試析礦山采空區(qū)安全評估方法

薛丹丹

（山西工程職業(yè)學院，山西 太原 030009）

礦山采空區(qū)主要是指山上的礦藏在人為的挖掘或者天然的地質運動作用下，形成的空洞，打破了礦山原有的自然平衡狀態(tài)，且周圍的巖體也發(fā)生了變化，從而帶來極高的塌陷等災害風險，嚴重威脅人民群眾的生命和財產(chǎn)安全[1]。針對當前頻發(fā)的礦山采空區(qū)意外事件，甚至在一些地區(qū)礦山采空區(qū)安全已經(jīng)成為了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的阻礙，因此國家相關部門出臺了一系列的政策，以綜合治理礦山采空區(qū)事故。例如2016年國務院安委會辦公室發(fā)布的《礦山采空區(qū)事故隱患治理工作方案》，明確指出應強化礦山采空區(qū)事故治理，構建隱患排查與風險管控結合的治理機制，強化礦山采空區(qū)安全監(jiān)管，分類綜合治理，嚴控發(fā)生礦山采空區(qū)事故。這一方案的指導下，國內各地的礦山采空區(qū)安全治理工作取得了不小的成效，且隨著信息化技術的廣泛應用，針對礦山采空區(qū)安全治理工作也呈現(xiàn)出新的局面。2021年國家能源局發(fā)布了《煤礦智能化建設指南（2021年版）》，其中指出鼓勵支持一些有條件的礦山引入應急通信系統(tǒng)，并搭建實時在線監(jiān)測平臺，以對礦山采空區(qū)進行動態(tài)監(jiān)管，以快速發(fā)現(xiàn)異常信息并自動推送預警，減少礦山采空區(qū)事故損失。在此背景下，本文以礦山采空區(qū)安全評估為切入點，探究常見高效的礦山采空區(qū)安全評估方法，以強化礦山采空區(qū)安全監(jiān)控。

1 礦山采空區(qū)安全威脅分析

結合當前我國各類礦山采空區(qū)事故，發(fā)現(xiàn)其安全威脅主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，突水災害威脅。主要表現(xiàn)在礦山采空區(qū)的蓄水，當一地區(qū)的礦山采空區(qū)的蓄水量超過了其排水能力，就很有可能會發(fā)生突水危害，也就是礦山采空區(qū)的蓄水快速大量涌出，從而可能會沖擊地下工作空間，甚至發(fā)生淹沒事故。第二，自然災害威脅。主要是指一些礦山采空區(qū)由于防護不當，其采空區(qū)的空間通風不暢，長時間積累很容易使得采空區(qū)溫度攀升，甚至可能發(fā)生自燃危害。一般情況下，礦山采空區(qū)會通過模擬測算其溫度變化，并綜合統(tǒng)計礦山采空區(qū)附近的可燃物質，以評估自燃威脅程度。第三，串風損失威脅。主要表現(xiàn)在礦山采空區(qū)的存在，使得大量新鮮氣流進入，造成需風地區(qū)的空氣流通發(fā)生變化，影響空間的通風效果，但注意的是串風損失威脅程度要根據(jù)其進入的氣流量進行測算[2]。第四，地面崩塌威脅。這是當前礦山采空區(qū)主要的安全威脅之一，體現(xiàn)在多個方面，主要是由于人為過度開采導致礦山巖體結構發(fā)生變化，其周圍的巖石應力集中程度超過極限，從而引起一系列的崩塌破壞現(xiàn)象，其威脅表現(xiàn)程度各有差異。一些地面崩塌可能只是局部破壞，而有些地面崩塌事故甚至會導致礦山崩塌，破壞周邊建筑物、交通設施、農業(yè)生產(chǎn)等，造成極大的經(jīng)濟和生命損失，必須予以高度關注。

