采空區(qū)安全處理措施研究

孟磊磊，王 潤，曹 洋

（鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司齊大山分公司，遼寧 鞍山 114000）

隨著采空區(qū)體積形態(tài)不斷變化，應(yīng)力也會進(jìn)行重分布，當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到巖石穩(wěn)定性強(qiáng)度時，則易引發(fā)起變形破壞，部分位置開始出現(xiàn)冒落，甚至是突發(fā)較大規(guī)模的冒落。面對這一情況，制定落實有效的安全規(guī)定和有針對性地進(jìn)行安全處理則顯得尤為關(guān)鍵，同時也是保護(hù)礦山地質(zhì)和人民生命財產(chǎn)安全的重要保障。在現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展下，采空區(qū)安全處理工作應(yīng)立足礦山實際情況，綜合分析各種影響因素，進(jìn)行有效對策研究與實際落實[1-3]。

1 礦山地質(zhì)

齊大山礦主要分為南、北采區(qū)，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(chǎn)狀穩(wěn)定。然而隨著深入地開采齊大山鐵礦采場內(nèi)部也開始發(fā)現(xiàn)多層采空區(qū)，以下將結(jié)合齊大山鐵礦床采空區(qū)的情況進(jìn)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(qū)的治理與改善工作[4]。

2 采空區(qū)現(xiàn)狀

2.1 主要調(diào)查方法

根據(jù)礦區(qū)采礦工藝及礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀，本次調(diào)查主要采用資料收集和現(xiàn)場實際勘察相結(jié)合的方法，以確保所收集到的信息、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性。所涉及的細(xì)則的工作內(nèi)容有對礦區(qū)以往開展地地質(zhì)、測量工作、開采歷史情況和目前的工作條件、安全現(xiàn)狀等資料的整理收集，以及針對采區(qū)調(diào)查內(nèi)容所涉及的各個方面進(jìn)行現(xiàn)場實地勘察，以便深層地了解采空區(qū)的具體位置、巖石結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定程度、形態(tài)形狀等，為后期的安全處理提供其可靠的依據(jù)。

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

2.2 采空區(qū)情況

在近期生產(chǎn)過程中，于-180m水平臺階處發(fā)現(xiàn)一處采空區(qū)，且存在部分頂板垮落現(xiàn)象，部分采空區(qū)暴露在外，采空區(qū)實景圖如圖1所示：

圖1 -180m水平采空區(qū)實景圖

經(jīng)初步探測得知，該采空區(qū)頂板厚度5m左右，跨度20m左右，并且此采空區(qū)下方還存在未探明采空區(qū)，其規(guī)模信息暫不明確。此處重疊采空區(qū)已對齊大山鐵礦正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響且存在極大安全隱患。一旦下層采空區(qū)頂板在礦山爆破荷載的影響下失穩(wěn)垮落，雙層采空區(qū)將貫通形成一個厚度更大的采空區(qū)，其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性發(fā)生變化，將威脅到附近工作人員及設(shè)備的安全[5]。

2.3 采空區(qū)穩(wěn)定性

礦層頂?shù)装鍘r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(shù)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(qū)情況良好?，F(xiàn)剩余的采空區(qū)部分也處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。但隨著開采生產(chǎn)工作的延續(xù)，周圍礦區(qū)會受到荷載、采動、風(fēng)化、潮解等作用的影響，局部承載力發(fā)生增大的變化，其中部分強(qiáng)度較低的軟弱礦易產(chǎn)生破壞、坍塌或失去支撐作用，進(jìn)而在一定程度上會有所影響到采空區(qū)頂板承壓能力，可能相繼出現(xiàn)破壞，最終導(dǎo)致采空區(qū)大范圍的頂板冒落，因此采空區(qū)的治理工作迫在眉睫。

3 采空區(qū)治理方法選擇

參考國內(nèi)外礦山采空區(qū)治理方案，與實際情況進(jìn)行比對分析，并按照選擇原則及排除法進(jìn)行確定后，發(fā)現(xiàn)比較結(jié)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(jìn)行分析：

