地下采空区的危害及治理

1月15日，国家安全监管总局局长杨焕宁在全国安全生产工作会议上指出，矿山采空区是容易造成群死群伤事故的关键环节和重点部位之一。近年来，我国采空区安全事故多发，制约着矿山发展的同时，也对群众的生命财产安全造成严重威胁。2015年12月25日，山东省临沂市平邑县一石膏矿发生垮塌事故，多人被埋于井下，引发社会广泛关注。采空区存在哪些危害？如何对其进行治理？为此，本报特刊发相关知识，以供参考。

采空区的分类

◆以开采矿种分类可分为金属矿山采空区和非金属矿山采空区；

◆以是否是煤矿分类可分为煤矿采空区和非煤矿山采空区；

◆以形成时间分类可分为老采空区和新采空区；

◆以地表形态分类可分为已塌陷采空区和未塌陷采空区，其中已塌陷采空区又可分为已产生地裂缝采空区、已形成移动盆地采空区、已形成塌陷湖采空区等；

◆以埋置深度分类可分为浅埋采空区、中等深度采空区、深埋采空区。

采空区是指地下固体矿产开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围。

采空区事故危害类型

◆地表塌陷 所谓地表塌陷，就是指在各种矿物的开采过程中，会对存矿层进行深浅不同的挖掘，导致地表与地层分离，在这种分离和采空的状态下，如果控制不当，就会导致表层的地面发生坍塌，造成地质灾害。

◆透水 透水具有突发性强、规模大、后果严重等特点，会淹没设备，造成人员伤亡和财产损失；影响采矿生产，减少产量；限制矿产资源开发，减少可采储量，缩短矿井有效使用年限；破坏矿区水资源和水环境，造成地表水干涸、地下水位大幅度下降；有时引起地面塌陷、地面沉降等次生灾害。透水的危害程度主要与采空区蓄水量、采空区与工作面的相对位置、矿山最大排水能力等方面有关。

◆岩爆 岩爆是地下工程在开挖过程中，硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异，储存于岩体中的弹性应变能突然释放，因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。采空区加剧了应力集中，加大了发生岩爆的可能性。岩爆所造成的后果十分严重，已成为世界性的地下工程难题之一。

◆自燃 采空区内通风不畅导致热量积蓄、温度上升，极易发生自燃事故。

采空区探测方法

（1）高密度电阻率法

高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，是把很多电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下电阻率参数的方法。

高密度高密度电阻率法具有数据采集密集、生产效率高、观测精度高和分辨率高等特点。

（2）地震映像法

地震映像法又称高密度地震勘探法，是基于反射波法中的最佳便宜距技术发展起来的。这种方法可以利用多种地震波最为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的地震波作为有效波。

（3）瞬态瑞雷波法

瞬态瑞雷波法是由地面一点激发出不同频率的瞬态瑞雷波，波沿地面表层传播，同一频率（波长）的传播特性反映了地质介质在水平方向的变化情况，不同频率（波长）的传播特性反映着不同深度的地质介质的变化。

相关案例

◢2015年4月19日18时50分左右，山西姜家湾煤矿发生透水事故，21人遇难。该事故是由上层采空区积水透水所致。

◢2014年6月3日17时40分左右，重庆万盛经济技术开发区一煤矿发生重大瓦斯爆炸事故，造成22人死亡，1人受伤。经调查，事故原因是采煤工作面下隅角采空区内的煤炭自燃，导致采空区内积聚的瓦斯发生爆炸。

◢2012年5月2日7时05分，黑龙江鹤岗市一煤矿发生透水事故，死亡13人，直接经济损失1740万元。经调查，事故原因是采煤工作面上方的老旧采空区积水透水。

采空区的治理方法

①封闭法

封闭法主要是在通往采空区的巷道中砌筑一定厚度的隔墙，使采空区中围岩塌落所产生的冲击波或冲击气浪遇到隔墙时能得到缓冲。它主要是密闭与运输巷道相连的矿石溜井、人行天井和通往采空区的联络巷等。针对不同的采空区，处理方法也有所不同：

对于分散、独立、不连续的小矿体和盲矿体形成的采空区，以及虽规模稍大但顶板稳固的采空区，要封闭通往作业区与采空区的一切通道，以达到防止人员进人采空区，避免冲击波危及人身安全和设备安全的目的。

对于规模较大的采空区，上部与其相连的通道保持畅通或在地表开天窗，以使地压活动引起的空气冲击波尽可能地通往无人作业区或向地表排泄，而在其下部则采用封闭法隔离作业区与采空区连接的一切通道。

封闭法的优点是回采工作结束后，采场空间内不需要作专门的处理，可以利用已有的矿柱支撑顶板岩石，较长时间维护采空区的存在；施工费用相对比较低。其缺点是在施工前要做好采空区资料的检查、收集工作，前期工作量比较大。

适用条件为：

★分布空间跨度小、矿床边沿相对独立的采空区，分散、孤立、不连续的小矿体和盲矿体，以及矿体的边缘部分；

★顶板极稳固、围岩较稳固、规模稍大的矿体、不会诱发大面积地压活动、独立、边远的采空区；

★回采速度很快，矿柱比率为8%至12%的薄矿体。

②崩落法

崩落法是采用爆破崩落采空区上盘围岩，使岩石充满采空区或形成缓冲岩石垫层，以改变围岩应力分布状态，达到有效控制地压的目的。其适用的先决条件是地表允许陷落或岩移，其优点是处理费用较低，但必须防止其对下部采场生产的影响。对于离地下采场较近的采空区，通常是采用爆破崩落与下部巷道隔绝封闭相结合的处理方法。另外，应根据采空区的实际情况选用合适的爆破方案，如硐室爆破、深孔爆破等。

③加固法

加固法主要是利用锚索或锚杆对采空区进行局部加固，这是一种临时措施，通常要与其它方法配合使用。

④充填法

充填法是采用充填材料对采空区进行充填处理，使充填体与围岩共同作用，以改变围岩应力分布状态，达到有效控制地压和防止地表塌陷的目的。

适用条件为：

★地表以及地下含水层绝对不允许大面积塌落或其上部有构筑物；

★地表积存有大量的尾砂；

★较密集或埋藏较深的矿脉，其采空区容易产生较大规模岩移和垮塌；

★矿石品位较高。

充填法是最有效、最彻底、环保效果最好的采空区治理方法，但其不足之处在于：充填成本高、工程量大、工艺流程复杂、效率相对较低。随着充填工艺的不断改进，其使用范围正在逐步扩大。

（本组稿件由本版编辑整理）