū)給進行穩(wěn)定性評價，并區(qū)分了公路工程采空區(qū)場地穩(wěn)定性與公路工程地基穩(wěn)定性評價；規(guī)定采空區(qū)穩(wěn)定性評價的標準(表2)；增加了井下測量及工后質(zhì)量驗收標準規(guī)定。該階段研究工作，充分結(jié)合我國采空區(qū)公路建設(shè)的實際情況，以公路工程建設(shè)為導向，對太舊高速公路的研究成果及20 多年實踐經(jīng)驗進行了全面的批判性吸收、借鑒與提升，也成為建筑、水利、電力等其他行業(yè)采空區(qū)勘察工作的主要技術(shù)依據(jù)。

表2 采空區(qū)地基容許變形值[4]Table 2 Allowable deformation value of goaf foundation[4]

在此期間，中國鐵路設(shè)計集團有限公司(2004 年)開展鐵路、公路采空區(qū)勘察設(shè)計工作，積累了一些工作經(jīng)驗，編制了簡單明了的《采空區(qū)工程地質(zhì)勘察設(shè)計實用手冊》。附錄中引用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(2000 年)中的典型工作面觀測站地表移動實測參數(shù)表、部分礦區(qū)地表移動實測參數(shù)表及保護煤柱留設(shè)算例，實用性較強。鐵路行業(yè)多年工程實踐的技術(shù)成果編入了TB 10003-2016《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》[6]、TB 10120-2019《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》[7]及TB 10027-2012《鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程》[8]。

1.3 《煤礦采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》制定與發(fā)布

隨著國家城鎮(zhèn)化進程加快，烏魯木齊、平頂山等礦業(yè)型城市將城市郊區(qū)(縣)煤礦采空區(qū)逐步發(fā)展為城市建設(shè)中心，城市發(fā)展與煤礦采空區(qū)之間的矛盾日益突出，大量工業(yè)與民用建筑無法避讓采空區(qū)。根據(jù)我國土木工程行業(yè)特點，2014 年中國煤炭建設(shè)協(xié)會主編、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《煤礦采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》[3]。與《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細則》相比，該規(guī)范針對一般土木工程建設(shè)項目，增加了采動邊坡勘察與穩(wěn)定性計算內(nèi)容，完善了施工勘察技術(shù)要求，突出小煤窯采空區(qū)勘察技術(shù)難點，歸納總結(jié)采空區(qū)穩(wěn)定性評價的各種方法(開采條件判別法、極限平衡法、概率積分法、數(shù)值計算法等)，增加了采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性評價內(nèi)容，提出采空區(qū)場地建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程治理的綜合防治措施規(guī)定(表3)。該階段對采空區(qū)勘察與評價認識更加全面與系統(tǒng)，尤其是將采空區(qū)處治與地面建筑抗變形設(shè)計統(tǒng)籌考慮，是一種務(wù)實的處理方法。

表3 采空區(qū)場地工程建設(shè)適宜性評價分級[3]Table 3 Grading table for suitability evaluation of engineering construction in goaf sites[3]

