非煤地下礦山采空區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)分析
隨著我國各種礦產(chǎn)資源的開采力度越來愈越大，形成的采空區(qū)越來越多，在以往沒有對(duì)其進(jìn)行有效處理，導(dǎo)致我國的地下采空區(qū)面積愈來愈大，埋下了諸多安全隱患。
非煤礦山地下采空區(qū)概述 根據(jù)已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)（空洞）對(duì)礦山安全生產(chǎn)的災(zāi)害主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）對(duì)作業(yè)設(shè)備的危害。當(dāng)鉆機(jī)、電鏟、可移式破碎站、推土機(jī)、自卸車等作業(yè)設(shè)備正處于采空區(qū)（空洞）上部作業(yè)或停留時(shí)一，如果空區(qū)（空洞）上覆巖層突然垮塌，設(shè)備會(huì)傾覆或陷落于塌陷區(qū)，造成操作人員傷亡、設(shè)備損壞等事故災(zāi)難。（2）對(duì)作業(yè)人員和爆破作業(yè)人員的危害。由于鉆孔或塌落處會(huì)逸出有害氣體，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員的人身安全；同時(shí)在爆破作業(yè)過程中，可能會(huì)產(chǎn)生己填充炸藥早爆、采空區(qū)積聚的可燃?xì)怏w被引爆等問題，對(duì)作業(yè)的人身安全造成很大影響。（3）采空區(qū)（空洞）及陷落柱如果位于露天礦邊坡附近、重要的運(yùn)輸通道附近，很可能造成邊坡的滑坡，運(yùn)輸?shù)缆返闹袛�，給露天礦的正常生產(chǎn)帶來極大的危害。（4）老空巷道對(duì)礦產(chǎn)巷道掘進(jìn)的危害。在原礦巷道掘進(jìn)時(shí)，若與小窯巷道相遇，可能發(fā)生突水或有毒有害氣體溢出等災(zāi)害，造成人員傷害、設(shè)備損壞等事故。
非煤礦山地下采空區(qū)危險(xiǎn)性分析 地面崩塌 地面崩塌所造成的危害是采空區(qū)危害中最為嚴(yán)重的一類，地下采空區(qū)變形、塌陷后，采空區(qū)上部覆巖層的應(yīng)力平衡被破壞，導(dǎo)致巖層和地表移動(dòng)，發(fā)展到一定程度便會(huì)使地表陷落，引發(fā)地表建筑物或其他設(shè)施下沉和倒塌，形成地表裂縫、塌陷坑。地表陷落所形成的地表塌陷坑匯集地表水，當(dāng)塌陷坑和井下巷道、采空區(qū)有水力聯(lián)系時(shí)，塌陷坑內(nèi)積水可能通過巖層斷裂帶進(jìn)入地下，不僅增加井下排水負(fù)擔(dān)，還有可能引起井下透水事故。 有毒有害氣體 在露天礦生產(chǎn)過程中探測采空區(qū)鉆孔及煤層采掘面與小窯采空區(qū)連通，其內(nèi)的有毒有害氣體就會(huì)通過鉆孔和裂隙逸出至工作平盤。尤其是當(dāng)煤層空區(qū)發(fā)生自燃后產(chǎn)生大量高溫有毒有害氣體，對(duì)現(xiàn)場鉆機(jī)、電鏟、下車操作員生命安全造成了極大影響。 突水或淹井 對(duì)廢棄小窯采空區(qū)而言，突水或淹井事故頻繁發(fā)生，特別是頂板為含水層礦區(qū)開采后形成的采空區(qū)內(nèi)一般有積水存在，積存時(shí)間長時(shí)一會(huì)有“掛紅”現(xiàn)象，其酸度大、水味發(fā)澀，也稱為小窯老空水。例如：在某工程中，當(dāng)原礦巷道掘進(jìn)時(shí)，接近上部小西窯老空巷道時(shí)，由于靜水壓的作用，內(nèi)部小窯老空水會(huì)突然涌入巷道或生產(chǎn)空間內(nèi)，造成突水或淹井事故。另外，小窯老空水透水時(shí)一般都伴有有害氣體的涌出。因此，地下礦山在開拓、掘進(jìn)時(shí)必須堅(jiān)持“預(yù)測預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的16字方針。
非煤礦山地下采空區(qū)處理措施 加強(qiáng)勘察 （1）物探、鉆探及三維激光掃描相結(jié)合的方法是露天礦境界范圍內(nèi)，地下采空區(qū)勘探最有效的綜合方法； （2）首先通過物探手段查明采空區(qū)（空洞）的分布范圍與埋藏深度，然后通過鉆探與三維激光掃描，查明采場內(nèi)空腔體的面積、形狀、頂板厚度與腔體高度； （3）在以上工作的基礎(chǔ)上建立采空區(qū)（空洞）數(shù)據(jù)庫與三維地質(zhì)模型，通過分析計(jì)算不同條件下采空區(qū)（空洞）上覆巖體的穩(wěn)定性，對(duì)每個(gè)空腔體的安全性做出動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，同時(shí)一提出有針對(duì)性的治理方案，保證安全生產(chǎn)。 