論采空區(qū)安全處理的對(duì)策和措施

胡鵬

摘 要：在礦井施工的過(guò)程中，礦井的采空是在采礦的過(guò)程中必然會(huì)遇到的問(wèn)題，它也使得礦井在安全生產(chǎn)的過(guò)程中隱患重重。而為了能夠在全面消除這一隱患的基礎(chǔ)上使得整體采礦的過(guò)程順利地進(jìn)行，那么一定要采用安全可靠的處理措施來(lái)應(yīng)對(duì)采空過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題。本文主要針對(duì)采空區(qū)的安全處理措施進(jìn)行全面的探討，最常用的措施主要包括水泥填充法、混凝土注漿法和其他類型的方法。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；安全處理；處理對(duì)策；處理措施

中圖分類號(hào)：F407.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0142-02

如果單純地采用空?qǐng)龇ê捅缆浞▉?lái)開(kāi)采地下礦山，那么往往會(huì)在下面形成一個(gè)巨大的地下采空區(qū)和崩落區(qū)。而每當(dāng)采空區(qū)的面積達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，就會(huì)突然發(fā)生大規(guī)模的脫落和掉落等諸多災(zāi)難，從而造成重大的人員損失和財(cái)產(chǎn)損失。而大量的礦山事故經(jīng)驗(yàn)表明：“如果沒(méi)有及時(shí)處理采空區(qū)出現(xiàn)的各種情況，甚至選擇在不恰當(dāng)?shù)牡胤脚c同一礦體和各種采礦方法相混合，那么礦山的內(nèi)部自然會(huì)有預(yù)留和頂板崩落不充分的情況，這是造成礦山大面積地質(zhì)災(zāi)害的根本原因[1]。針對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全面處理，實(shí)質(zhì)是為了更好地分散和轉(zhuǎn)移集中的部位，只有在過(guò)程中不斷地降低巖體應(yīng)力集中的程度，這樣才能夠使得應(yīng)力最終達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)，從而使地壓更好地被控制，從而使得礦山始終都處于安全生產(chǎn)的狀態(tài)中。

1 采空區(qū)概念

如果專注于礦井中各類開(kāi)采部分，并對(duì)位于地下的礦床進(jìn)行全方位地人工和機(jī)械方面的挖掘，那么勢(shì)必會(huì)造成地表下面存在大范圍的空洞。而所謂的采空區(qū)一旦在一定時(shí)間段內(nèi)形成，那么周邊范圍的巖體勢(shì)必會(huì)呈現(xiàn)重新分布的狀態(tài)，最終使得巖石出現(xiàn)變形和被破壞的現(xiàn)象，甚至在整個(gè)過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)的情況，這也給之后礦山安全生產(chǎn)埋下重大的安全隱患。而為了更好地保證人員和機(jī)械設(shè)備始終處于安全使用的狀態(tài)之中，并盡可能地減少地表和巖石移動(dòng)的幅度，并在最終保證整體采空區(qū)不會(huì)發(fā)生塌陷的事件，在施工的過(guò)程中一定要重視關(guān)于地面建筑物結(jié)構(gòu)的抗變形設(shè)計(jì)。

2 陜西某礦采空區(qū)產(chǎn)生的危害概況

2.1 危害的概況

在陜西某礦開(kāi)采的過(guò)程中，本來(lái)一直采用的是無(wú)底柱淺孔留礦開(kāi)采法。礦井的底部都有6-8m的頂?shù)字?。而?jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，在井下已經(jīng)形成了面積大約為66.8×105的采空區(qū)。整個(gè)采空區(qū)離地面最淺部位大約為50m的地方，地面上還不存在垮塌的痕跡。而在1號(hào)礦帶和2號(hào)礦的礦帶中，整個(gè)2號(hào)礦帶主要包括三個(gè)不同號(hào)別的礦體，在井下形成了不同的礦體，并一直在被不斷地開(kāi)拓。