2 礦山采空區(qū)安全評估方法

目前能夠運用于礦山采空區(qū)安全評估中的方法有很多，按評價指標可分為定性和定量評價方法。其中定性評價方法的評價指標相對簡單，且方便評價人員實施，但具有明顯的缺點，即過度依賴評估人員的主觀經(jīng)驗判斷，例如安全檢查表法。而定量評價方法則更多地加入了量化指標和工具，通過收集大量的信息進行統(tǒng)計評估預測，從而得到相對客觀地評估結果，如數(shù)學模型定量分析評價法。不管是定性評估方法還是定量評估方法，各有優(yōu)勢和缺點，因此執(zhí)行過程中通過是結合兩種評估方法，以提高評估結果的準確性。下面對于一些常用的評估方法進行分析。

2.1 安全檢查表法

安全檢查表法（Safety Checklist Analysis）主要是指在一定的標準指導下，進行對照檢查以識別工藝設備中存在的一些漏洞，以及時發(fā)現(xiàn)可能存在的危險因素，屬于定性評估方法。這一方法是當前最基礎和簡單操作的評估方法之一，被廣泛地應用在工程項目、系統(tǒng)安全等領域。但不可忽視的是這一評估方法要求操作人員必須十分熟悉行業(yè)標準和相關法規(guī)，并具有豐富的專業(yè)經(jīng)驗，才能獲得較為準確的評估結果。

2.2 故障樹分析法

故障樹分析法（FTA）主要指的是由上往下的演繹式失效評估方法，應用在安全工程評估過程中，通過判定其工程系統(tǒng)失效的概率，找出其故障原因并排除故障。故障樹分析法的應用領域極為廣泛，能夠直觀地識別判定系統(tǒng)故障發(fā)生的可能性，通過故障樹繪制清楚地將評估對象的評估結果展現(xiàn)出來，方便制定針對性的應對措施，但故障樹分析法的評估對于基礎數(shù)據(jù)要求極高，如果數(shù)據(jù)缺失將難以科學評估安全危險因素。

2.3 作業(yè)條件危險性評價法

作業(yè)條件危險性評價法（LEC）是定量評估方法，主要判斷在具有潛在危險作業(yè)條件下發(fā)生意外事故的可能性，將評估結果劃分為不同的等級。LEC法評估結果清晰明了，但其評估工作主要是針對作業(yè)的局部評價，缺乏普遍的實用性，難以全面推廣應用。

2.4 數(shù)學模型定量分析評價法

數(shù)學模型定量分析評價法是通過構建數(shù)學模型，能夠科學衡量量化評估對象的風險程度高低，能夠獲得較為科學的評估結果。然而針對一項復雜的安全工程，并不能構建與之相匹配的數(shù)學模型，如果其模型構建條件不合適，將會導致最終的評估結果失去參考價值。

2.5 Kent專家評價指標法

Kent專家評價指標法是一種定性描述的定量評估方法，根據(jù)相應的評估對象特定制相對合理的評估標準，邀請一定數(shù)量的專家根據(jù)自身專業(yè)知識和經(jīng)驗進行打分，并對所有專家評分進行結集測算。Kent專家評價指標法的應用巧妙地運用了經(jīng)驗指數(shù)，能夠應用在一般性的安全工程中的安全評價，但這一方法需要以完整的基礎數(shù)據(jù)為支撐，其前期的準確工作十分繁雜。

2.6 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種模糊數(shù)學的綜合評估方法，是典型的量化評估方法，能夠解決復雜難以量化的評估問題，應用領域十分廣泛。與其他評價方法的不同，模糊綜合評價法主要為了解決安全工程評估的大量不確定性因素的評估問題，具有較高的實用價值。然而為了提高評估結果的準確性，這一評估方法要求較多專業(yè)人員參與，但無論如何配置人員，其模糊關系矩陣的權重確定仍存在一定的主觀性因素。

3 礦山采空區(qū)安全防范方法

對于礦山采空區(qū)的安全管理來說，不僅需要實施及時的安全評估，同時還要注意采取科學合理的安全防范方法，以排除礦山采空區(qū)安全隱患，提高礦山采空區(qū)的安全性。對于礦山采空區(qū)的安全治理不管采取哪一種評估方法，主要目的都在于改變采空區(qū)的應力集中，防止采空區(qū)周圍的巖體發(fā)生變形，從而降低采空區(qū)的安全隱患。這里梳理了當前幾種常見的安全防范方法，具體如下。