1.4 《采空塌陷勘查規(guī)范》制定與發(fā)布

根據(jù)國務(wù)院第394 號令《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》，為避免或減輕采空塌陷災(zāi)害造成的損失，維護人民生命財產(chǎn)安全，提高采空塌陷防治技術(shù)水平，中國地質(zhì)災(zāi)害防治工程行業(yè)協(xié)會組織、中煤科工集團西安研究院有限公司牽頭主編的《采空塌陷勘查規(guī)范》于2018 年發(fā)布[5]。該規(guī)范以采空區(qū)塌陷災(zāi)害防治為切入點，針對煤礦及其他地下資源開采形成的采空區(qū)可能造成的危害，對不同勘查階段中采礦情況調(diào)查、地表變形測繪等基礎(chǔ)性工作做了詳細具體的規(guī)定，對采空區(qū)勘探中鉆探的探查驗證目的與技術(shù)要點進行了要求，穩(wěn)定性評價中更加突出地質(zhì)采礦條件分析與類比，弱化了概率積分法、極限平衡法及數(shù)值計算的相關(guān)規(guī)定，對勘查成果的文字章節(jié)、附圖(件)等方面做了明確規(guī)定。該階段全面汲取了勘察行業(yè)一些不規(guī)范、脫實就虛做法引起的失敗工程經(jīng)驗教訓，糾正了勘察中“全場地均勻布置勘探孔，造成勘察成本巨大”“采用潛孔錘鉆探工藝”“鉆進過程中泥漿護壁”“地質(zhì)編錄缺少采空塌陷特征描述與記錄”“巖心中采動裂隙，現(xiàn)場識別不準確”“物探方法選擇不正確”“數(shù)值計算計算工況及邊界條件選擇不當”等問題，對采空區(qū)勘察與評價工作要求更加務(wù)實，使我國采空區(qū)勘察與評價技術(shù)回歸到基本的工程地質(zhì)問題中。該規(guī)范指導下開展了彬長輸配水工程、亭口水庫、濟寧任城區(qū)采煤沉陷區(qū)綜合治理、HJD 隧道等多項重大工程的采空區(qū)勘察工作。

1.5 重大工程的建設(shè)有力地推動勘察技術(shù)進步

為解決重大工程建設(shè)采空區(qū)勘察中的特殊問題，需要不斷地引進與研究新的勘察方法，提高采空區(qū)勘察精度與效率，滿足工程建設(shè)的需求。亭口水庫庫區(qū)采空區(qū)[20]、子長紅石峁水庫壩基采空區(qū)處治[21]中，滲漏與滲透破壞是無法回避的問題，勘察中使用壓水試驗、抽水試驗、電測井等手段查明地層的滲透特性，估算地層滲透系數(shù)。合鳳高速小河溝特大橋采空區(qū)勘察中[22]，使用鉆探繩索取心、VSP 地震勘探、多參數(shù)測井等技術(shù)，精細識別地層中采動裂隙分布特征，確定定向鉆孔水平段的鉆進層位。濟寧任城區(qū)采煤沉陷區(qū)進行城市高強度商業(yè)開發(fā)中[23]，采用高密度三維地震勘探、VSP 勘探等物探方法查明地層的裂隙優(yōu)勢發(fā)育方位(圖2)[24]、各向異性(圖3)[24]及裂隙密度與主應(yīng)力場(圖4)[25]，反演采動巖體的彈性矩陣系數(shù)[26]，估算地層剩余孔隙率，為進一步優(yōu)化注漿方案、控制場地采空區(qū)殘余變形提供技術(shù)依據(jù)。寶日希勒露天煤礦采空區(qū)為“扒大窯”式開采所形成，地下殘留空洞高度超過20 m，勘察中使用孔內(nèi)激光掃描技術(shù)[27]，精確測量地下殘余空洞的位置與范圍，大幅減少地面鉆探工程量，節(jié)省工程投資。HJD 隧道變形研究中采用CPⅢ高精度監(jiān)測技術(shù)與裝備[28]，捕捉1～2 mm/mon 的軌道變形矢量，為研究采礦活動與隧道變形時空關(guān)系提供直接證據(jù)。引入上述新方法，進一步加深了采空區(qū)覆巖精細結(jié)構(gòu)、毫米級殘余變形、采動覆巖強度等特性的認識。

圖2 不同深度地震波反演統(tǒng)計裂隙方位玫瑰圖[24]Fig.2 Rose diagram of fracture azimuth based on seismic wave inversion at different depths[24]

圖3 不同深度采空區(qū)覆巖各向異性變化曲線[24]Fig.3 Variation curves of overburden anisotropy in goafs of different depths[24]

圖4 采動覆巖孔隙度與主應(yīng)力場平面分布[25]Fig.4 Porosity of the overburden rock under mining and plane distribution of the main stress field[25]

