礦山采空區(qū)治理探討

趙立春

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

礦山采空區(qū)治理探討

趙立春

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

環(huán)境保護(hù)已經(jīng)提上我國(guó)議事日程，因此，對(duì)于礦山環(huán)境的治理，特別是礦山采空區(qū)的治理刻不容緩；由于采空區(qū)對(duì)于周邊巖石的重力重新分布，導(dǎo)致巖石破壞、變形和移動(dòng)，不僅成為嚴(yán)重的安全隱患，而且對(duì)于環(huán)境的也造成巨大的破壞。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，著重就礦山采空區(qū)的治理方法進(jìn)行敘述、分析和探討。

礦山；采空區(qū)；治理

從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)走向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了讓世界矚目的增長(zhǎng)，強(qiáng)大的內(nèi)需有力地拉動(dòng)了國(guó)內(nèi)礦業(yè)市場(chǎng)的繁榮，與之相對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)了大量的礦山企業(yè)，礦石產(chǎn)量的逐年增加伴隨著礦山地下采空區(qū)大量的出現(xiàn)及采空區(qū)的大力治理[1]。國(guó)內(nèi)外礦山企業(yè)近年來大力發(fā)展采空區(qū)處理技術(shù)，并取得了可喜成績(jī)，使得采空區(qū)處理技術(shù)和方法日趨成熟。處理好采空區(qū)不僅是消除了潛在的安全隱患，奠定了礦山的可持續(xù)發(fā)展，而且對(duì)于環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)也起到了決定性作用。本文重點(diǎn)對(duì)采空區(qū)處理技術(shù)、方法及現(xiàn)狀加以分析，并對(duì)今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

1 采空區(qū)的現(xiàn)狀和分類

根據(jù)相關(guān)部門調(diào)查我國(guó)25個(gè)省457家大、中型礦山采空區(qū)，其調(diào)查范圍涉及有色、黑色、黃金、建材、化工五個(gè)領(lǐng)域，調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)礦山采空區(qū)規(guī)模獨(dú)立采空區(qū)主要集中在0.5～1.0萬方之間，占總調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)的80.6%［2］；其次是1.0～3.0萬方左右，占總調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)的17.6%；獨(dú)立礦山采空區(qū)總規(guī)模主要集中在50方左右，占調(diào)查統(tǒng)計(jì)量的66.67%；其次是100.0～500.0萬方左右，占調(diào)查統(tǒng)計(jì)量的17.3%。

按照行業(yè)分布來看：有色金屬系統(tǒng)采空區(qū)總量主要集中在100～500萬方之間的占總調(diào)查數(shù)的42.6%，500～1000萬方之間的占29.2%；黑色金屬系統(tǒng)采空區(qū)總量100～500萬方之間的占總調(diào)查數(shù)的17.1%，500～1000萬方之間的占15.3%，大于1000萬方的占總調(diào)查數(shù)的55.1%；黃金礦山采空區(qū)總量小于50萬方的占總調(diào)查量的16.6%，100～500萬方的占總調(diào)查量的46.7%，500～1000萬方的占總調(diào)查量的30.14%；化工礦山采空區(qū)主要集中在100～500萬方之間，占總調(diào)查量的62.72%；建材礦山小于50萬方的占總調(diào)查量的30.84%，100～500萬方的占總調(diào)查量的41.1%。

綜合上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，由于礦山屬性的不同，采空區(qū)的大小也不盡相同；采空區(qū)的分布、特征與其礦體賦存的形狀、大小、礦體傾角、采礦所采用的采礦方法、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素有關(guān)。相當(dāng)數(shù)量的采空區(qū)都不同程度的存在著安全隱患，個(gè)別礦山的采空區(qū)安全隱患還相當(dāng)嚴(yán)準(zhǔn)。另外，對(duì)于一些礦山秩序相對(duì)混亂的礦山，其采空區(qū)分布更加復(fù)雜，采空區(qū)的安全隱患更為令人擔(dān)憂，治理難度也更加大。

2 采空區(qū)存在的原因

根據(jù)調(diào)查和研究分析，采空區(qū)治理難度大得主要原因有以下幾種情況：

1）礦山企業(yè)對(duì)于采空區(qū)的后續(xù)處理和存在的安全隱患沒有引起足夠的重視，以致造成采空區(qū)積壓現(xiàn)象嚴(yán)重；其次礦山企業(yè)為了短期經(jīng)營(yíng)行為和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，在礦山開發(fā)之處就沒有計(jì)劃或者很少主動(dòng)考慮到采空區(qū)的處理問題，從而造成采空區(qū)的大面積積壓。

2）礦權(quán)界定不明確造成的混亂現(xiàn)象，這種現(xiàn)象特別是在改革開放以來更為明顯，對(duì)于一些見效快、收益高的礦山，經(jīng)常出現(xiàn)同一礦區(qū)多家業(yè)主采礦，露天、地下同時(shí)采礦，大礦、小礦同時(shí)上馬等混亂局面，非法、無序的亂采濫挖現(xiàn)象十分普遍，從而使形成的采空區(qū)根本得不到有效治理，遺留下大量

的不明采空區(qū)群。

3）受技術(shù)力量的限制。礦山專業(yè)技術(shù)人員缺乏現(xiàn)象非常普遍，以地質(zhì)工作者或者其他工作者替代專業(yè)技術(shù)人員的多面手現(xiàn)象比比皆是，新專業(yè)技術(shù)人才進(jìn)不來，原有專業(yè)技術(shù)人員留不住，特別是一些小礦山或者民營(yíng)企業(yè)，幾乎就沒有專業(yè)技術(shù)人員；這樣勢(shì)必就造成采空區(qū)的大量積壓和有效的治理工作。

