试析矿山采空区安全评估方法

薛丹丹

（山西工程职业学院，山西 太原 030009）

矿山采空区主要是指山上的矿藏在人为的挖掘或者天然的地质运动作用下，形成的空洞，打破了矿山原有的自然平衡状态，且周围的岩体也发生了变化，从而带来极高的塌陷等灾害风险，严重威胁人民群众的生命和财产安全[1]。针对当前频发的矿山采空区意外事件，甚至在一些地区矿山采空区安全已经成为了当地经济发展的阻碍，因此国家相关部门出台了一系列的政策，以综合治理矿山采空区事故。例如2016年国务院安委会办公室发布的《矿山采空区事故隐患治理工作方案》，明确指出应强化矿山采空区事故治理，构建隐患排查与风险管控结合的治理机制，强化矿山采空区安全监管，分类综合治理，严控发生矿山采空区事故。这一方案的指导下，国内各地的矿山采空区安全治理工作取得了不小的成效，且随着信息化技术的广泛应用，针对矿山采空区安全治理工作也呈现出新的局面。2021年国家能源局发布了《煤矿智能化建设指南（2021年版）》，其中指出鼓励支持一些有条件的矿山引入应急通信系统，并搭建实时在线监测平台，以对矿山采空区进行动态监管，以快速发现异常信息并自动推送预警，减少矿山采空区事故损失。在此背景下，本文以矿山采空区安全评估为切入点，探究常见高效的矿山采空区安全评估方法，以强化矿山采空区安全监控。

1 矿山采空区安全威胁分析

结合当前我国各类矿山采空区事故，发现其安全威胁主要表现在以下几个方面：第一，突水灾害威胁。主要表现在矿山采空区的蓄水，当一地区的矿山采空区的蓄水量超过了其排水能力，就很有可能会发生突水危害，也就是矿山采空区的蓄水快速大量涌出，从而可能会冲击地下工作空间，甚至发生淹没事故。第二，自然灾害威胁。主要是指一些矿山采空区由于防护不当，其采空区的空间通风不畅，长时间积累很容易使得采空区温度攀升，甚至可能发生自燃危害。一般情况下，矿山采空区会通过模拟测算其温度变化，并综合统计矿山采空区附近的可燃物质，以评估自燃威胁程度。第三，串风损失威胁。主要表现在矿山采空区的存在，使得大量新鲜气流进入，造成需风地区的空气流通发生变化，影响空间的通风效果，但注意的是串风损失威胁程度要根据其进入的气流量进行测算[2]。第四，地面崩塌威胁。这是当前矿山采空区主要的安全威胁之一，体现在多个方面，主要是由于人为过度开采导致矿山岩体结构发生变化，其周围的岩石应力集中程度超过极限，从而引起一系列的崩塌破坏现象，其威胁表现程度各有差异。一些地面崩塌可能只是局部破坏，而有些地面崩塌事故甚至会导致矿山崩塌，破坏周边建筑物、交通设施、农业生产等，造成极大的经济和生命损失，必须予以高度关注。

2 矿山采空区安全评估方法

目前能够运用于矿山采空区安全评估中的方法有很多，按评价指标可分为定性和定量评价方法。其中定性评价方法的评价指标相对简单，且方便评价人员实施，但具有明显的缺点，即过度依赖评估人员的主观经验判断，例如安全检查表法。而定量评价方法则更多地加入了量化指标和工具，通过收集大量的信息进行统计评估预测，从而得到相对客观地评估结果，如数学模型定量分析评价法。不管是定性评估方法还是定量评估方法，各有优势和缺点，因此执行过程中通过是结合两种评估方法，以提高评估结果的准确性。下面对于一些常用的评估方法进行分析。

2.1 安全检查表法

安全检查表法（Safety Checklist Analysis）主要是指在一定的标准指导下，进行对照检查以识别工艺设备中存在的一些漏洞，以及时发现可能存在的危险因素，属于定性评估方法。这一方法是当前最基础和简单操作的评估方法之一，被广泛地应用在工程项目、系统安全等领域。但不可忽视的是这一评估方法要求操作人员必须十分熟悉行业标准和相关法规，并具有丰富的专业经验，才能获得较为准确的评估结果。

2.2 故障树分析法

故障树分析法（FTA）主要指的是由上往下的演绎式失效评估方法，应用在安全工程评估过程中，通过判定其工程系统失效的概率，找出其故障原因并排除故障。故障树分析法的应用领域极为广泛，能够直观地识别判定系统故障发生的可能性，通过故障树绘制清楚地将评估对象的评估结果展现出来，方便制定针对性的应对措施，但故障树分析法的评估对于基础数据要求极高，如果数据缺失将难以科学评估安全危险因素。

2.3 作业条件危险性评价法

作业条件危险性评价法（LEC）是定量评估方法，主要判断在具有潜在危险作业条件下发生意外事故的可能性，将评估结果划分为不同的等级。LEC法评估结果清晰明了，但其评估工作主要是针对作业的局部评价，缺乏普遍的实用性，难以全面推广应用。

