試析礦山采空區(qū)安全評(píng)估方法

薛丹丹

（山西工程職業(yè)學(xué)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(zhì)運(yùn)動(dòng)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?chē)膸r體也發(fā)生了變化，從而帶來(lái)極高的塌陷等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全[1]。針對(duì)當(dāng)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙，因此國(guó)家相關(guān)部門(mén)出臺(tái)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(guó)務(wù)院安委會(huì)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(yīng)強(qiáng)化礦山采空區(qū)事故治理，構(gòu)建隱患排查與風(fēng)險(xiǎn)管控結(jié)合的治理機(jī)制，強(qiáng)化礦山采空區(qū)安全監(jiān)管，分類(lèi)綜合治理，嚴(yán)控發(fā)生礦山采空區(qū)事故。這一方案的指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)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(shù)的廣泛應(yīng)用，針對(duì)礦山采空區(qū)安全治理工作也呈現(xiàn)出新的局面。2021年國(guó)家能源局發(fā)布了《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》，其中指出鼓勵(lì)支持一些有條件的礦山引入應(yīng)急通信系統(tǒng)，并搭建實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)，以對(duì)礦山采空區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管，以快速發(fā)現(xiàn)異常信息并自動(dòng)推送預(yù)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(píng)估為切入點(diǎn)，探究常見(jiàn)高效的礦山采空區(qū)安全評(píng)估方法，以強(qiáng)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(jié)合當(dāng)前我國(guó)各類(lèi)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(gè)方面：第一，突水災(zāi)害威脅。主要表現(xiàn)在礦山采空區(qū)的蓄水，當(dāng)一地區(qū)的礦山采空區(qū)的蓄水量超過(guò)了其排水能力，就很有可能會(huì)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(huì)沖擊地下工作空間，甚至發(fā)生淹沒(méi)事故。第二，自然災(zāi)害威脅。主要是指一些礦山采空區(qū)由于防護(hù)不當(dāng)，其采空區(qū)的空間通風(fēng)不暢，長(zhǎng)時(shí)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(huì)通過(guò)模擬測(cè)算其溫度變化，并綜合統(tǒng)計(jì)礦山采空區(qū)附近的可燃物質(zhì)，以評(píng)估自燃威脅程度。第三，串風(fēng)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(jìn)入，造成需風(fēng)地區(qū)的空氣流通發(fā)生變化，影響空間的通風(fēng)效果，但注意的是串風(fēng)損失威脅程度要根據(jù)其進(jìn)入的氣流量進(jìn)行測(cè)算[2]。第四，地面崩塌威脅。這是當(dāng)前礦山采空區(qū)主要的安全威脅之一，體現(xiàn)在多個(gè)方面，主要是由于人為過(guò)度開(kāi)采導(dǎo)致礦山巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其周?chē)膸r石應(yīng)力集中程度超過(guò)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?xí)?dǎo)致礦山崩塌，破壞周邊建筑物、交通設(shè)施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等，造成極大的經(jīng)濟(jì)和生命損失，必須予以高度關(guān)注。

2 礦山采空區(qū)安全評(píng)估方法

目前能夠運(yùn)用于礦山采空區(qū)安全評(píng)估中的方法有很多，按評(píng)價(jià)指標(biāo)可分為定性和定量評(píng)價(jià)方法。其中定性評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)簡(jiǎn)單，且方便評(píng)價(jià)人員實(shí)施，但具有明顯的缺點(diǎn)，即過(guò)度依賴(lài)評(píng)估人員的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，例如安全檢查表法。而定量評(píng)價(jià)方法則更多地加入了量化指標(biāo)和工具，通過(guò)收集大量的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估預(yù)測(cè)，從而得到相對(duì)客觀地評(píng)估結(jié)果，如數(shù)學(xué)模型定量分析評(píng)價(jià)法。不管是定性評(píng)估方法還是定量評(píng)估方法，各有優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，因此執(zhí)行過(guò)程中通過(guò)是結(jié)合兩種評(píng)估方法，以提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面對(duì)于一些常用的評(píng)估方法進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下，進(jìn)行對(duì)照檢查以識(shí)別工藝設(shè)備中存在的一些漏洞，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的危險(xiǎn)因素，屬于定性評(píng)估方法。這一方法是當(dāng)前最基礎(chǔ)和簡(jiǎn)單操作的評(píng)估方法之一，被廣泛地應(yīng)用在工程項(xiàng)目、系統(tǒng)安全等領(lǐng)域。但不可忽視的是這一評(píng)估方法要求操作人員必須十分熟悉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)，并具有豐富的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，才能獲得較為準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。

2.2 故障樹(shù)分析法

故障樹(shù)分析法（FTA）主要指的是由上往下的演繹式失效評(píng)估方法，應(yīng)用在安全工程評(píng)估過(guò)程中，通過(guò)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(shù)分析法的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，能夠直觀地識(shí)別判定系統(tǒng)故障發(fā)生的可能性，通過(guò)故障樹(shù)繪制清楚地將評(píng)估對(duì)象的評(píng)估結(jié)果展現(xiàn)出來(lái)，方便制定針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，但故障樹(shù)分析法的評(píng)估對(duì)于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求極高，如果數(shù)據(jù)缺失將難以科學(xué)評(píng)估安全危險(xiǎn)因素。

