非煤矿山地下采空区危险性分析
【摘 要】在非煤矿山采矿区，存在着诸多安全隐患，其中地下采空区是一种危险性非常大的安全隐患，已引起社会广泛关注，因此，对采空区的防治已成为矿山安全人员的主要研究课题。本文主要对非煤矿山地下采空区危险性进行分析，并提出相应的处理措施。
【关键词】采空区；空区治理；非煤矿山
引言
随着我国各种矿产资源的开采力度越来愈越大，形成的采空区越来越多，在以往没有对其进行有效处理，导致我国的地下采空区面积愈来愈大，埋下了诸多安全隐患。
1 非煤矿山地下采空区概述
根据已有实践经验，采空区（空洞）对矿山安全生产的灾害主要表现在以下几方面：（1）对作业设备的危害。当钻机、电铲、可移式破碎站、推土机、自卸车等作业设备正处于采空区（空洞）上部作业或停留时一，如果空区（空洞）上覆岩层突然垮塌，设备会倾覆或陷落于塌陷区，造成操作人员伤亡、设备损坏等事故灾难。（2）对作业人员和爆破作业人员的危害。由于钻孔或塌落处会逸出有害气体，严重威胁作业人员的人身安全；同时在爆破作业过程中，可能会产生己填充炸药早爆、采空区积聚的可燃气体被引爆等问题，对作业的人身安全造成很大影响。（3）采空区（空洞）及陷落柱如果位于露天矿边坡附近、重要的运输通道附近，很可能造成边坡的滑坡，运输道路的中断，给露天矿的正常生产带来极大的危害。（4）老空巷道对矿产巷道掘进的危害。在原矿巷道掘进时，若与小窑巷道相遇，可能发生突水或有毒有害气体溢出等灾害，造成人员伤害、设备损坏等事故。
2 非煤矿山地下采空区危险性分析
2.1地面崩塌
地面崩塌所造成的危害是采空区危害中最为严重的一类，地下采空区变形、塌陷后，采空区上部覆岩层的应力平衡被破坏，导致岩层和地表移动，发展到一定程度便会使地表陷落，引发地表建筑物或其他设施下沉和倒塌，形成地表裂缝、塌陷坑。地表陷落所形成的地表塌陷坑汇集地表水，当塌陷坑和井下巷道、采空区有水力联系时，塌陷坑内积水可能通过岩层断裂带进入地下，不仅增加井下排水负担，还有可能引起井下透水事故。
2.2 有毒有害气体
在露天矿生产过程中探测采空区钻孔及煤层采掘面与小窑采空区连通，其内的有毒有害气体就会通过钻孔和裂隙逸出至工作平盘。尤其是当煤层空区发生自燃后产生大量高温有毒有害气体，对现场钻机、电铲、下车操作员生命安全造成了极大影响。
2.3 突水或淹井
对废弃小窑采空区而言，突水或淹井事故频繁发生，特别是顶板为含水层矿区开采后形成的采空区内一般有积水存在，积存时间长时一会有“挂红”现象，其酸度大、水味发涩，也称为小窑老空水。例如：在某工程中，当原矿巷道掘进时，接近上部小西窑老空巷道时，由于静水压的作用，内部小窑老空水会突然涌入巷道或生产空间内，造成突水或淹井事故。另外，小窑老空水透水时一般都伴有有害气体的涌出。因此，地下矿山在开拓、掘进时必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的16字方针。
3 非煤矿山地下采空区处理措施
3.1 加强勘察
（1）物探、钻探及三维激光扫描相结合的方法是露天矿境界范围内，地下采空区勘探最有效的综合方法；（2）首先通过物探手段查明采空区（空洞）的分布范围与埋藏深度，然后通过钻探与三维激光扫描，查明采场内空腔体的面积、形状、顶板厚度与腔体高度；（3）在以上工作的基础上建立采空区（空洞）数据库与三维地质模型，通过分析计算不同条件下采空区（空洞）上覆岩体的稳定性，对每个空腔体的安全性做出动态评价，同时一提出有针对性的治理方案，保证安全生产。
3.2 加强技术应用
对非煤矿地下采空区而言，其治理措施较多，现以隔离法、崩落处理方法、联合处理法为例进行具体分析：