在充分調(diào)查了礦產(chǎn)存在的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查的情況、巖石力學(xué)試驗(yàn)情況、巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)和巖體力學(xué)參數(shù)等多種要求之后，采用了包括Mathew穩(wěn)定圖、有限元分析方法、緩沖層厚度分析方法和其他各類技術(shù)方法來(lái)對(duì)該礦井的采空區(qū)進(jìn)行更加全面的論證。

2.2 產(chǎn)生危害的主要類型

2.2.1 采空地面塌陷

如圖1所示。

采空地面的塌陷是最主要的危害類型之一。在對(duì)采空區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析之后，頂柱如果局部的跨度比較大，那么很有可能從局部就開(kāi)始塌陷。而如果頂梁柱被全面的破壞，采空區(qū)又沒(méi)有被及時(shí)的填充，那么采空區(qū)上下地盤就會(huì)因此失去支撐，最終在地面引發(fā)更大的塌陷。而如果在此過(guò)程中參照類似生產(chǎn)的礦山，針對(duì)整個(gè)礦山的上下盤選取65度左右的角度，這樣才能夠全面確定開(kāi)采過(guò)程中錯(cuò)動(dòng)的范圍。

2.2.2 采空區(qū)上下盤與頂柱被破壞

雖然在整體礦山開(kāi)采的過(guò)程中，其穩(wěn)定性較好，整個(gè)開(kāi)采的影響范圍一直都被控制在3-15m的范圍內(nèi)，在之后并不會(huì)發(fā)生巨大的地壓災(zāi)害。但針對(duì)主要開(kāi)采的四號(hào)礦體，開(kāi)采擾動(dòng)區(qū)一般都集中在頂端和底端。隨著其深度的不斷增加，其應(yīng)力集中程度也會(huì)隨之增加[2]。在開(kāi)采的過(guò)程中，整個(gè)采空區(qū)上下盤的3-15m的范圍內(nèi)會(huì)形成一個(gè)剪破壞區(qū)，在1-3m的范圍內(nèi)則會(huì)形成拉破壞區(qū)，之后所留下的頂柱的內(nèi)部也會(huì)形成應(yīng)力集中區(qū)。

2.2.3 突水與淹井產(chǎn)生的危害

在整個(gè)礦井下方存在三個(gè)號(hào)碼的礦體，而整個(gè)礦區(qū)的北部則存在較多和較大的溶洞，從整體結(jié)構(gòu)上來(lái)看，與附近的青山水庫(kù)也始終處于相連通的狀態(tài)。但1號(hào)礦帶和2號(hào)礦帶之間一直都存在著一層隔水層，這樣一種結(jié)構(gòu)的存在可以將整個(gè)礦帶都更加安全地隔開(kāi)。其中，2號(hào)礦帶始終處于一個(gè)走向?yàn)闁|西向長(zhǎng)條狀的水文地質(zhì)單元中。整體水文地質(zhì)單元中本身又存在志留系的頁(yè)巖和還沒(méi)有被風(fēng)化的隔水巖體。因?yàn)檎麄€(gè)大氣降水范圍內(nèi)的強(qiáng)度不是很大，地下水也會(huì)一直處于較為通暢的排泄?fàn)顟B(tài)，從地下涌入的水量較小。雖然該礦中的水文地質(zhì)條件相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是如果在開(kāi)采的過(guò)程中1號(hào)礦和2號(hào)礦之間的隔水層被破壞，那么在最后都會(huì)引發(fā)井下發(fā)生突然潰水的事件，從而使得整個(gè)礦山遭受巨大的損失。

3 采用的安全處理對(duì)策和措施

3.1 全面做好采空區(qū)的監(jiān)測(cè)和觀察工作

在開(kāi)采和施工的過(guò)程中，一方面要全面做好安全防護(hù)措施，另外一方面又要做好全面的采空區(qū)地表塌陷監(jiān)控工作?？梢酝ㄟ^(guò)在塌陷區(qū)的周圍建立觀測(cè)的網(wǎng)點(diǎn)來(lái)實(shí)時(shí)觀察塌陷區(qū)的安全管理狀況。必要時(shí)可以在施工的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專職的安全員，全面負(fù)責(zé)檢查現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的狀況。對(duì)于經(jīng)常行進(jìn)的人行道和作業(yè)區(qū)，必須要保證每天都有專門的人員進(jìn)行巡回檢查的工作，并隨時(shí)做好浮石的檢查和處理工作。

