采空区基本知识

采空区

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判，一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。

目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。

自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。如河南栾川钼矿、广西大厂矿区、甘肃厂坝铅锌矿、铜陵狮子山铜矿、云南兰坪铅锌矿、广东大宝山矿、湖南柿竹园矿等许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌

陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。解决上述问题的前提条件就是要科学地探查井下空区的即时状态和空间形状，为空区安全治理和资源回采提供准确的设计依据。结合栾川钼矿的实际工程地质条件，利用地下空间和采空区三维激光系统(C-ALS)对矿山的部分空区进行探测，了解其空区的形状、大小和位臵，运用其自带的软件进行编辑与成图。从而确定空区在矿山平面图上的具体位臵，为空区的处理提供可靠的理论依据，从而确保作业工人和设备的安全。

目前世界上先进的采空区整体解决方案是利用高密度电法等地球物理方法探测到采空区的大概位臵，再使用C-ALS等激光扫描设备对采空区进行数字化和可视化，达到科学探测采空区的目的。

处理方法

采空区的处理方法一般有：

垮落法、充填法、支撑法、缓慢下沉法。

煤矿采空区

是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完成后留下的空洞或空腔。在对煤矿开采过程中，采空区常常给煤矿的正常生产带来危害。由于在煤矿开采过程中采空区存在大量的遗留的浮煤，浮煤的存在为煤矿自燃提供了物资条件。煤矿自燃严重威胁着煤矿的安全生产、制约着煤矿的生产，而采空区煤矿自燃在煤矿自燃发生总体中占有重要的部分。我国国有重点煤矿中采空区煤矿自燃占自燃火灾的60%，其中绝

大部分火灾是有漏风引起的。有相关资料表明，采空区自燃分为“三带”，

分别是冷却带、氧化带和窒息带。加强对采空区自燃的防止有效的控制

煤矿火灾的发生。

矿山采空区处理

矿山地压管理主要包括采场管理和空区处理两项工作。使用充填法或崩落法时，在回采过程中，同时进行采场管理和空区处理，采出矿石所形成的空区，逐渐为充填料或崩落岩石所填充，因此，不存在空区处理问题。用空场法回采矿房时，在回采过程中仅进行采场顶板管理，所形成的空区仅依靠矿柱和围岩本身稳固性进行维护。随着矿山开采工作的进行，空区面积和体积将不断增大。如果集中应力超过矿石或围岩的极限强度时，围岩将会出现裂缝，发生片帮、冒顶、巷道支柱变形，严重时会将矿柱压垮、矿房倒塌、巷道破坏、岩层整体移动，造成顶板大面积冒落，地表大范围开裂、下沉和塌陷，即出现大规模的地压活动，其危害是巨大的。国内大多数空场法矿山都曾发生大规模地压活动，给矿山生产造成巨大危害，甚至发生重大人身伤亡事故。为保证矿山安全和地表环境，必须对空场法形成的空区进行及时处理。

国内外处理采空区的方法主要有封闭、崩落、加固和充填4大类，实际应用过程中，该4类方法可独立使用，也可联合使用。

1）封闭空区

封闭法采空区处理是在通往采空的区巷道中，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。

封闭法采空区处理有两种形式，即：

（1）对那些分散、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，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；

（2）将那些规模较大的采空区，让其上部与采空区连接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，尽可能的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。

封闭法处理采空区优点是回采工作结束后，采场空间内不作专门的处理，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

其适用条件为：

（1）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；

（2）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；

（3）回采速度很快，矿柱比例小于8～12%的薄矿体。

红透山铜矿、锡铁山铅锌矿、西华山、下垅钨矿等矿山采用该方法成功处理了地下采空区。

2）崩落空区

崩落空区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。在紫金山金矿和德兴铜矿采用了硐室大爆破强制崩落法处理采空区，达到了良好的效果。

3）加固空区

加固法是采用锚索或锚杆对采空区进行局部加固，这是一种临时措施，通常要与其它方法联合使用。狮子山铜矿采用加固法与充填法相结合处理大团山矿床采空区，减缓了顶板冒落时造成的冲击，有效地控制了地压。

4）充填空区

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等目的。

其适用条件是：

（1）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；

（2）地表积存有大量的尾砂或堆存尾砂有困难；

（3）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跨塌；

（4）矿石品位较高。

充填空区是最有效、最彻底、环保效果最好的空区处理方法，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。随着充填工艺过程的改进，其使用范围正在逐步扩大。红透山铜矿对深部采空区采用充填法处理，分别用胶结和尾砂充填一、二期采空区，有效控制了地压和岩爆；南京铅锌银矿和平水铜矿采用该法处理采空区，防止了地表沉陷，确保了生产安全。