淺析露天礦過采空區應對辦法

【摘 要】平朔礦區主采煤層為4#煤、9#煤及11#煤，周邊小窯采空區遺煤產生自燃，浪費了煤炭資源，造成了環境污染，給露天煤礦安全生產帶來極大的危害。本文根據采空區的性質，采取相應的探測、處理措施，從而保證了人員、設備的安全。

【關鍵詞】采空區；自燃；防治

0 概述

隨著資源整合的推進，近幾年關閉的地方礦規模不一，采掘不規范，形成的采空區形狀各異，大小、高低不一，位置復合交錯，分布極其復雜，甚至存在越層越界開采的現象。平朔礦區屬典型的黃土高原地貌，煤層埋藏較淺，裂隙發育，老空區遺煤自燃后向縱深發展，形成大面積的高溫火區，同時產生大量的有毒有害氣體。加之，相關技術資料不完善，與實際情況不吻合，給當前的鉆探工作帶來了很大的困難，為露天開采留下了嚴重的安全隱患：

（1）對人員的傷害。鉆孔或垮落裂隙會冒出有毒有害氣體，對鉆機司機及相關人員造成人體傷害。

（2）對設備的危害。當鉆機、電鏟、卡車等設備正在采空區上部作業時，如果采空區上覆巖層突然垮塌，設備就會傾翻或陷落于塌陷區，造成設備損壞等事故。

（3）對作業的危害。例如，在爆破裝藥過程中，老空區煤層自燃引起的高溫可導致已填充的炸藥發生早爆事故，在爆破過程中，采空區積聚的可燃性氣體可能被引爆，從而造成人員傷害及設備財產的損失。

1 采空區的分類

按溫度可分為常溫區和高溫區：當溫度低于50℃時為常溫區，此類采空區主要將其范圍通過探測方法進行確定；當溫度高于60℃時，屬高溫區，應進行滅火降溫處理（參見火區滅火方法）；介于50-60℃時，應觀測一段時間后再進行相應處理。測溫常用紅外線測溫儀簡單可靠。

按有無毒氣分為普通區和有毒有害區；一般高溫區都是有毒有害區，這就需引起特別注意，進入該區域的相關人員必須佩戴隔絕式自救器，以防中毒。同時使用氣體檢測儀和測溫儀檢測各種氣體濃度及溫度，當超標時應迅速撤人，有毒有害區嚴禁一個人單獨作業。普通區即常溫無毒的采空區域，主要防止采空區塌陷，相關人員及設備掉入采空區。

按采空區面積分為相對安全區和危險區。相對安全區主要指早年人工采掘后采高、采寬小于2m，沒有自燃發火現象的區域。20世紀90年代以后，這類采空區就很少了，大部分采空區是危險區，尤其是亂采濫挖，越層越界更帶來了不確定性，這也就給我們現在露天開采帶來了極大的危害。

2 采空區的處理

2.1 采空區的探測

目前采空區常見的定位方法以物探為主，地質鉆探為輔并作驗證。常用的方法有重力法、直流電法、瞬變電磁法、高密度電法、鉆探探測法和三維激光探測法等。

露天礦應先探明鉆機、卡車、電鏟所在位置是否有隱伏采空區的存在的跡象，根據鉆探中有無掉鉆具、鉆進速度是否變快，進給風壓是否變小、鉆孔是否漏漿或嚴重踏孔等現象，來判斷有無采空區的存在。深孔鉆探能探明采空區頂板厚度、采空區高度和采空區的平面位置，相對作業量較大。

2.2 安全厚度的計算

魯佩涅伊特法是在普氏理論的基礎上考慮了采空區的跨度、頂板巖性和露天設備重力作用所產生的應力對頂板巖體的影響，根據力的獨立作用原則和疊加原則，計算在頂板自重和設備重量作用下不同跨度和厚度的頂板應力，用最大拉應力來確定頂板的安全厚度。其頂板最小安全厚度計算：