2 煤礦采空區(qū)勘察面臨的技術(shù)問題

2.1 勘察大綱編制指導性不強

勘察大綱是采空區(qū)勘察工作的基礎(chǔ)性、指導性技術(shù)文件。工程實踐中，勘察前期，應(yīng)高度重視現(xiàn)場踏勘，深入研究對應(yīng)的工程問題，全面認識工程地質(zhì)條件，對地形、地質(zhì)、采礦等因素進行系統(tǒng)分析，選擇適當?shù)奈锾椒椒ǎ贾煤侠淼尿炞C鉆孔，提高測試方法的適宜性。編制的勘察大綱應(yīng)組織專家進行咨詢及評審，確保所編制的勘察工作大綱的嚴謹性，具備很強的指導性，從根源上提高實際勘察外業(yè)成果的質(zhì)量。

2.2 鉆探技術(shù)要求與采空區(qū)勘察工作結(jié)合不夠緊密

因歷史及體制原因，從事鉆探工作的技術(shù)隊伍除了私人鉆機老板外，多為各省地礦局下屬地質(zhì)隊或煤田地質(zhì)局下屬地質(zhì)隊，他們將從事資源勘探、巖土工程勘察的工程經(jīng)驗應(yīng)用到采空區(qū)勘察中。鉆探過程中，不能采用泥漿護壁方式鉆進，需要準確觀測采空區(qū)覆巖沖洗液消耗量，如實記錄采空區(qū)部位掉鉆信息(孔口吸風、吹風等特殊現(xiàn)象)，提高巖心鑒定與地質(zhì)編錄的針對性(采動裂隙發(fā)育的深度、傾角、裂隙面形態(tài)等)，從基礎(chǔ)工作與原始資料上，提高采空區(qū)勘察成果的準確性及可靠度。

2.3 物探成果難以滿足工程勘察需求

房柱式、巷柱式等小煤窯開采所形成采空區(qū)的地面建(構(gòu))筑物存在重大安全隱患，且開采歷史久遠，采礦資料缺失，走訪調(diào)查困難，有限的地面垂直鉆孔難以準確查明地下殘留空洞，只能依靠物探手段對采空區(qū)進行探測?？辈鞂嵺`中，常規(guī)地面物探方法及若干井孔地球物理測試技術(shù)：如高密度電阻率法[29]、高分辨率地震勘探[30]、地質(zhì)雷達[31]、井內(nèi)電法[32]、激光掃描[33]等方法手段的簡單運用較多。但受科研氛圍、市場環(huán)境、技術(shù)水平等諸多因素影響，我國煤礦采空區(qū)物探成果可靠度與可信度總體偏低，物探資料存在多解性與模糊性，采空區(qū)準確定性、精準定位與量化評價技術(shù)現(xiàn)狀，依然不滿足工程建設(shè)對采空區(qū)勘察工作實際需求。

2.4 勘察成果綜合分析不夠深入

我國煤炭資源賦存條件復雜、地下煤炭資源開采方式多樣、煤炭生產(chǎn)管理不規(guī)范等因素，導致地下采空區(qū)類型、分布及范圍非常復雜。勘察工作中，電法、地震等物探數(shù)據(jù)往往獨立解釋與分析，需要對各種物探成果進行對比解釋與綜合分析，開展多種物探方法聯(lián)合反演工作；充分有效利用測井、VSP 勘探數(shù)據(jù)為地面地震勘提供反演參數(shù)；提高物探異常區(qū)驗證鉆孔布置的針對性。加強地質(zhì)調(diào)查和測繪工作及鉆探、物探成果的相互驗證與解釋工作的嚴謹性與科學性；提高勘察成果三維可視化程度，利于成果的展示與應(yīng)用，全面系統(tǒng)地對地質(zhì)、采礦、測繪、物探及鉆探等成果進行總結(jié)與分析。

2.5 采空區(qū)場地特殊巖土問題研究不足

對于場地穩(wěn)定性要求嚴格的采空區(qū)，殘余變形預測是關(guān)鍵。采用數(shù)值計算方法預測時，需要將采空區(qū)引起覆巖移動的長期時間效應(yīng)考慮進去，不能僅模擬開采結(jié)束后的總變形量，保持計算工況與工程實際的一致性。采用概率積分法預測時，常應(yīng)用等效采高法、下沉系數(shù)折減等方法進行計算，預測結(jié)果精度較低。對于采空區(qū)影響水利工程滲漏與滲透破壞時，不僅需要覆巖“三帶”發(fā)育高度探測、防(隔)水巖柱設(shè)計等煤礦防治水方面的知識，還要對現(xiàn)場采動地層滲透性、完整性進行原位測試，緊密結(jié)合工程實際。對于利用地下巨型鹽腔空洞儲存石油、液化天然氣的工程，加強對巖層完整性、溶腔密閉性、污染物遷移等方面的研究工作。這些特殊巖土工程問題的解決，既要遵循煤礦采空區(qū)勘察的一般性原則，還要緊密圍繞特殊的工程條件與地質(zhì)環(huán)境開展工作。