（1）強(qiáng)制崩落法。強(qiáng)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(qū)頂板進(jìn)行放頂，以達(dá)到消除采空區(qū)目的。雖然具有爆破次數(shù)少，崩礦量大等優(yōu)點，但此方法因外力的強(qiáng)度過大會造成地表塌陷，對環(huán)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(jìn)行，利用開采廢棄物逐步充填采空區(qū)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(fù)雜、所需較高成本，也不易使用[6]。

（3）支撐法?？赏ㄟ^加固的治理方法來保護(hù)采空區(qū)。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(hù)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(gòu)筑隔離工程隔離采空區(qū)，減小采空區(qū)坍塌對生產(chǎn)造成的破壞，節(jié)約成本保證安全，該礦山可以選擇封閉隔離法治理采空區(qū)。

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

4 采空區(qū)治理方案

選擇采空區(qū)治理方案時，需綜合考慮采空區(qū)的特征、工程重要性及實地施工條件等：

方案1采用的是強(qiáng)制崩落兩盤圍巖、隔離處理采空區(qū)。主要依據(jù)空區(qū)形態(tài)和需要，準(zhǔn)備相應(yīng)的設(shè)計和方案。特別要注意設(shè)計擬在5-7勘探線南北兩盤圍巖中鉆鑿傾斜扇形深孔，強(qiáng)制崩落采空區(qū)，進(jìn)而形成空區(qū)巖石覆蓋層。礦山針對露天邊坡等應(yīng)做好保護(hù)措施，對采空區(qū)附近的所有設(shè)備人員進(jìn)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(qū)靠近道路一側(cè)設(shè)計隔離墻，減少由于沖擊波等對道路的影響，這樣可減少復(fù)雜化施工對作業(yè)人員和設(shè)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(xì)致地處理。

方案2采用的是以強(qiáng)制崩落頂板和兩盤圍巖的方法來對采空區(qū)存在的安全問題進(jìn)行處理?？紤]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(dǎo)致采空區(qū)頂板垮落，一般在距離探測的采空區(qū)邊緣部位實施爆破作業(yè)，運用此方法盡可能地減少空區(qū)頂板與巖石間發(fā)生不可控的冒落情況造成設(shè)備損壞和人員受傷。針對下層采空區(qū)處理，可采用硐室大爆破的方法處理采空區(qū)，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(jīng)典性地采空區(qū)處理方案，以及對數(shù)據(jù)、應(yīng)急措施、整體效果進(jìn)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(jìn)行部分調(diào)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(qū)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(guān)注到空區(qū)的動靜，若聽到異常聲響的存在，應(yīng)及時組織所有作業(yè)人員撤離。在打孔過程中，可通過在空區(qū)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(shù)據(jù)進(jìn)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(dāng)進(jìn)行深孔大爆破時，不僅產(chǎn)生大量有毒有害氣體粉塵聚積在空區(qū)及其附近同時也可能產(chǎn)生大量飛石，為此必須撤離人員設(shè)備足夠的安全距離，并且保證通風(fēng)時間要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，待使用專業(yè)設(shè)備安全檢查確認(rèn)潛在的危險被排除后，才可允許員工繼續(xù)作業(yè)。

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

（5）基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大力發(fā)展的背景下，現(xiàn)場可依靠電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立符合實情的采空區(qū)巖移監(jiān)控機(jī)構(gòu)和觀測系統(tǒng)，收集實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)用以補充移監(jiān)測儀器，實現(xiàn)對采空區(qū)的多方位的覆蓋。經(jīng)長期的數(shù)據(jù)收集后可形成內(nèi)部小型的數(shù)據(jù)庫，方便于后期數(shù)據(jù)的調(diào)取和再次分析，以掌握采空區(qū)地表和頂板圍巖移動狀態(tài)和規(guī)律；而且可運用可視化圖表的功能清晰地反映數(shù)據(jù)的變化，若發(fā)現(xiàn)巖移變化異常，則需要進(jìn)一步確認(rèn)監(jiān)測結(jié)果，并召開會議一同商定治理方案。

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

5 結(jié)語

綜上所述，本文從實際采空區(qū)治理工程出發(fā)，多角度反映采空區(qū)處理措施。通過多次地現(xiàn)場調(diào)查和對廣泛的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，提出了采空區(qū)的治理方案，預(yù)測在施工中可能會遇到的問題，并提出相應(yīng)的安全處理對策，以確保治理工作的順利推進(jìn)和四周環(huán)境資源的保護(hù)。