采空區安全處理措施研究

孟磊磊，王 潤，曹 洋

（鞍鋼集團礦業有限公司齊大山分公司，遼寧 鞍山 114000）

隨著采空區體積形態不斷變化，應力也會進行重分布，當應力集中達到巖石穩定性強度時，則易引發起變形破壞，部分位置開始出現冒落，甚至是突發較大規模的冒落。面對這一情況，制定落實有效的安全規定和有針對性地進行安全處理則顯得尤為關鍵，同時也是保護礦山地質和人民生命財產安全的重要保障。在現代化技術發展下，采空區安全處理工作應立足礦山實際情況，綜合分析各種影響因素，進行有效對策研究與實際落實[1-3]。

1 礦山地質

齊大山礦主要分為南、北采區，在其特征上千枚巖、黑云變粒巖、石英片巖等巖體特征十分明顯明顯，整個鐵礦床的走向為305°～335°，屬于太古宙鞍山群中的條帶狀鐵礦，礦體產狀穩定。然而隨著深入地開采齊大山鐵礦采場內部也開始發現多層采空區，以下將結合齊大山鐵礦床采空區的情況進行分析，更有針對性地尋找安全處理對策，希望可推動采空區的治理與改善工作[4]。

2 采空區現狀

2.1 主要調查方法

根據礦區采礦工藝及礦山生產現狀，本次調查主要采用資料收集和現場實際勘察相結合的方法，以確保所收集到的信息、數據的準確可靠性。所涉及的細則的工作內容有對礦區以往開展地地質、測量工作、開采歷史情況和目前的工作條件、安全現狀等資料的整理收集，以及針對采區調查內容所涉及的各個方面進行現場實地勘察，以便深層地了解采空區的具體位置、巖石結構、穩定程度、形態形狀等，為后期的安全處理提供其可靠的依據。

通過對采空區探測、巖石頂板樣本采集測試和系統的分析整理工作，發現齊大山鐵礦采空區主要集中在鐵礦采場內，其范圍比較廣，據推斷位于淺部和中深層空洞異常區14片，組成采空區32塊；位于低頻井狀物特殊的異常區有23處，多處采空區的存在已嚴重影響到了礦山安全高效生產。

2.2 采空區情況

在近期生產過程中，于-180m水平臺階處發現一處采空區，且存在部分頂板垮落現象，部分采空區暴露在外，采空區實景圖如圖1所示：

圖1 -180m水平采空區實景圖

經初步探測得知，該采空區頂板厚度5m左右，跨度20m左右，并且此采空區下方還存在未探明采空區，其規模信息暫不明確。此處重疊采空區已對齊大山鐵礦正常生產帶來嚴重影響且存在極大安全隱患。一旦下層采空區頂板在礦山爆破荷載的影響下失穩垮落，雙層采空區將貫通形成一個厚度更大的采空區，其整體結構穩定性發生變化，將威脅到附近工作人員及設備的安全[5]。

2.3 采空區穩定性

礦層頂底板巖性以千枚巖、黑云變粒巖、石英片巖等為主，局部為灰白色，少數礦層頂板巖性為棕紅色泥巖。通過對收集的檔案資料翻閱可知，已塌陷區情況良好。現剩余的采空區部分也處于相對穩定狀態。但隨著開采生產工作的延續，周圍礦區會受到荷載、采動、風化、潮解等作用的影響，局部承載力發生增大的變化，其中部分強度較低的軟弱礦易產生破壞、坍塌或失去支撐作用，進而在一定程度上會有所影響到采空區頂板承壓能力，可能相繼出現破壞，最終導致采空區大范圍的頂板冒落，因此采空區的治理工作迫在眉睫。

3 采空區治理方法選擇

參考國內外礦山采空區治理方案，與實際情況進行比對分析，并按照選擇原則及排除法進行確定后，發現比較結合實際、具有一定可行性的治理方法有崩落法、充填法、支撐法等，以下將具體對其可操作性進行分析：

（1）強制崩落法。強制崩落法是指采用中深孔或深孔爆破方式，以此來崩落采空區頂板進行放頂，以達到消除采空區目的。雖然具有爆破次數少，崩礦量大等優點，但此方法因外力的強度過大會造成地表塌陷，對環境的破壞程度也比較大。

（2）充填法。充填法是利用尾砂、碎石、廢石等，隨著開采工作的進行，利用開采廢棄物逐步充填采空區的方法。從施工工藝和施工成本方向考慮，充填方法施工工藝較為復雜、所需較高成本，也不易使用[6]。

