金属非金属地下矿山采空区治理浅述

李宁秦皇岛中宇安全评价有限公司

金属非金属地下矿山采空区治理浅述

李宁
秦皇岛中宇安全评价有限公司

本文分析了金属非金属矿山地下采空区的危害，列出了采空区治理的方法，分析了各种治理方法的特点及存在的问题，给出了采空区治理方面的建议。

矿山；采空区；治理

2015年12月25日7时56分，山东省临沂市平邑县玉荣商贸有限公司石膏矿发生采空区坍塌事故。这是我国首例大直径钻孔成功救援案例，也是世界上除美国、智利外的第三例，创造了我国矿山事故救援的范例，在矿山救援史上具有里程碑式的意义。但其造成的1人已确认遇难，13名失联的后果，不得不引起我们对金属非金属矿山地下采空区治理的警示与反思。

1　采空区的危害

1.1威胁井下作业人员的安全。采空区如处理不好，一般内有井下涌水，如若采空区积水突然涌出，将造成井下淹井的危险。采空区突然的冒落，除了产生矿震，还会产生强大的冲击气浪，对人体造成伤害，对其它井巷工程造成破坏[1]。

1.2阻碍矿山的可持续发展。国内有些矿山，尤其是小型矿山企业，或前期地质工作不详细，或只注重眼前的利益不按设计开采顺序、采矿方法进行开采，开采过程中形成了不均匀的采空区分布，使得某些矿石因为采空区而无法开采，从而造成了矿量的损失，使生产无法正常接续下去。

1.3对地面建构筑物构成威胁。地下开采过程中，逐渐形成了采空区，其上盘岩层及倾角较陡的下盘岩层在自重和上覆岩层的作用下，逐渐发生变形、移动和崩落。并向上部扩展，当采空区扩大到一定范围后，这种过程渐渐发展至地表，形成陷落区，处于移动范围内的井巷工程和建筑物，都有可能遭到破坏。

因此，主要开拓巷道及其地面设施，一般情况下应该布置在岩石移动范围之外。在地面移动范围之外再设置一个保护带。此保护带的宽度因保护对象的等级而异，对于Ⅰ级护对象为20m，Ⅱ级保护对象为15m，Ⅲ级保护对象为10m。

2　采空区治理方法的分类

采空区常用的治理方法目前主要有崩落法、支撑法、封闭与隔离法、充填法处理方法[2]。

2.1崩落法

崩落围岩处理空区在生产中应用比较广泛，一般适用于：（1）表允许崩落。如地表需要保护，则须矿体埋藏很深、矿体覆岩不会整体位移，确保规落后岩移不会发展至地表；（2）采矿柱和处理空区常同时进行，矿石贫化、损失大，则宜用于矿石价值和品位不高的矿体；围岩含矿有利于使用本法；（3）用于各种稳固性的围岩，但用强制崩落围岩时，其稳固性应能保证放顶工程稳定和作业安全。崩落围岩的方法有强制崩落、自然崩落或二者的联合。

决定水平和缓倾斜中厚以下矿体的空区崩落顶板的厚度应考虑下列因素：（1）及时地全面放顶，使崩落岩石充满空区利于降低相邻作业区的支承压力。（2）崩落岩石的高度如不能保证接顶，至少应保证空区和作业区隔离以防止气浪冲击。（3）在上述基础上尽量减少朋落围岩工程量，在合适的条件下可采用间隔放顶形成隔离带并诱导其余顶板自然崩落。

2.2支撑法

支撑法借助临时或永久的矿柱支持采空区顶板，防止围岩的冒落，适用于水平及缓倾斜中厚以下矿体，矿岩稳固性好，围岩结构面少的条件下，对于开采矿石品位低，经济价值小的矿山较为有利，此类方法要求顶板的暴露面积一般不超过200m2，不适用于贵重金属矿山的开采。

2.3封闭与隔离法

封闭法即矿石采出后，即将空区与人行、运输巷道或生产区段隔离，封闭，任其存在或崩落。封闭采空区应在保证密闭的同时，留设观察孔与泄水孔，防止采空区积水。

采用隔离法时，可采用如下措施：封闭空区至所有生产区的通道；开“天窗”；在适当位置留隔离矿柱隔离空区；留足够厚度的矿岩垫层，使空区与下部生产区隔离；垫层下生产区采用“封闭式”采准布置，矿块中的采准、切割落矿、出矿等作业在空区隔绝下进行；对空区和岩石垫层严密监控。

2.4充填法

充填法处理空区主要采用废石干式充填和尾砂、碎石水力充填。充填处理空区可以减小岩石和地表移动的幅度，并减慢上述移动的发生和发展过程，防止大面积地压活动，并有助于解决尾矿和采掘废石的堆放问题。

尾砂、碎石水力充填空区优点：充填较致密，接顶程度好，可更好地控制顶板岩层移动和崩落，保护地表安全，提高矿石回收率；用尾砂充填，更可改善地表环境，减少尾矿以库容；充填料用管道输送的效率高，能力大，充填机动灵活。缺点是：建立尾砂分级、碎石破碎、充填输送系统等设施的一次投资大；充填工艺技术管理要求严格。空区充填和回采工作应协调进行。

3　治理方法的选择及存在的问题

崩落法、支撑法、封闭与隔离法主要用于地表允许塌陷，采空区围岩稳定性较好，短期内可以维持采空区稳定性、不会对生产造成影响的采空区。

在地表移动带范围内，如果有河流、农田、居民区、公路、铁路、风景区、文化遗址和重要建筑物，或者由于环境保护的要求，地表不允许陷落，此时应优先考虑能保护地表的采空区处理方法——充填法。

充填法实施过程中主要存在以下问题：（1）部分矿山碍于技术原因，充填工程实施前，不进行充填试验，导致充填后充填料离析严重，充填体分层强度不均，渗滤废水和细泥较多，污染井下环境，增加排水费用；充填接顶效果不好，影响顶板稳定性。（2）北方冬季寒冷，充填料易冻结，入料设备很难分离处理。（3）尾砂充填的骨料成本较高，中小型矿山承受不起。

4　采空区治理建议

（1）政府应加强全国的采空区全面摸查，探明各地采空区体积，做到采空区台账清晰，精准监管。

（2）对排查出的采空区依据采空区规模大小、地质状况、岩石稳固程度采取分级管理，针对不同的等级制定不同的采空区治理方案。

（3）加大采空区探测技术的研究力度，探索更为方便、安全的采空区探测手段。

（4）加强充填技术人才的培养，采用充填法开采的矿山应加强技术力量，研究采空区充填新材料，充填之前应进行充填试验，优化采空区充填工艺，降低采空区治理成本。

（5）采空区治理应坚持预防为主，矿山在开采前应加强地质勘查的程度，摸清矿山的地质情况，开采过程中应严格按设计要求规范开采，做到矿石回采与采空区治理的同步进行，既保证开采矿石的质量，又少留安全隐患。

[1]郑怀昌，李明.地下采空区危险性及其分析[J].矿山压力与顶板管理，2005，No4

[2]张飞，张衡，刘德峰，朱师波，刘小超，徐晓宏，黄垄，谢明星.尾砂胶结充填在某金属矿采空区处理中的应用[J].有色金属（矿山）.2013(7)