2.4 数学模型定量分析评价法

数学模型定量分析评价法是通过构建数学模型，能够科学衡量量化评估对象的风险程度高低，能够获得较为科学的评估结果。然而针对一项复杂的安全工程，并不能构建与之相匹配的数学模型，如果其模型构建条件不合适，将会导致最终的评估结果失去参考价值。

2.5 Kent专家评价指标法

Kent专家评价指标法是一种定性描述的定量评估方法，根据相应的评估对象特定制相对合理的评估标准，邀请一定数量的专家根据自身专业知识和经验进行打分，并对所有专家评分进行结集测算。Kent专家评价指标法的应用巧妙地运用了经验指数，能够应用在一般性的安全工程中的安全评价，但这一方法需要以完整的基础数据为支撑，其前期的准确工作十分繁杂。

2.6 模糊综合评价法

模糊综合评价法是一种模糊数学的综合评估方法，是典型的量化评估方法，能够解决复杂难以量化的评估问题，应用领域十分广泛。与其他评价方法的不同，模糊综合评价法主要为了解决安全工程评估的大量不确定性因素的评估问题，具有较高的实用价值。然而为了提高评估结果的准确性，这一评估方法要求较多专业人员参与，但无论如何配置人员，其模糊关系矩阵的权重确定仍存在一定的主观性因素。

3 矿山采空区安全防范方法

对于矿山采空区的安全管理来说，不仅需要实施及时的安全评估，同时还要注意采取科学合理的安全防范方法，以排除矿山采空区安全隐患，提高矿山采空区的安全性。对于矿山采空区的安全治理不管采取哪一种评估方法，主要目的都在于改变采空区的应力集中，防止采空区周围的岩体发生变形，从而降低采空区的安全隐患。这里梳理了当前几种常见的安全防范方法，具体如下。

3.1 崩落围岩法

崩落围岩法也是对矿山采空区的应力集中部分采取转移处理，从而使得采空区的应力重新达到平衡水平，实现采空区的安全管理目标。崩落围岩法主要是进行回采处理，人工使得采空区周围的岩体出现可控制的崩落，从而回填采空区，实现地压管理目标。崩落围岩法根据处理手段的不同而分为两种，一种是自然崩落，另一种是强制崩落，这种处理方法与其他方法相比具有明显的低成本优势，且工作量较低，是矿山采空区治理较常采用的方式。然而值得注意的是，崩落围岩法的处理过程中存在较高的总体损失率，所以通常是一些价值不高的矿山采空区采取的治理方式。

3.2 密封法

密封法主要是指通过封闭矿山采空区的方式，将其与外界连接的通道隔离，并设置相应的隔离层，将矿山采空区与正在采矿作业的区域隔开，从而保障采矿作业区域的安全。这一治理方法对于治理技术的要求不高，且成本相对较低，然而其所获得的矿山采空区治理效果并不理想，其治理思路只是简单地将矿山采空区与作业区隔离，以隔离危险因素。对矿山采空区的密封治理，应注意选择具有符合条件的承压强度墙体，并考虑是否需要预留泄水管道，且需要定期进行密封效果检查，以保证其密封治理的效果。

3.3 充填法

充填法一般分为干式、湿式以及膏体三种，通常是根据矿山采空区条件的变化选择合适的方法。采取充填法来治理矿山采空区问题，主要是能够减少顶板的移动速度，从而降低矿山采空区周围岩体的应力集中程度，从而消除采空区安全威胁。但这一治理方法与其他方式相比成本较高，且要求使用较高的生产设备。某个矿山采空区制定合适的充填方案，需要遵循一定的要求，首先可利用矿山的采矿废弃物作为采空区治理的原材料，以尽可能地降低治理成本；其次为了稳定矿山其他地区的稳定，应合理配置充填原料的强度，以达到矿山采空区治理的需要；最后使用可靠的充填工艺和设备。

3.4 矿柱支撑法

矿柱是一种被广泛应用在建设工程中的工具，借助周围岩体本身具有的较高稳固性，能够有效维护支撑矿山采空区稳定。采取矿柱支撑法治理矿山采空区，通常适应于一些在采矿过程中保留了安全矿柱的矿山，或者可以通过人工假柱来支撑矿山采空区。与其他治理方法相比，矿柱支撑法具有一定的优势，即成本相对较低、施工治理操作便捷。但注意的是这一方法不能真正解决矿山采空区的安全隐患，对于一些规模较大的矿山采空区并不合适，甚至可能会加剧后期治理的难度。

4 结语

总之，矿山采空区安全性是一项复杂的工程，涉及的影响因素极为复杂，要想真正实现安全生产目标，必须运用科学的安全评估方法，对矿山采空区安全风险进行客观、精准地评估预测，从而及时发生矿山采空区存在的风险并采取措施，保障人民群众生命和财产的安全。上文中对当前常用的几种矿山采空区安全评估方法进行了梳理，不仅包括定性研究方法，还有很多定量研究方法，以提高矿山采空区安全评估工作的科学性。因此，为了矿山采空区的安全生产，不仅要重视其安全评估，还应从源头上杜绝矿山采空区的安全风险，采取合适的处理方法，如崩落围岩法、密封法、充填法、矿柱支撑法等，以提高矿山采空区安全防护质量。