（3）支撐法。可通過加固的治理方法來保護采空區。然而此種方法要面臨的龐大工程量，往往在施工過程中要耗費較長的工期，支護施工中也存在一定危險性，這樣的做法十分不符合其有治理原則。

（4）封閉隔離法。采用合適位置構筑隔離工程隔離采空區，減小采空區坍塌對生產造成的破壞，節約成本保證安全，該礦山可以選擇封閉隔離法治理采空區。

基于所面臨的各種情況，綜合分析后可采用強制崩落法和封閉隔離法，或者通過兩種或多種相結合的方法，以此來消除采空區對生產作業的影響，確保生產安全[7-9]。

4 采空區治理方案

選擇采空區治理方案時，需綜合考慮采空區的特征、工程重要性及實地施工條件等：

方案1采用的是強制崩落兩盤圍巖、隔離處理采空區。主要依據空區形態和需要，準備相應的設計和方案。特別要注意設計擬在5-7勘探線南北兩盤圍巖中鉆鑿傾斜扇形深孔，強制崩落采空區，進而形成空區巖石覆蓋層。礦山針對露天邊坡等應做好保護措施，對采空區附近的所有設備人員進行撤離，避免因沖擊波過大而造成危害影響。除此之外，可在空區靠近道路一側設計隔離墻，減少由于沖擊波等對道路的影響，這樣可減少復雜化施工對作業人員和設施造成的危害，而且從不同方位、角度上對整體情況做了較為細致地處理。

方案2采用的是以強制崩落頂板和兩盤圍巖的方法來對采空區存在的安全問題進行處理。考慮到所涉及的范圍較大和頂板距地表較近的實際情況，為避免由于打孔過程導致采空區頂板垮落，一般在距離探測的采空區邊緣部位實施爆破作業，運用此方法盡可能地減少空區頂板與巖石間發生不可控的冒落情況造成設備損壞和人員受傷。針對下層采空區處理，可采用硐室大爆破的方法處理采空區，此方法雖然消耗藥量較大，但是操作簡單，處理方便。

方案的最終確定選擇具體要參考具有經典性地采空區處理方案，以及對數據、應急措施、整體效果進行再次分析，綜合管理人員、施工人員的意見后再選定，在施工時具體依實際情況進行部分調整。

在施工過程中值得特別注意的一些安全處理措施：

（1）在靠近空區中鉆鑿深孔時，施工人員在施工時要具有警惕意識，有意識地關注到空區的動靜，若聽到異常聲響的存在，應及時組織所有作業人員撤離。在打孔過程中，可通過在空區邊緣掛起警示牌提醒其他工作人員切忌誤入。

（2）在回顧近幾年多次深孔爆破實驗后，對所收集到的可靠數據進行比對后確定最大一段裝藥量，同時可考慮使用微差爆破減小爆破振動對周圍建筑物不會造成太大影響，方案具有可操作性和實際治理的意義。

（3）當進行深孔大爆破時，不僅產生大量有毒有害氣體粉塵聚積在空區及其附近同時也可能產生大量飛石，為此必須撤離人員設備足夠的安全距離，并且保證通風時間要達到標準，待使用專業設備安全檢查確認潛在的危險被排除后，才可允許員工繼續作業。

（4）面對生產過程中深孔爆破很頻繁這一情況，可從施工技術方面進行改善，采取微差爆破技術、控制單孔藥量、打減震孔等減震措施進行處理，以此來減輕爆破對采空區穩定性造成的破壞。

（5）基于現代科學技術大力發展的背景下，現場可依靠電子技術、網絡技術建立符合實情的采空區巖移監控機構和觀測系統，收集實時的監測數據用以補充移監測儀器，實現對采空區的多方位的覆蓋。經長期的數據收集后可形成內部小型的數據庫，方便于后期數據的調取和再次分析，以掌握采空區地表和頂板圍巖移動狀態和規律；而且可運用可視化圖表的功能清晰地反映數據的變化，若發現巖移變化異常，則需要進一步確認監測結果，并召開會議一同商定治理方案。

（6）面對塌陷區要時刻保持警戒，安全管理人員要使用較亮的顏色設置醒目的警示標志，特別注意要在日常加強日常巡查和檢查，禁止人員、車輛進入圈定界限內，確保人們環境安全。

5 結語

綜上所述，本文從實際采空區治理工程出發，多角度反映采空區處理措施。通過多次地現場調查和對廣泛的信息數據進行分析后，提出了采空區的治理方案，預測在施工中可能會遇到的問題，并提出相應的安全處理對策，以確保治理工作的順利推進和四周環境資源的保護。