采空區(qū)防治措施分析

秦占新

（陜西省安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)有限公司，陜西 西安 710065）

對(duì)于礦山行業(yè)來說，安全是排在第一位，礦山開采屬于高危行業(yè)，在我國(guó)所有行業(yè)中，礦山的各種事故頻發(fā)，為了改變行業(yè)形象，就必須要強(qiáng)化安全防治。一些礦區(qū)在多年的開采過程中，逐漸的形成了采空區(qū)，采空區(qū)對(duì)于周邊巖石的重力重新分布,導(dǎo)致巖石破壞、變形和移動(dòng),各種采空區(qū)易引發(fā)透水、坍塌、冒頂、片幫等多種形式的事故，往往造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，采空區(qū)是誘發(fā)重特大事故的重要因素；部分礦山企業(yè)忽視采空區(qū)治理，特別是歷史遺留采空區(qū)得不到及時(shí)治理；中小型礦山采空區(qū)管理不到位，礦柱留設(shè)不規(guī)范，造成采空區(qū)重疊、交錯(cuò)現(xiàn)象比較普遍，嚴(yán)重威脅礦山安全生產(chǎn)；如果不能對(duì)采空區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效的防控，就很容易引發(fā)安全事故，給工作人員帶來嚴(yán)重威脅。礦山企業(yè)開展采空區(qū)安全防治工作，有助于實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的礦山生產(chǎn)。下文對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。

1 采空區(qū)現(xiàn)狀

礦產(chǎn)資源的存儲(chǔ)環(huán)境一般都非常復(fù)雜，無論是金屬礦還是非金屬礦，其所處的地質(zhì)環(huán)境（工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等）都具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，自身存在很大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。采空區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，很容易引發(fā)各種安全事故，包括透水、坍塌、片幫等等，這些情況一旦發(fā)生，就很容易引發(fā)的人員傷亡，財(cái)產(chǎn)損失，如開采過程中采空區(qū)不能得到有效的處理，就會(huì)對(duì)企業(yè)的發(fā)展造成阻礙。由于存在數(shù)量眾多的不規(guī)則采空區(qū)，采礦工作正常推進(jìn)受到影響，三級(jí)礦量準(zhǔn)備也會(huì)發(fā)生改變，礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、地質(zhì)應(yīng)力重疊交錯(cuò)對(duì)原有的地質(zhì)穩(wěn)定性造成破壞，形成了多種潛在安全隱患。加強(qiáng)采空區(qū)的探測(cè)，在實(shí)踐不斷摸索總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立健全各種安全防治措施，對(duì)采空區(qū)實(shí)施全方位測(cè)控，從根本上消除和控制礦山開采過程中采空區(qū)蘊(yùn)含的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2 采空區(qū)的特點(diǎn)

在礦山企業(yè)生產(chǎn)過程中，采空區(qū)是一直存在的，由于長(zhǎng)期受到自然氣候的影響，巖石發(fā)生風(fēng)化及礦山開采中爆破震動(dòng)的作用，地下開采中預(yù)留的礦柱會(huì)受到破壞，這種情況會(huì)造成采空區(qū)面積逐漸增加，在上方壓力的作用下，頂板的穩(wěn)定性逐漸下降，采空區(qū)隱伏性強(qiáng)、空間分布特征規(guī)律性差、采空區(qū)頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測(cè)，而且隨著企業(yè)的不斷采掘，這種情況會(huì)不斷的加劇，采空區(qū)不穩(wěn)定性會(huì)明顯上升，采空區(qū)之間會(huì)產(chǎn)生交叉，進(jìn)一步增加了區(qū)域內(nèi)的作業(yè)危險(xiǎn)性，很容易引發(fā)塌陷。

采空區(qū)主要危險(xiǎn)因素：一方面采空區(qū)礦柱變形、破壞、頂板大面積冒落、巖移，造成地表沉陷、開裂和塌陷，破壞地面環(huán)境，更為嚴(yán)重的是采空區(qū)突然垮塌的高速氣浪和沖擊波造成的人員傷亡和設(shè)備破壞；另一方面在礦山開采過程中，采空區(qū)圍巖受爆破震動(dòng)影響導(dǎo)致巖體裂隙發(fā)育，甚至貫通地表或連通老窯積水，發(fā)生突水事故，淹沒坑道和工作面，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

由于在礦山中，采空區(qū)分布情況復(fù)雜，采空區(qū)之間的隔離層比較薄弱，很容易產(chǎn)生破損，發(fā)生采空區(qū)融合的現(xiàn)象，形成盲空區(qū)。如下圖1 所示，上述都是采空區(qū)的顯著特點(diǎn)，在這種環(huán)境下，礦山的生產(chǎn)難度可想而知，工作人員時(shí)刻面臨巨大的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，只有強(qiáng)化安全管理，才能在一定程度上減少風(fēng)險(xiǎn)因素的發(fā)生的幾率，給作業(yè)人員提供一個(gè)安全穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。

圖1 采空區(qū)塌陷

3 采空區(qū)處理的安全防治建議

采空區(qū)的安全有效治理需要相應(yīng)的技術(shù)體系來支撐。通過多年多處采空區(qū)治理工程的設(shè)計(jì)及施工總結(jié)，形成了“測(cè)、繪、診、治”技術(shù)體系。

“測(cè)”即對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全面調(diào)查和測(cè)量，主要包括物探、鉆探和激光掃描測(cè)量等；“繪”即對(duì)采空區(qū)探測(cè)、測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行精確繪制，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的三維可視化；“診”即根據(jù)采空區(qū)的測(cè)量結(jié)果及其所處的外部環(huán)境等因素對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析診斷；“治”即綜合分析并確定采空區(qū)治理方案或選擇綜合利用方案。