3 煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 勘察工作趨向規(guī)范化和系統(tǒng)化

隨著《煤礦采空區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》《公路采空區(qū)設(shè)計與施工技術(shù)細則》《采空塌陷勘查規(guī)范》的實施，勘察工作趨向規(guī)范化。逐步形成以工程地質(zhì)專業(yè)為主導，地球物理勘探等多專業(yè)配合的勘察技術(shù)路線：以采礦情況調(diào)查和地表變形觀測為基礎(chǔ)，選擇適宜的物探方法進行探測，利用適量鉆孔探查驗證，然后預測計算采空區(qū)殘余變形量、滲透量等，開展建(構(gòu))筑物地基、場地穩(wěn)定性與適宜性評價，結(jié)合地面建(構(gòu))筑物功能特征及允許變形量，評價采空區(qū)對擬建工程的危害程度，建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與采空區(qū)治理一體化。

3.2 更加重視地質(zhì)調(diào)查、變形監(jiān)測與分析

物探解譯的多解性及地面垂直鉆孔“點式”勘探的局限性，仍將長期制約著采空區(qū)勘察成果的可靠性與準確性。采空區(qū)是人類在開采地下資源中形成的，總會遺留一定的采礦線索?？辈熘袘?yīng)根據(jù)礦產(chǎn)資源露頭線、礦產(chǎn)等厚線、含水層等地質(zhì)資料，初步判斷采空區(qū)的層位與范圍；根據(jù)井筒位置、開拓方式、回風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等采礦資料，估算采空區(qū)巷道延伸的方向、開采的區(qū)域；根據(jù)礦區(qū)邊界、井田邊界、盤區(qū)界限、礦權(quán)設(shè)置、采礦歷史沿革、開采方式、產(chǎn)量規(guī)模等，初步分析采空區(qū)是否存在越界開采；根據(jù)礦山開采方式、工作面布置、頂板管理方法，初步判斷采空區(qū)覆巖完整性、殘余空洞體積、場地穩(wěn)定性等工程地質(zhì)條件。高精度遙感、雷達、無人機測繪、Insar 監(jiān)測等新技術(shù)與傳統(tǒng)的調(diào)查測繪進行融合，實現(xiàn)對采空區(qū)空間位置及塌陷變形范圍的宏觀判斷。列車動檢測等新型監(jiān)測技術(shù)[34]、分布式光纖監(jiān)測技術(shù)[35]等不斷引入到采動巖體變形監(jiān)控中。調(diào)查與監(jiān)測的作用進一步凸顯，尤其對于小煤窯、不規(guī)范礦山開采所形成的采空區(qū)勘察更為有效。

3.3 定向鉆進技術(shù)在勘察中廣泛應(yīng)用

對嚴重威脅建(構(gòu))筑物安全的地下采空區(qū)，可以采用定向鉆進技術(shù)進行“靶向”勘察，定向鉆孔主孔軌跡沿著采空區(qū)的礦產(chǎn)層位鉆進、也可以順著較為完整的采空區(qū)頂板巖層鉆進并向采空區(qū)層位開分支孔進行勘察。當對于遇到大的空洞或裂隙，可以根據(jù)地質(zhì)采礦條件及地面建筑物功能要求，采用前進式注漿的方式進行充填后繼續(xù)向前勘察，也可以使用重新開分支、造斜等技術(shù)避開后繼續(xù)向目標層鉆進探測，地面、井下定向鉆進技術(shù)在采空區(qū)勘察中將廣泛應(yīng)用。

3.4 高效工程物探技術(shù)引進與研發(fā)