根據上述公式，平朔礦區巖石性質和結構得出頂板最小安全厚度是8-10m。當頂板厚度不足8米時，設備應該撤離。

3 火區滅火方法

根據各地實際情況和可能出現的特殊情況，可采取以下滅火方法：

（1）爆破擠壓法：在火區火勢不大，范圍較小的條件下，將采空區上部的煤巖進行穿孔爆破，受爆破影響，致使采空區完全垮落，火區因隔離空氣而熄滅，必要時可以適時適地進行注水降溫，再用電鏟把物料沿底層一次全部采出或挖空，從而快速、高效、安全地通過采空區。

（2）注水滅火法：注水途徑有地表注水、鉆孔注水，但注水主要是達到降溫控制，對火區不能根本性解決，因為火勢是沿煤壁燃燒，而注水可能進入采空區中部，不能直接到達發火部位，只有在沒有發火，而溫度偏高時（50-70℃）的采空區進行注水降溫。

（3）惰性氣體法：由氮氣、氬氣以及二氧化碳氣體按一定比例混合而成，主要利用惰性氣體來稀釋燃燒反應區的氧氣濃度，使得氧氣濃度小于燃燒所需的最低濃度，破壞其助燃環節。它是一種綠色環保的滅火方法。

（4）三相泡沫法：這是煤礦防治自燃發火的有效方法，是由固態不燃物（黃泥或粉煤灰等），惰性氣體（N2）和水三相防滅火介質組成。在漿液中加入一定比例的發泡劑和穩定劑，通過三相泡沫發泡器形成泡沫，集固、液、氣三相防滅火介質的防滅火性能于一體。此項技術在平朔公司安太堡露天礦火區治理中取得了較好的效果，但該方法成本較高。

4 采空區防治措施

開采范圍較小，無自燃發火的采空區（即相對安全區），通過鉆機打孔探測，在頂板大于5米時，采用我公司現有的DM25鉆機穿孔，操作時盡量不要穿透，若穿透再在近距離打不穿透的平行孔，然后裝藥爆破，一次性裝運通過采空區。但是煤巷采空區，采掘設備挖掘原煤時，注意老空內遺留的廢舊鐵塊（如軌道、錨桿等）會損壞選煤廠運輸皮帶。

開采范圍較小，有自燃發火的采空區可采取爆破擠壓法。

開采范圍較大時，無自燃發火的采空區，先通過鉆孔探測其范圍，當頂板厚度大于8m時，可以用DM50及以上（指設備凈重）鉆機穿孔，操作時盡量不要穿透，以利于裝藥；當頂板厚度小于30m時，盡量采取一次性穿孔，高段爆破，使臨近的采空區容易受爆破影響而垮落，從而保證采裝設備及人員的安全。

開采范圍較大時，有自燃發火的采空區，先通過鉆孔探測其范圍，用氣體檢測儀和測溫儀檢測各種氣體濃度及溫度，當超標時應停止作業，迅速撤人，在采取一定技術措施及相應的滅火方法后再進行處理。當頂板厚度大于8m時，用孔徑大于200mm以上鉆機穿孔，穿透的孔及時將孔口封堵并做好標記，每臺設備必須配備2人以上，做好防護措施諸如便攜式自救器、防毒面具、防火手套等，保持通訊暢通，消防器材安全有效，作業在白天進行，火區溫度較高時，特別注意電鉆的電纜及柴油鉆的油路系統，交接班或不作業時將設備停到安全地點。當頂板厚度5-8m時，應采用DM25鉆機由外向內探孔，司機及組長勤于觀測，以便于突發情況及時應對，保證人員、設備安全。爆破作業時，做到每孔必測，做好防治保護工作，在炮區無風環境下作業更應特別注意，火區作業人員要更替作業。高溫孔地表網絡連接，在常溫孔地表網絡連接完以后，經降溫處理好的高溫孔快速裝藥充填后進行地表網絡連接，最后連接高溫孔的控制排。采空區周圍要設立警戒線，嚴禁無關人員進入。

5 結論

針對露天礦采區內小煤窯的分布特點，采用不同的探測方法，然后進行有效的采空區處理，取得顯著的效果，保證了生產的順利進行。

【參考文獻】

[1]《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊[M].北京冶金工業出版社，1990.

[2]劉志祥.露天與地下聯合開采安全隔離厚度研究[J].礦業研究與開發，2006，5（26）：20-21.

[責任編輯：謝慶云]