3.1 采空區(qū)防排水處理

因采空區(qū)形成已久，由于地質(zhì)構(gòu)造或采掘使采空區(qū)與儲(chǔ)水體連通，造成大量的水體直接進(jìn)入采空區(qū)，從而使巷道甚至礦井被淹；應(yīng)提前對(duì)礦區(qū)范圍內(nèi)的廢棄礦井（露天開采廢棄采場(chǎng)）、老采空區(qū)，礦井積水區(qū)、含水層、巖溶帶、地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行調(diào)查，摸清礦井水、采空區(qū)積水與地下水、地表水和大氣降水的水力關(guān)系，預(yù)判采空區(qū)透水的可能性。采取嚴(yán)格留設(shè)保安礦柱，把采空區(qū)的積水隔離在生產(chǎn)區(qū)外。采用“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原則，落實(shí)“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施；不斷完善透水事故應(yīng)急救援預(yù)案，水文地質(zhì)情況復(fù)雜的礦井要按照要求建設(shè)緊急避險(xiǎn)設(shè)施，并配備滿足搶險(xiǎn)救災(zāi)必需的大功率水泵等排水設(shè)備。

3.2 采空區(qū)充填法處理

如果采空區(qū)相互重疊，采空區(qū)間隔層厚度低于安全厚度的極限，采用尾砂充填，可應(yīng)用于空區(qū)規(guī)模大、跨度大、容量大的多層空區(qū)。

用充填法處理采空區(qū)，一方面要求對(duì)采空區(qū)的位置、大小以及與相鄰采空區(qū)的所有通道了解清楚，以便對(duì)采空區(qū)進(jìn)行封閉，加設(shè)隔離墻，進(jìn)行充填脫水或防止充填料流失；另一方面，采空區(qū)中必須能有鉆孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接進(jìn)入采空區(qū)，達(dá)到密實(shí)、充填采空區(qū)的目的。

在采空區(qū)頂板應(yīng)用鉆孔尾砂充填法是可以應(yīng)用潛孔鉆機(jī)到達(dá)采空區(qū)，用套管對(duì)小孔擴(kuò)孔，在地面利用尾砂，加入固化劑形成充填料，借助給料機(jī)將以上充填料送達(dá)皮帶輸送機(jī)，通過鉆孔充填到采空區(qū)。充填穩(wěn)固后再進(jìn)行采掘作業(yè)。

充填法能減少空區(qū)體積，降低連續(xù)暴露面積，危險(xiǎn)性因此降低，可以保證采掘作業(yè)人員的安全，礦山企業(yè)需要給予這項(xiàng)工作高度重視，科學(xué)填充，減少采空區(qū)對(duì)后續(xù)采掘施工影響，降低采礦作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 采空區(qū)崩落法處理

在地下采空區(qū)處理過程中，可以采用物探法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行全面的檢測(cè)，找出采空區(qū)的大概位置，在這項(xiàng)工作完成以后，使用鉆探技術(shù)，進(jìn)一步的確定采空區(qū)的具體位置，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的精準(zhǔn)定位。

為實(shí)現(xiàn)礦山行業(yè)的安全生產(chǎn)，采用坍塌爆破的方式提前處理頂板，避免后續(xù)施工過程中引發(fā)頂板坍塌，造成人員的傷亡。在坍塌爆破之前，需要對(duì)采空區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行精準(zhǔn)全面的勘查，結(jié)合勘查結(jié)果，合理的確定爆破藥量，爆破的規(guī)模不能過大。爆破前要在已探明的采空區(qū)穿孔，巖石炮孔多為三角型布置，孔深要參照采空區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保穿孔作業(yè)安全，保證炮孔質(zhì)量。如果遇到巷道，可以用沙土回填夯實(shí)，以保證采空區(qū)頂板的垮落效果。爆破作業(yè)實(shí)施中要分段裝藥，炸藥量要保證采空區(qū)頂板完全垮落。在爆破作業(yè)完成以后，要對(duì)其環(huán)境進(jìn)行檢查，確保環(huán)境安全以后才能進(jìn)行下一步的作業(yè)，保證人員的安全。

3.4 采空區(qū)隔離處理

對(duì)于老舊規(guī)模較小采礦區(qū)，難以連通形成大的采空區(qū)，以上方法難以適用，為了降低處理成本，提高處理效果，力爭(zhēng)通過各種探測(cè)方式，掌握采空區(qū)的范圍，采用隔離設(shè)施（封閉墻等）將采空區(qū)與其他生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)的通道隔絕，防止人員進(jìn)入采空區(qū)，并定期對(duì)隔離設(shè)施進(jìn)行巡檢，避免因采空區(qū)圍巖塌落所產(chǎn)生的沖擊波危及人身安全、造成設(shè)備損壞。構(gòu)造充分的緩沖層厚度或通往采空區(qū)的通道封堵長(zhǎng)度是采用封閉法處理采空區(qū)的關(guān)鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在采空區(qū)處理的過程中，礦山企業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注人員的安全性，以安全生產(chǎn)作為最終導(dǎo)向，根據(jù)實(shí)際采空區(qū)的特點(diǎn)及本企業(yè)實(shí)際情況（人力、物力、財(cái)力等），合理的制定采空區(qū)處理措施。加強(qiáng)采空區(qū)管理，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)安全生產(chǎn)，為企業(yè)發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。