地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案設(shè)計(jì)探討

紀(jì)振鵬

摘 要：我國(guó)地域遼闊，是一個(gè)資源大國(guó)，地下資源豐富無(wú)比，儲(chǔ)量巨大，每年需要從地下開采大量的資源投入建設(shè)當(dāng)中。金屬作為國(guó)家發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中必不可少的重要資源，其開采環(huán)節(jié)非常重要。近幾年來(lái)，隨著開采技術(shù)不斷提高，地下金屬開采數(shù)量越來(lái)越多，導(dǎo)致采空問題逐漸凸顯，采空出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高。地下金屬礦山采空問題的出現(xiàn)，不僅會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，還會(huì)影響礦山生產(chǎn)安全，對(duì)員工人身安全產(chǎn)生威脅。所以，需要針對(duì)地下金屬礦山采空問題提出有效的治理，制定科學(xué)、合理、有效的治理方案，提高地下金屬礦山開采的安全性。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦山；采空區(qū)；安全治理；方案設(shè)計(jì)

從金屬產(chǎn)量來(lái)說，我國(guó)名列前茅，每年開采的金屬礦石總量約63.4億噸，數(shù)量驚人。在地下開采礦石過程中，如果后續(xù)工程未能及時(shí)彌補(bǔ)開采礦石留下的空間，將會(huì)形成一個(gè)采空區(qū)。采空區(qū)長(zhǎng)期留置于地下，將會(huì)出現(xiàn)地裂縫、塌陷、老窿水等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生危險(xiǎn)因素。隨著我國(guó)地下金屬礦山開采量越來(lái)越多，出現(xiàn)的采空區(qū)將會(huì)越來(lái)越多，金屬礦山采空區(qū)采空區(qū)帶來(lái)的地質(zhì)危害將會(huì)越來(lái)越高，如果沒有相應(yīng)的安全治理方案，將會(huì)直接對(duì)周圍的環(huán)境與礦山造成影響，形成災(zāi)害。

1、金屬礦山采空區(qū)定義和類型

礦山采空區(qū)主要分為兩種類型：一種是未完成、正在開采的金屬礦山，這類采空區(qū)主要被稱為未被填埋處理的采場(chǎng)；另一種是已經(jīng)開采完畢的廢棄采空區(qū)，這類采空區(qū)主要是空曠的空間和采場(chǎng)。金屬礦山開采完畢之后形成的采空區(qū)主要有巷道、井筒、石門和內(nèi)部獨(dú)立空間四部分組成。

地下金屬礦山采空區(qū)根據(jù)礦體的形態(tài)、大小、處理時(shí)間而分為不同的類型，不同類型的采空區(qū)需要制定不同的安全治理方案，從而將金屬礦山采空區(qū)的危險(xiǎn)降到最低。按照金屬礦山開采方法，可以將其分為空?qǐng)龇?、崩落法、填充法三種采空區(qū)，其中最為常見的采空區(qū)為空?qǐng)龇ú煽諈^(qū)。崩落法采空區(qū)實(shí)際上是將礦體上下盤的圍巖崩落下來(lái)，充填到采空區(qū)當(dāng)中，利用巖石的碎脹性充填采空區(qū)，經(jīng)過地壓的逐步顯現(xiàn)使得采空區(qū)漸漸趨于穩(wěn)定。填充法采空區(qū)在實(shí)際中并沒有，只有在開采的短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)，一旦填充則無(wú)采空區(qū)。如果在填充的過程中沒有填充完全，則會(huì)出現(xiàn)小的采空區(qū)。地下金屬礦山采空區(qū)的等級(jí)劃分并未統(tǒng)一，不同地區(qū)會(huì)有不同的規(guī)定，但是大致上的等級(jí)劃分理論是相差不大的。如表1所示，該表為金屬礦山采空區(qū)等級(jí)劃分。

地下金屬礦山采空區(qū)的災(zāi)害類型。采空區(qū)與礦山災(zāi)害具有直接關(guān)系，也是引發(fā)災(zāi)害的主要原因，其中最為常見的采空區(qū)災(zāi)害為地壓災(zāi)害和水害。地下金屬礦山地壓災(zāi)害在礦山災(zāi)害當(dāng)中排第一。其災(zāi)害性質(zhì)與煤礦災(zāi)害有著本質(zhì)區(qū)別，金屬礦山周圍的地質(zhì)非常復(fù)雜，圍巖非常堅(jiān)硬，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定之后極容易發(fā)生脆性斷裂，使礦山空間穩(wěn)定性降低，發(fā)生頂板塌陷，引發(fā)安全事故。水害在金屬礦山災(zāi)害當(dāng)中排第二，在近十年的金屬礦山災(zāi)害當(dāng)中，我國(guó)水害發(fā)生的次數(shù)約為20次，其中礦井水害發(fā)生就有十多次。