（1）隔离法处理采空区。矿山在回采工作结束后，利用预留的矿柱支撑顶板岩石，较长时间维护采空区。这种方法需在相关地点砌筑封闭墙，使采空区与工作区隔绝，并利用通往地面的天井放出采空区内气流，一旦围岩冒落，将会减少对工作区的冲击力。该方法一般适用于分散、孤立、不连续的小矿体和盲矿体以及矿体的边缘部分，顶板极其稳固、规模较大的矿体，回采速度很快和矿柱比例小于8%～12%的薄矿体。
（2）崩落处理方法。第一，自然崩落顶板处理采空区。有些层状矿体和稳固性较差的顶板岩石，即使留设矿柱比例很大，在采场回采结束后，顶板岩石也会随之变形和崩落。因此，可利用这一特点，找出顶板崩落的步距，封闭采空区，使顶板围岩在采场内依次自行离层崩落，起到逐步充填采空区的目的。该方法一般适用于层状矿床、地表允许崩落的矿山以及在一定的崩落步距和一定的暴露面
积下，顶板岩石有离层可能性的矿山。矿柱比例小于3%～15%的矿山也可采用。第二，崩落围岩采空区处理。对于围岩较稳固和尚未掌握顶板冒顶规律的采场，采用中深孔、深孔或药室爆破，崩落大量的围岩来充填采空区，从而消减空场岩移，保证回采工作安全。该方法适用于地表允许崩落以及地采转露天开采的矿山。
（3）联合处理采空区。回采后所留下的采空区，仅采用一种采空区处理方法很难达到处理效果时，则需采用两种或两种以上的方法方可达到处理采空区的目的。例如采用强制崩落围岩充填采空区时，崩下的岩量不能补偿采矿所造成的空间，随着向下阶段的开采，空间增大到足以导致上部岩石大面积错动崩落，这时，可在适宜的一、二阶段内不回收矿柱，不破坏围岩，并对采空区进行充填，以作为下部开采时的保护层。该方法一般适用于地表允许崩落、开采埋藏比较深的矿体。
3.3 加强管理
（1）成立专门（兼职）的管理组织机构，配备专职人员，加强对日常生产管理。（2）将图纸及探测成果反映的井下全部巷道及采空区（空洞）的位置、范围重新编绘在工程平面图上，并进行现场测量标定，设置警示牌。（3）应制订专门的采空区（空洞）爆破作业规程，并经批准后方可实施。在井巷、采空区（空洞）爆破作业前，应做好通风工作，保证工程安全。（4）露天矿随台阶爆破处理采空区，尤其是在采空区（空洞）顶部实施作业时，要制定好设备的防护措施，并且要尽可能地排除不安全因素。（5）加强安全预防和管理。以地压的检测和管理为例，采空区地压监测系统的整体布局和监测内容可包括以下几个方面：①矿体上下盘沿脉&穿脉（矿体底板中）巷道围岩压力；②采场矿柱间穿脉巷道围岩压力；③采空区顶板岩体变形与冒落情况。对此，应该选择使用可靠、经济实用，且具有较高的灵敏度、易于安装的检测方式，根据采空区的特点，按照对矿山地压监测常用手段的分析和调查，选型时，要确保元件质量和得到的数据可靠，造价较低，能够大量布置，且抗腐蚀能力良好，最后选择位移计和应力计组合安装的方式，以便同时对采空区岩石的位移和应力变化进行监测，并通过对监测的数据进行分析以判断和掌握采空区的稳定情况。按照设计安装好相关的测试元件后，日常有矿山技术人员和科研人员一起，通过运用专用地压测量电子仪器进行监测，获取沉降变形、应力应变的监测模数，对获取的监测模数进行记录并做好整理和分析工作，按季度和年度出具地压监测总结报告。
4 结束语
非煤矿山地下采空区一直困扰着矿产资源的开采工作，威胁着作业人员的安全，同时也给国家财产造成了巨大的损失。因此，应对其危险性进行具体分析，采取合理的防治措施。本文研究分析3种灾害对安全生产的影响及危险程度，并提出了一些合理化的措施和建议，为保证采矿安全、防治地下采空区（空洞）提供了指导，值得国内类似矿山借鉴。
参考文献：