4）礦山開采的不規(guī)范和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，使得一些礦山開采沒有按照設(shè)計(jì)開采或者根本就沒有設(shè)計(jì)資料，這種現(xiàn)象在一些中小型礦山或者民營(yíng)礦山中普遍存在，開采的隨意性大，預(yù)留的礦柱不規(guī)范，采空區(qū)錯(cuò)亂交替等；同時(shí)，受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，對(duì)于形成的采空區(qū)不愿投資治理，對(duì)安全隱患抱有僥幸心理，將采空區(qū)積累的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)和治理責(zé)任轉(zhuǎn)嫁給地方政府部門。

5）歷史遺留的老礦區(qū)問題，老礦區(qū)普遍存在礦源枯竭問題，這部分礦山一般都破產(chǎn)或者轉(zhuǎn)型后有民營(yíng)、私營(yíng)或者股份企業(yè)接手開采回收殘礦，這樣就造成礦山的殘礦回收和礦柱回收勢(shì)必會(huì)造成安全風(fēng)險(xiǎn)的增大。

3 采空區(qū)的處理方法

采空區(qū)因采礦方法、規(guī)模的不同其處理方法也不盡相同，根據(jù)采礦方法的不同，采用合理的處理方法：

1）崩落法：崩落圍巖處理采空區(qū)特點(diǎn)就是崩落圍巖充填采空區(qū)并形成采空區(qū)內(nèi)的緩沖保護(hù)層，防止采空區(qū)突然出現(xiàn)大面積塌方或者冒頂?shù)陌踩[患；此種方法適用于一些品位較低且適合于大面積采礦的礦石；它的特點(diǎn)是：能及時(shí)消除采空區(qū)，降低采空區(qū)造成大面積地壓的劇烈活動(dòng)，同時(shí)能簡(jiǎn)化工藝、提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約成本。其前提條件是a崩落不會(huì)對(duì)地表的設(shè)施、生產(chǎn)造成安全影響。b圍巖的穩(wěn)定性較差，易于大面積崩塌。c預(yù)留的礦柱和殘礦已回收完畢。

2）充填法：充填法顧名思義就是利用外部材料填充采空區(qū)，采用廢料或者其它材料通過充填井或者充填孔運(yùn)輸?shù)讲煽諈^(qū)進(jìn)行采空區(qū)的充填工作，以便達(dá)到控制地壓活動(dòng)，減少礦體上部下沉，同時(shí)還能降低礦石貧化提高安全系數(shù)；也是目前各類地下采礦常采用的一種有效方法。

3）礦柱法：礦柱法就是合理利用礦柱以便達(dá)到都采空區(qū)的有效保護(hù)；礦柱法有永留礦柱法和人工礦柱法；此法主要使用于頂板巖石比較穩(wěn)定，且地表準(zhǔn)許最終塌陷的礦山。用礦柱支撐采空區(qū)，在礦柱預(yù)留量不多的情況下，不僅能做到在回采過程中能做到安全生產(chǎn)，而且能做到在回采結(jié)束后采空區(qū)任然保持不塌陷；此種方法的應(yīng)用前提是該礦巖石條件好，同時(shí)礦柱的預(yù)留設(shè)計(jì)要合理恰當(dāng)，且采空區(qū)面積不宜過大，還要做好定期的巖石移動(dòng)監(jiān)測(cè)。

4）封閉隔離法：封閉隔離法是一種方法簡(jiǎn)便、陳本低投資小的方法，這種方法主要應(yīng)用在較大或者礦體小且圍巖穩(wěn)定的金屬礦山，其采礦形成的采空區(qū)即使有冒頂也不會(huì)影響到下部礦體的繼續(xù)采礦和回采。采用這種采礦方式時(shí)，每隔一段距離必須要預(yù)留或者人工建筑一道一定厚度的隔離保護(hù)墻體，以防萬一有崩塌現(xiàn)象發(fā)生時(shí)塌方的沖擊波對(duì)工作人員造成傷亡；建造安全防護(hù)墻體厚度或者通往采空區(qū)通道安全長(zhǎng)度可參照T.M.馬拉霍夫提出的計(jì)算氣體速度的公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：

Sk——采空區(qū)頂板暴露面積，m2；

g——重力加速度m/s2；

h——頂板冒落的高度，m；

c——頂板冒落系數(shù)，c=0.1～0.9；

b——可供逸出氣體巷道的總斷面積。

4 處理技術(shù)及方法的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)科技的發(fā)展，采礦技術(shù)的也在不斷更新和發(fā)展，相應(yīng)技術(shù)的提高，采空區(qū)的處理技術(shù)和方式、方法也越來月多樣化；在不久的未來，先進(jìn)的技術(shù)和各類先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用，自動(dòng)化程度的提高，各類先進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器的配套協(xié)同應(yīng)用以及新型填充材料的應(yīng)用，完善的制度和管理體制，能更好有效地處理采空區(qū)和監(jiān)控采空區(qū)對(duì)周邊巖層的影響和變化，預(yù)防和杜絕安全事故的發(fā)生。

［1］ 楊殿.金屬礦床地下采礦［M］.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1999.50-56.

［2］ 王啟明.我國(guó)金屬礦山采空區(qū)現(xiàn)狀與治理對(duì)策分析[J]. 2009-06.

F407.1