有關(guān)的安全生產(chǎn)管理部門一定要定期組織相關(guān)的管理人員對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行全面的安全管理監(jiān)督工作，并在此基礎(chǔ)上全方位提出整改的意見(jiàn)。

3.2 適當(dāng)采取穩(wěn)固的措施

在開(kāi)采的過(guò)程中，尤其需要根據(jù)巷道和開(kāi)采處的穩(wěn)固程度來(lái)對(duì)整體巷道的頂柱全面采用錨桿支護(hù)等各種防護(hù)的措施。如果采空區(qū)的跨度大于10米，那么也可以全面采用錨桿加固的措施或者針對(duì)其下部進(jìn)行全面的支撐。

由于頂板特征、煤層厚度和保護(hù)地表的特殊要求等條件不同采空區(qū)常用處理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撐法等。采用全部垮落法處理采空區(qū)簡(jiǎn)單可靠、費(fèi)用少，所以凡是條件合適時(shí)均應(yīng)盡可能采用這種方法。我國(guó)開(kāi)采薄及中厚煤層和大部分厚煤層時(shí)，幾乎全部采用全部垮落法如圖2所示。

3.3 全面采用“探水安全技術(shù)”

在礦井中施工的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到突水的情況，這會(huì)嚴(yán)重威脅整個(gè)項(xiàng)目的安全生產(chǎn)和施工人員的人身安全。因此，在施工之前就應(yīng)該全面編制好全面的探水方案，并在此過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)措施[3]。在檢查的過(guò)程中，尤其要在堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，并在此過(guò)程中先對(duì)含水層發(fā)育的地段或者剛剛接觸的附件地區(qū)采用局部注漿或者堵水的措施，這樣才能夠防止在巷道施工的過(guò)程中突然發(fā)生涌水的事故。如果正好在施工的過(guò)程中遇到含水層，那么尤其應(yīng)該先通知技術(shù)人員，然后再打探水孔。

3.4 嚴(yán)格選用合適的采礦法

在開(kāi)采的過(guò)程中，尤其需要嚴(yán)格選用淺孔留礦開(kāi)采法和其他各種類型的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并在設(shè)計(jì)整個(gè)空間的過(guò)程中留下足夠尺寸的頂柱和間柱，以便能夠在最后全面堅(jiān)持合理的開(kāi)采順序，并在此過(guò)程中合理確定整體巷道的斷面形狀和大小。

3.5 建立全面的安全巡查制度

在針對(duì)采空區(qū)進(jìn)行安全處理的過(guò)程中，要在全面建立安全技術(shù)和操作制度的基礎(chǔ)上，更好地全面加強(qiáng)安全技術(shù)的培訓(xùn)，只有這樣才能夠在根本上全面提高職工的技術(shù)素質(zhì)。針對(duì)經(jīng)常有行人存在的巷道，一定要每天都安排相關(guān)的人員進(jìn)行巡查，如果遇到真的存在松動(dòng)的底端，那么一定要及時(shí)進(jìn)行處理。面對(duì)有危險(xiǎn)的場(chǎng)所，可以通過(guò)設(shè)置專門的警告標(biāo)志阻止相關(guān)的人員進(jìn)入。

4 結(jié)語(yǔ)

本文先引入陜西某礦采空區(qū)產(chǎn)生的危害，再對(duì)礦井采空區(qū)開(kāi)采過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到的處理措施進(jìn)行全面的總結(jié)。應(yīng)該說(shuō)每一種安全處理措施都各自有各自的利弊。也因此，在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，我們尤其需要針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目不同的特點(diǎn)和地理?xiàng)l件采用不同的安全處理措施，這樣才能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)礦井資源開(kāi)采效益的最大化。

參考文獻(xiàn)

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