露天煤礦采空區處理與采礦一體化研究

張敬斌

摘 要：采空區處理是有隱伏采空區的露天礦開采的重要步驟，對維持采空區穩定、防止坍塌沉陷事故發生、礦山安全高效的開采具有重要的意義。本文針對露天煤礦采空區獨特的特點，提出采空區治理的原則，進一步對露天煤礦不同位置的采空區提出不同的治理方法，在此基礎上，以某露天礦首采區已探明的采空區為例，提出采空區處理與采礦一體化的研究。

關鍵詞：露天煤礦；采空區；采礦一體化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.071

1 采空區治理方法

目前，國內外采空區治理方法可分為五大類，即封閉法、充填法、地下峒室崩落礦柱法、小孔徑崩落礦柱法、露天采場深孔爆破法、拋擲爆破法等。

封閉法適用于處理小范圍的、單獨的、對周邊沒有影響、可以自由塌陷的采空區。對于露天開采境界內的采空區，封閉法是不可行的，但對于原煤運輸巷道影響區的治理有一定的適用性。充填法在我國目前比較成熟，根據充填材料的不同，有多種充填方式主要有：干式、高濃度全尾砂、膏體膠結和高水速凝全水固化膠結等，這些充填法在技術上都是可行的。地下硐室礦柱崩落法和小孔徑礦柱崩落法，一般適用于露天開采境界內原先地采所留煤柱以及采空區頂板巖石破碎嚴重的采空區處理。它比較難實施，工程投資較大，效率低下，所以也不宜采用。拋擲爆破法分為硐室拋擲爆破和鉆孔拋擲爆破，峒室爆破法主要用于巷道還在的采空區。由于露天礦境界內采空區大都沒有具體的巷道，不適用。而鉆孔拋擲爆破需要配合巖石的拋擲爆破來進行，它具有以下特點：①臺階高度大，上部作業設備離采空區頂板距離較遠，大于上覆巖層安全厚度，設備作業安全；②裝藥量大，頂板垮落充分，充填的較密實。③大塊率較大，還得二次處理。露天采場深孔爆破法就是利用露天礦生產所用深孔爆破法來處理采空區同時達到爆破巖石的目的。相比較前面的幾種方法，露天采場深孔爆破法把露天礦采空區處理和爆破巖石緊密結合在一起，具有投資少、施工技術簡單、安全可靠等優點。因此，把它用于露天采場內采空區處理是比較理想的。

綜上所述，本文選用深孔爆破法處理露天采場下部的采空區，而封閉法和充填法對于治理露天煤礦邊坡下及原煤運輸巷道附近的采空區可部分使用。

2 采空區處理與采礦一體化

由于采空區的存在嚴重制約著露天臺階生產，因此采空區治理不并不只是單一、獨立的安全治理工作，它嚴重的影響著露天礦的生產。露天礦不能不處理采空區正常推進，也不能完全停下生產來專門搞采空區的治理。同時，采空區治理采用深孔爆破處理法又是非常實際、現實、具體的工作，采空區處理應根據采空區、臺階的變化而相應調整。考慮到某露天煤礦采空區的復雜性、不確定性、動態變化性，結合公司露天生產、安全的需要，某露天煤礦采空區處理應與露天采礦統籌規劃，以實現強化安全開采為目標，將采場內采空區進行分類，然后根據分類分情況治理，把采空區處理與采礦有機的結合在一起，形成采空區處理與采礦一體化系統。

（1）采空區資料收集。根據某露天煤礦的地質特征、現場實際情況、采空區存在的巖石層位以及曾經在小煤窯工作過的人員經驗，以東露天煤礦已經收集到的小煤窯井下巷道圖為參照，確定采空區最大可能發生的范圍。

（2）物探探測。委托有資質的專業物探公司對東露天煤礦小煤窯采空區進行勘探，初步劃定采空區范圍。

（3）鉆探探測。對綜合物探給出的采空區可能區域合理工程鉆探，選擇合適的鉆機對可能區域穿孔作業，鉆機應布置在疑似區域的外圍進行鉆孔，鉆機工作時，應配專人進行地壓檢測。

（4）資料匯總。生產技術部通過對前面三步得到的資料進行細致的分析，得出采空區的詳盡的資料，并將采空區的具體位置標注在采場上，建立采空區三維礦床地質模型。具體不同的采空區的處理應分別考慮，不能一味照搬，具體問題具體分析。

（5）采空區處理。相關生產技術人員根據采空區上覆巖層的厚度對采空區進行分類，根據采空區分類結果以及采空區與采場相對位置關系，結合生產計劃制定采空區治理措施指導生產。

3 露天煤礦過采空區的安全措施

為保證某露天煤礦在采空區作業的設備及人員的安全，論文在認真研究采空區探測方法、采空區上覆巖層安全厚度及采空區處理的基礎上，得到某露天煤礦過采空區安全生產技術措施，具體包括采空區安全作業技術措施、作業人員和設備安全作業措施等。

（1）采空區安全作業技術措施。①成立專門的組織機構，配備專職人員，加強對采空區安全作業管理；②工程技術部門及相關部門將采空區的具體位置標注在采剝工程平面圖上，并在采場具體標定，設置警示牌，禁止大型設備進入；③鉆機、挖掘機、卡車及其它輔助設備在采空區范圍內作業時，必須進行采空區安全穩定性研究，根據研究結果對采空區進行分類，并相應劃定危險區域范圍，在現場設置警示牌。擬定采空區處理技術方案，報安全生產領導小組審批。作業部嚴格按照批復的采空區處理技術方案進行實施；④大型設備在采空區區域內作業時應時刻進行地壓檢測，同時設地面指揮人員，地面指揮人員應經常觀察作業設備周圍情況，如有異常，所有人員和設備必須立即撤到安全區域并向有關部們匯報。

（2）人員和設備安全作業措施處理采空區時，露天礦工作人員和設備要在采空區上部平盤作業，為確保人員和設備的安全，要制定好人員及設備的安全作業措施。①采空區上部平盤是采空區處理時人員和設備的作業場所，根據采空區上覆巖層厚度，對可能發生設備沉陷的采空區范圍，相應的在工作面上劃出危險禁區，禁止人員和設備進入。②在工作面劃出采空區的危險區域進行穿孔作業時，鉆機重心應禁止在采空區危險界線以內作業，同時應時刻保持鉆機的退出采空區影響范圍的道路通暢，確保發生危險時能及時將鉆機撤出采空區影響范圍。另外，鉆機不在作業時，應將鉆機放置在采空區影響范圍外的地帶。③對出現掉鉆、不返巖粉等情況的鉆孔，穿爆隊應視不同情況區分正常孔、有氣體泄漏孔、高溫孔或火孔采取不同的處置措施，如果是高溫孔或火孔，應及時封堵孔口并進行降溫和滅火處理。④制訂專門的采空區爆破作業規程，經批準后方可實施。⑤采空區在爆破處理后，應及時對于采空區的爆破效果進行檢驗，根據爆破經驗（通過爆堆的沉降）判斷采空區的處理效果。

參考文獻：

[1]姬長生.我國露天煤礦開采工藝發展狀況綜述[J].采礦與安全工程學報，2008，25（03）.