加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用 對(duì)非煤礦地下采空區(qū)而言，其治理措施較多，現(xiàn)以隔離法、崩落處理方法、聯(lián)合處理法為例進(jìn)行具體分析： （1）隔離法處理采空區(qū)。礦山在回采工作結(jié)束后，利用預(yù)留的礦柱支撐頂板巖石，較長時(shí)間維護(hù)采空區(qū)。這種方法需在相關(guān)地點(diǎn)砌筑封閉墻，使采空區(qū)與工作區(qū)隔絕，并利用通往地面的天井放出采空區(qū)內(nèi)氣流，一旦圍巖冒落，將會(huì)減少對(duì)工作區(qū)的沖擊力。該方法一般適用于分散、孤立、不連續(xù)的小礦體和盲礦體以及礦體的邊緣部分，頂板極其穩(wěn)固、規(guī)模較大的礦體，回采速度很快和礦柱比例小于8%～12%的薄礦體。 （2）崩落處理方法。第一，自然崩落頂板處理采空區(qū)。有些層狀礦體和穩(wěn)固性較差的頂板巖石，即使留設(shè)礦柱比例很大，在采場回采結(jié)束后，頂板巖石也會(huì)隨之變形和崩落。因此，可利用這一特點(diǎn)，找出頂板崩落的步距，封閉采空區(qū)，使頂板圍巖在采場內(nèi)依次自行離層崩落，起到逐步充填采空區(qū)的目的。該方法一般適用于層狀礦床、地表允許崩落的礦山以及在一定的崩落步距和一定的暴露面積下，頂板巖石有離層可能性的礦山。礦柱比例小于3%～15%的礦山也可采用。第二，崩落圍巖采空區(qū)處理。對(duì)于圍巖較穩(wěn)固和尚未掌握頂板冒頂規(guī)律的采場，采用中深孔、深孔或藥室爆破，崩落大量的圍巖來充填采空區(qū)，從而消減空?qǐng)鰩r移，保證回采工作安全。該方法適用于地表允許崩落以及地采轉(zhuǎn)露天開采的礦山。 （3）聯(lián)合處理采空區(qū)。回采后所留下的采空區(qū)，僅采用一種采空區(qū)處理方法很難達(dá)到處理效果時(shí)，則需采用兩種或兩種以上的方法方可達(dá)到處理采空區(qū)的目的。例如采用強(qiáng)制崩落圍巖充填采空區(qū)時(shí)，崩下的巖量不能補(bǔ)償采礦所造成的空間，隨著向下階段的開采，空間增大到足以導(dǎo)致上部巖石大面積錯(cuò)動(dòng)崩落，這時(shí)，可在適宜的一、二階段內(nèi)不回收礦柱，不破壞圍巖，并對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，以作為下部開采時(shí)的保護(hù)層。該方法一般適用于地表允許崩落、開采埋藏比較深的礦體。 加強(qiáng)管理 （1）成立專門（兼職）的管理組織機(jī)構(gòu)，配備專職人員，加強(qiáng)對(duì)日常生產(chǎn)管理。 （2）將圖紙及探測成果反映的井下全部巷道及采空區(qū)（空洞）的位置、范圍重新編繪在工程平面圖上，并進(jìn)行現(xiàn)場測量標(biāo)定，設(shè)置警示牌。 （3）應(yīng)制訂專門的采空區(qū)（空洞）爆破作業(yè)規(guī)程，并經(jīng)批準(zhǔn)后方可實(shí)施。在井巷、采空區(qū)（空洞）爆破作業(yè)前，應(yīng)做好通風(fēng)工作，保證工程安全。 （4）露天礦隨臺(tái)階爆破處理采空區(qū)，尤其是在采空區(qū)（空洞）頂部實(shí)施作業(yè)時(shí)，要制定好設(shè)備的防護(hù)措施，并且要盡可能地排除不安全因素。 （5）加強(qiáng)安全預(yù)防和管理。以地壓的檢測和管理為例，采空區(qū)地壓監(jiān)測系統(tǒng)的整體布局和監(jiān)測內(nèi)容可包括以下幾個(gè)方面：①礦體上下盤沿脈&穿脈（礦體底板中）巷道圍巖壓力；②采場礦柱間穿脈巷道圍巖壓力；③采空區(qū)頂板巖體變形與冒落情況。 對(duì)此，應(yīng)該選擇使用可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且具有較高的靈敏度、易于安裝的檢測方式，根據(jù)采空區(qū)的特點(diǎn)，按照對(duì)礦山地壓監(jiān)測常用手段的分析和調(diào)查，選型時(shí)，要確保元件質(zhì)量和得到的數(shù)據(jù)可靠，造價(jià)較低，能夠大量布置，且抗腐蝕能力良好，最后選擇位移計(jì)和應(yīng)力計(jì)組合安裝的方式，以便同時(shí)對(duì)采空區(qū)巖石的位移和應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測，并通過對(duì)監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以判斷和掌握采空區(qū)的穩(wěn)定情況。按照設(shè)計(jì)安裝好相關(guān)的測試元件后，日常有礦山技術(shù)人員和科研人員一起，通過運(yùn)用專用地壓測量電子儀器進(jìn)行監(jiān)測，獲取沉降變形、應(yīng)力應(yīng)變的監(jiān)測模數(shù)，對(duì)獲取的監(jiān)測模數(shù)進(jìn)行記錄并做好整理和分析工作，按季度和年度出具地壓監(jiān)測總結(jié)報(bào)告。