3.1 崩落圍巖法

崩落圍巖法也是對礦山采空區(qū)的應力集中部分采取轉移處理，從而使得采空區(qū)的應力重新達到平衡水平，實現(xiàn)采空區(qū)的安全管理目標。崩落圍巖法主要是進行回采處理，人工使得采空區(qū)周圍的巖體出現(xiàn)可控制的崩落，從而回填采空區(qū)，實現(xiàn)地壓管理目標。崩落圍巖法根據(jù)處理手段的不同而分為兩種，一種是自然崩落，另一種是強制崩落，這種處理方法與其他方法相比具有明顯的低成本優(yōu)勢，且工作量較低，是礦山采空區(qū)治理較常采用的方式。然而值得注意的是，崩落圍巖法的處理過程中存在較高的總體損失率，所以通常是一些價值不高的礦山采空區(qū)采取的治理方式。

3.2 密封法

密封法主要是指通過封閉礦山采空區(qū)的方式，將其與外界連接的通道隔離，并設置相應的隔離層，將礦山采空區(qū)與正在采礦作業(yè)的區(qū)域隔開，從而保障采礦作業(yè)區(qū)域的安全。這一治理方法對于治理技術的要求不高，且成本相對較低，然而其所獲得的礦山采空區(qū)治理效果并不理想，其治理思路只是簡單地將礦山采空區(qū)與作業(yè)區(qū)隔離，以隔離危險因素。對礦山采空區(qū)的密封治理，應注意選擇具有符合條件的承壓強度墻體，并考慮是否需要預留泄水管道，且需要定期進行密封效果檢查，以保證其密封治理的效果。

3.3 充填法

充填法一般分為干式、濕式以及膏體三種，通常是根據(jù)礦山采空區(qū)條件的變化選擇合適的方法。采取充填法來治理礦山采空區(qū)問題，主要是能夠減少頂板的移動速度，從而降低礦山采空區(qū)周圍巖體的應力集中程度，從而消除采空區(qū)安全威脅。但這一治理方法與其他方式相比成本較高，且要求使用較高的生產(chǎn)設備。某個礦山采空區(qū)制定合適的充填方案，需要遵循一定的要求，首先可利用礦山的采礦廢棄物作為采空區(qū)治理的原材料，以盡可能地降低治理成本；其次為了穩(wěn)定礦山其他地區(qū)的穩(wěn)定，應合理配置充填原料的強度，以達到礦山采空區(qū)治理的需要；最后使用可靠的充填工藝和設備。

3.4 礦柱支撐法

礦柱是一種被廣泛應用在建設工程中的工具，借助周圍巖體本身具有的較高穩(wěn)固性，能夠有效維護支撐礦山采空區(qū)穩(wěn)定。采取礦柱支撐法治理礦山采空區(qū)，通常適應于一些在采礦過程中保留了安全礦柱的礦山，或者可以通過人工假柱來支撐礦山采空區(qū)。與其他治理方法相比，礦柱支撐法具有一定的優(yōu)勢，即成本相對較低、施工治理操作便捷。但注意的是這一方法不能真正解決礦山采空區(qū)的安全隱患，對于一些規(guī)模較大的礦山采空區(qū)并不合適，甚至可能會加劇后期治理的難度。

4 結語

總之，礦山采空區(qū)安全性是一項復雜的工程，涉及的影響因素極為復雜，要想真正實現(xiàn)安全生產(chǎn)目標，必須運用科學的安全評估方法，對礦山采空區(qū)安全風險進行客觀、精準地評估預測，從而及時發(fā)生礦山采空區(qū)存在的風險并采取措施，保障人民群眾生命和財產(chǎn)的安全。上文中對當前常用的幾種礦山采空區(qū)安全評估方法進行了梳理，不僅包括定性研究方法，還有很多定量研究方法，以提高礦山采空區(qū)安全評估工作的科學性。因此，為了礦山采空區(qū)的安全生產(chǎn)，不僅要重視其安全評估，還應從源頭上杜絕礦山采空區(qū)的安全風險，采取合適的處理方法，如崩落圍巖法、密封法、充填法、礦柱支撐法等，以提高礦山采空區(qū)安全防護質量。