2.3 作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法

作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法（LEC）是定量評(píng)估方法，主要判斷在具有潛在危險(xiǎn)作業(yè)條件下發(fā)生意外事故的可能性，將評(píng)估結(jié)果劃分為不同的等級(jí)。LEC法評(píng)估結(jié)果清晰明了，但其評(píng)估工作主要是針對(duì)作業(yè)的局部評(píng)價(jià)，缺乏普遍的實(shí)用性，難以全面推廣應(yīng)用。

2.4 數(shù)學(xué)模型定量分析評(píng)價(jià)法

數(shù)學(xué)模型定量分析評(píng)價(jià)法是通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，能夠科學(xué)衡量量化評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)程度高低，能夠獲得較為科學(xué)的評(píng)估結(jié)果。然而針對(duì)一項(xiàng)復(fù)雜的安全工程，并不能構(gòu)建與之相匹配的數(shù)學(xué)模型，如果其模型構(gòu)建條件不合適，將會(huì)導(dǎo)致最終的評(píng)估結(jié)果失去參考價(jià)值。

2.5 Kent專(zhuān)家評(píng)價(jià)指標(biāo)法

Kent專(zhuān)家評(píng)價(jià)指標(biāo)法是一種定性描述的定量評(píng)估方法，根據(jù)相應(yīng)的評(píng)估對(duì)象特定制相對(duì)合理的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，邀請(qǐng)一定數(shù)量的專(zhuān)家根據(jù)自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分，并對(duì)所有專(zhuān)家評(píng)分進(jìn)行結(jié)集測(cè)算。Kent專(zhuān)家評(píng)價(jià)指標(biāo)法的應(yīng)用巧妙地運(yùn)用了經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，能夠應(yīng)用在一般性的安全工程中的安全評(píng)價(jià)，但這一方法需要以完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為支撐，其前期的準(zhǔn)確工作十分繁雜。

2.6 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)估方法，是典型的量化評(píng)估方法，能夠解決復(fù)雜難以量化的評(píng)估問(wèn)題，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。與其他評(píng)價(jià)方法的不同，模糊綜合評(píng)價(jià)法主要為了解決安全工程評(píng)估的大量不確定性因素的評(píng)估問(wèn)題，具有較高的實(shí)用價(jià)值。然而為了提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，這一評(píng)估方法要求較多專(zhuān)業(yè)人員參與，但無(wú)論如何配置人員，其模糊關(guān)系矩陣的權(quán)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(duì)于礦山采空區(qū)的安全管理來(lái)說(shuō)，不僅需要實(shí)施及時(shí)的安全評(píng)估，同時(shí)還要注意采取科學(xué)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(duì)于礦山采空區(qū)的安全治理不管采取哪一種評(píng)估方法，主要目的都在于改變采空區(qū)的應(yīng)力集中，防止采空區(qū)周?chē)膸r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(dāng)前幾種常見(jiàn)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(duì)礦山采空區(qū)的應(yīng)力集中部分采取轉(zhuǎn)移處理，從而使得采空區(qū)的應(yīng)力重新達(dá)到平衡水平，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的安全管理目標(biāo)。崩落圍巖法主要是進(jìn)行回采處理，人工使得采空區(qū)周?chē)膸r體出現(xiàn)可控制的崩落，從而回填采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)地壓管理目標(biāo)。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(qiáng)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(shì)，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(guò)程中存在較高的總體損失率，所以通常是一些價(jià)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(guò)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(shè)置相應(yīng)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(kāi)，從而保障采礦作業(yè)區(qū)域的安全。這一治理方法對(duì)于治理技術(shù)的要求不高，且成本相對(duì)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(jiǎn)單地將礦山采空區(qū)與作業(yè)區(qū)隔離，以隔離危險(xiǎn)因素。對(duì)礦山采空區(qū)的密封治理，應(yīng)注意選擇具有符合條件的承壓強(qiáng)度墻體，并考慮是否需要預(yù)留泄水管道，且需要定期進(jìn)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(lái)治理礦山采空區(qū)問(wèn)題，主要是能夠減少頂板的移動(dòng)速度，從而降低礦山采空區(qū)周?chē)鷰r體的應(yīng)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(shè)備。某個(gè)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(yīng)合理配置充填原料的強(qiáng)度，以達(dá)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(shè)備。

3.4 礦柱支撐法

礦柱是一種被廣泛應(yīng)用在建設(shè)工程中的工具，借助周?chē)鷰r體本身具有的較高穩(wěn)固性，能夠有效維護(hù)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(yīng)于一些在采礦過(guò)程中保留了安全礦柱的礦山，或者可以通過(guò)人工假柱來(lái)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(shì)，即成本相對(duì)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(duì)于一些規(guī)模較大的礦山采空區(qū)并不合適，甚至可能會(huì)加劇后期治理的難度。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，礦山采空區(qū)安全性是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及的影響因素極為復(fù)雜，要想真正實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)，必須運(yùn)用科學(xué)的安全評(píng)估方法，對(duì)礦山采空區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行客觀、精準(zhǔn)地評(píng)估預(yù)測(cè)，從而及時(shí)發(fā)生礦山采空區(qū)存在的風(fēng)險(xiǎn)并采取措施，保障人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)的安全。上文中對(duì)當(dāng)前常用的幾種礦山采空區(qū)安全評(píng)估方法進(jìn)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(píng)估工作的科學(xué)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(píng)估，還應(yīng)從源頭上杜絕礦山采空區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)，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(hù)質(zhì)量。