采空区防治措施分析

2020-03-29秦占新

中国金属通报 2020年18期

秦占新

（陕西省安全生产科学技术有限公司，陕西西安 710065）

对于矿山行业来说，安全是排在第一位，矿山开采属于高危行业，在我国所有行业中，矿山的各种事故频发，为了改变行业形象，就必须要强化安全防治。一些矿区在多年的开采过程中，逐渐的形成了采空区，采空区对于周边岩石的重力重新分布,导致岩石破坏、变形和移动,各种采空区易引发透水、坍塌、冒顶、片帮等多种形式的事故，往往造成大量的人员伤亡和财产损失，采空区是诱发重特大事故的重要因素；部分矿山企业忽视采空区治理，特别是历史遗留采空区得不到及时治理；中小型矿山采空区管理不到位，矿柱留设不规范，造成采空区重叠、交错现象比较普遍，严重威胁矿山安全生产；如果不能对采空区的风险进行有效的防控，就很容易引发安全事故，给工作人员带来严重威胁。矿山企业开展采空区安全防治工作，有助于实现安全稳定的矿山生产。下文对此进行简要的阐述。

1 采空区现状

矿产资源的存储环境一般都非常复杂，无论是金属矿还是非金属矿，其所处的地质环境（工程地质、水文地质等）都具有复杂性的特点，自身存在很大的环境风险。采空区的风险因素众多，很容易引发各种安全事故，包括透水、坍塌、片帮等等，这些情况一旦发生，就很容易引发的人员伤亡，财产损失，如开采过程中采空区不能得到有效的处理，就会对企业的发展造成阻碍。由于存在数量众多的不规则采空区，采矿工作正常推进受到影响，三级矿量准备也会发生改变，矿山地质结构发生变化、地质应力重叠交错对原有的地质稳定性造成破坏，形成了多种潜在安全隐患。加强采空区的探测，在实践不断摸索总结经验，建立健全各种安全防治措施，对采空区实施全方位测控，从根本上消除和控制矿山开采过程中采空区蕴含的风险，实现安全生产。

2 采空区的特点

在矿山企业生产过程中，采空区是一直存在的，由于长期受到自然气候的影响，岩石发生风化及矿山开采中爆破震动的作用，地下开采中预留的矿柱会受到破坏，这种情况会造成采空区面积逐渐增加，在上方压力的作用下，顶板的稳定性逐渐下降，采空区隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测，而且随着企业的不断采掘，这种情况会不断的加剧，采空区不稳定性会明显上升，采空区之间会产生交叉，进一步增加了区域内的作业危险性，很容易引发塌陷。

采空区主要危险因素：一方面采空区矿柱变形、破坏、顶板大面积冒落、岩移，造成地表沉陷、开裂和塌陷，破坏地面环境，更为严重的是采空区突然垮塌的高速气浪和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏；另一方面在矿山开采过程中，采空区围岩受爆破震动影响导致岩体裂隙发育，甚至贯通地表或连通老窑积水，发生突水事故，淹没坑道和工作面，造成巨大经济损失。

由于在矿山中，采空区分布情况复杂，采空区之间的隔离层比较薄弱，很容易产生破损，发生采空区融合的现象，形成盲空区。如下图1 所示，上述都是采空区的显著特点，在这种环境下，矿山的生产难度可想而知，工作人员时刻面临巨大的作业风险，只有强化安全管理，才能在一定程度上减少风险因素的发生的几率，给作业人员提供一个安全稳定的作业环境。

图1 采空区塌陷

3 采空区处理的安全防治建议

采空区的安全有效治理需要相应的技术体系来支撑。通过多年多处采空区治理工程的设计及施工总结，形成了“测、绘、诊、治”技术体系。

“测”即对采空区进行全面调查和测量，主要包括物探、钻探和激光扫描测量等；“绘”即对采空区探测、测量的结果进行精确绘制，实现采空区的三维可视化；“诊”即根据采空区的测量结果及其所处的外部环境等因素对其稳定性进行分析诊断；“治”即综合分析并确定采空区治理方案或选择综合利用方案。

3.1 采空区防排水处理

因采空区形成已久，由于地质构造或采掘使采空区与储水体连通，造成大量的水体直接进入采空区，从而使巷道甚至矿井被淹；应提前对矿区范围内的废弃矿井（露天开采废弃采场）、老采空区，矿井积水区、含水层、岩溶带、地质构造等进行调查，摸清矿井水、采空区积水与地下水、地表水和大气降水的水力关系，预判采空区透水的可能性。采取严格留设保安矿柱，把采空区的积水隔离在生产区外。采用“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治原则，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施；不断完善透水事故应急救援预案，水文地质情况复杂的矿井要按照要求建设紧急避险设施，并配备满足抢险救灾必需的大功率水泵等排水设备。

3.2 采空区充填法处理

如果采空区相互重叠，采空区间隔层厚度低于安全厚度的极限，采用尾砂充填，可应用于空区规模大、跨度大、容量大的多层空区。

用充填法处理采空区，一方面要求对采空区的位置、大小以及与相邻采空区的所有通道了解清楚，以便对采空区进行封闭，加设隔离墙，进行充填脱水或防止充填料流失；另一方面，采空区中必须能有钻孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接进入采空区，达到密实、充填采空区的目的。

在采空区顶板应用钻孔尾砂充填法是可以应用潜孔钻机到达采空区，用套管对小孔扩孔，在地面利用尾砂，加入固化剂形成充填料，借助给料机将以上充填料送达皮带输送机，通过钻孔充填到采空区。充填稳固后再进行采掘作业。

充填法能减少空区体积，降低连续暴露面积，危险性因此降低，可以保证采掘作业人员的安全，矿山企业需要给予这项工作高度重视，科学填充，减少采空区对后续采掘施工影响，降低采矿作业风险。

3.3 采空区崩落法处理

在地下采空区处理过程中，可以采用物探法对采空区进行全面的检测，找出采空区的大概位置，在这项工作完成以后，使用钻探技术，进一步的确定采空区的具体位置，实现采空区的精准定位。

为实现矿山行业的安全生产，采用坍塌爆破的方式提前处理顶板，避免后续施工过程中引发顶板坍塌，造成人员的伤亡。在坍塌爆破之前，需要对采空区的实际情况进行精准全面的勘查，结合勘查结果，合理的确定爆破药量，爆破的规模不能过大。爆破前要在已探明的采空区穿孔，岩石炮孔多为三角型布置，孔深要参照采空区的特点进行设计，以确保穿孔作业安全，保证炮孔质量。如果遇到巷道，可以用沙土回填夯实，以保证采空区顶板的垮落效果。爆破作业实施中要分段装药，炸药量要保证采空区顶板完全垮落。在爆破作业完成以后，要对其环境进行检查，确保环境安全以后才能进行下一步的作业，保证人员的安全。

3.4 采空区隔离处理

对于老旧规模较小采矿区，难以连通形成大的采空区，以上方法难以适用，为了降低处理成本，提高处理效果，力争通过各种探测方式，掌握采空区的范围，采用隔离设施（封闭墙等）将采空区与其他生产作业地点的通道隔绝，防止人员进入采空区，并定期对隔离设施进行巡检，避免因采空区围岩塌落所产生的冲击波危及人身安全、造成设备损坏。构造充分的缓冲层厚度或通往采空区的通道封堵长度是采用封闭法处理采空区的关键。