重大工程中采空區(qū)的特殊巖土問題、工程實施環(huán)境條件硬約束，使得常規(guī)的采空區(qū)空間位置與分布范圍的勘察，逐步提升至采動地層裂隙精細描述與覆巖滲透性、強度及變形特性定量測試。要實現(xiàn)這些目標，需要不斷引進油氣藏地震勘探方法中前沿性技術(shù)，比如多方位、寬頻帶、全數(shù)字三維地震勘探技術(shù)[24]，井中多波多參數(shù)VSP 方法及三維R-VSP 技術(shù)[24]，多參數(shù)測井與反演技術(shù)、鉆孔窺視與成像技術(shù)等。根據(jù)煤炭資源賦存的埋深、厚度、結(jié)構(gòu)以及采空區(qū)規(guī)模、地層完整性等工程特性，進一步研發(fā)低成本震源激發(fā)裝置、高效率的地面觀測系統(tǒng)和特別適用于地下采空區(qū)勘察的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，開發(fā)滿足采空區(qū)勘察要求的數(shù)據(jù)處理流程、方法與配套軟件，使煤礦采空區(qū)精細勘察水平滿足重大工程建設(shè)技術(shù)要求。

3.5 信息化技術(shù)與勘察工作深度融合

智能化礦山建設(shè)速度持續(xù)加快，融合鉆探、物探等多元信息的透明礦山技術(shù)，將礦山采掘活動中的所有信息(地質(zhì)、采礦等)全部數(shù)字化并進行大規(guī)模儲存。很多地方政府已全面啟動區(qū)域性采空區(qū)調(diào)查與評價工作，海量的測繪、鉆探、物探及測試數(shù)據(jù)將被采集，并進行數(shù)字化、系統(tǒng)化的管理、儲存與分析。復雜環(huán)境(地形陡峭、井下有毒有害氣體等)中智能機器人將在地表裂縫測量、地下空洞探測[36]等方面發(fā)揮重要作用。利用高精度的遙感[37]、Insar[38]等技術(shù)進行大尺度地表變形特征分析，研究地下采空區(qū)與地表變形的時空演化關(guān)系。圖像識別、云計算、區(qū)塊鏈存儲等技術(shù)使得地下采空區(qū)三維建模、可視化與處治管理成為可能。將逐步實現(xiàn)的各種勘探方法的融合與互補，勘察數(shù)據(jù)的深度挖掘與解譯，使采空區(qū)勘察技術(shù)向高精度、高效率、低成本、智能化與三維可視化方向不斷發(fā)展，將為采空區(qū)上方重大工程建設(shè)全過程管理BIM技術(shù)應(yīng)用提供海量的勘察信息。

4 煤礦采空區(qū)勘察技術(shù)發(fā)展方向

煤礦開采工藝的持續(xù)進步和煤炭資源高強度開采形成了大量廢棄采空區(qū)，工程建設(shè)對可建設(shè)土地資源需求持續(xù)增強，高速鐵路、大型廠礦等重大工程對場地穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護的要求越來越高，這些變化給采空區(qū)勘察工作帶來了巨大挑戰(zhàn)。大量的關(guān)鍵技術(shù)問題需要進一步研究：

(1) 礦區(qū)地下殘留空洞地球物理響應(yīng)與反演；

(2) 巖體采動裂隙識別、各向異性參數(shù)反演與定量評價；

(3) 采動地層強度及變形參數(shù)反演與評價；

(4) 采空區(qū)覆巖殘留空隙率及滲透系數(shù)測試與評價；

(5) 部分煤層開采(房柱式、巷柱式、條帶式)覆巖及地表殘余變形預測技術(shù)；

(6) 超大工作面快速回采地表及覆巖殘余變形預測技術(shù)；

(7) 采空區(qū)覆巖毫米級殘余變形監(jiān)測技術(shù)；

(8) 裂隙巖體水平定向鉆進層位優(yōu)選與成孔工藝；

(9) 煤礦覆巖“三帶”測井反演與判別技術(shù)；

(10) 復雜地表條件下采動邊坡穩(wěn)定性計算與評價；

(11) 山區(qū)煤礦采動地層中隧道(洞室)結(jié)構(gòu)變形機理與評價。