2、地下金屬礦山采空區(qū)勘探技術(shù)

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的設(shè)計(jì)必須要了解采空區(qū)內(nèi)部的情況，這就需要用到采空區(qū)勘探技術(shù)。采空區(qū)勘探技術(shù)主要是以勘察技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過勘測(cè)、探查、鉆探等了解內(nèi)部的狀況。但是這種方式成本高、效率低、時(shí)間長(zhǎng)，具有一定的盲目性。隨后出現(xiàn)三維地震物探、瞬變電磁法、大地電磁測(cè)深法等多種方法測(cè)量金屬礦山采空區(qū)的狀況。之后又開始結(jié)合激光、聲吶、雷達(dá)掃描等多種方法來(lái)獲得采空區(qū)的實(shí)際形態(tài)，使探測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確真實(shí)。具體的地下金屬礦山采空區(qū)探測(cè)技術(shù)流程如圖1所示。

3、地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案設(shè)計(jì)

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案填充方式。填充料時(shí)應(yīng)該沿著井筒安裝填充管道至采空區(qū)的上方，充填料沿填充管道逐漸進(jìn)入采空區(qū)，自下而上分層填充，每層填充完畢之后需要間隔一段時(shí)間再次填充，多次重復(fù)填充，直至填充料布滿整個(gè)采空區(qū)。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的填充設(shè)施場(chǎng)地及填充料。采空區(qū)的填充料需要混合，所以填充站必須布置在金屬礦山井口的周圍，方便填充料下井。通過攪拌機(jī)將填充料攪拌均勻，經(jīng)過事先準(zhǔn)備的填充管道充填至采空區(qū)當(dāng)中，逐步完成整個(gè)采空區(qū)的填充。金屬礦山采空區(qū)填充料主要由尾砂和水泥膠組成，兩者的配比因其尾砂性質(zhì)及細(xì)度差異而不同。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案填充料制備。采空區(qū)填充材料的制備需要使用攪拌桶將其攪拌均勻。通過計(jì)量用具按照選定的配比將尾砂和水泥計(jì)量好，通過輸送設(shè)備將其輸送到填充料攪拌桶當(dāng)中，加入適量的水?dāng)嚢杈鶆?，將其輸送到采空區(qū)。填充料攪拌桶在金屬礦井口周圍，直徑為1.5m，高為1.5m，容積為2m3，攪拌桶底部安裝有輸送裝置，與輸送管道相連接，直接填充入采空區(qū)。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的填充濃度和管徑的選擇。金屬礦山采空區(qū)的填充濃度需要根據(jù)礦山的種類決定，同時(shí)也需要注意填充材料的性質(zhì)因素，最初選擇濃度為55%濃度左右的填充料進(jìn)行填充。填充過程中使用的管道是聚乙烯管道，具有良好的性能，一般選取其管道直徑為108mm。

地下金屬礦山采空區(qū)安全質(zhì)量方案的填充順序。在填充的過程中，首先要填充巷道的采空口的擋墻，為后期的填充做好準(zhǔn)備，在按照倒退的順序逐漸填充。其次，封堵巷道通往中端采空區(qū)的入口，并且建立擋墻，防止填充料進(jìn)入其中，為后期的填充做好時(shí)間準(zhǔn)備；最后將剩余的巷道清理干凈，將剩余的采空區(qū)填充滿，達(dá)到填充的標(biāo)準(zhǔn)和要求，完成安全治理的目的。

地下金屬礦山采空區(qū)安全質(zhì)量方案的填充入口階段。金屬礦山采空區(qū)入口的填充需要利用擋墻將其封閉，恢復(fù)上段巷口的使用功能，如若無(wú)法開啟，則使用鉆孔設(shè)備開孔進(jìn)行填充，孔口的直徑為110mm一般可以滿足填充的需求。

4、結(jié)束語(yǔ)

金屬的重要性不言而喻，國(guó)家的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)，人類的活動(dòng)都需要使用金屬。金屬的開采容易形成采空區(qū)，而采空區(qū)的存在嚴(yán)重威脅到了金屬礦山的生產(chǎn)安全和工人的人身安全。所以，需要研究采空區(qū)的實(shí)際狀況，有針對(duì)性的提出有效、科學(xué)的安全治理方案，從而提高采空區(qū)的安全性，為金屬礦山的生產(chǎn)和員工安全提供保障。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：沈陽(yáng)嘉納工程技術(shù)有限公司）