采空區的危害及探測方法分析

韓連生 雷洪才

摘要：礦山采空區的邊坡失穩塌陷、涌水和塌陷，以鞍山弓長嶺煤礦采空區為工程背景，開展了巖石探測、數據處理。分析了采空區處理、充填。結合瞬變電磁法的探測、地震映像、高密度電阻率法探測分析了鞍山弓長嶺煤礦采空區災害規律，并結合鉆探驗證、三維激光精細測量，得出實驗結論。

Abstract： The slope of the mine goaf is unstable， collapsed， gushing and collapsing. The mining area of the Anshan Gongchangling coal mine is used as the engineering background to carry out rock detection and data processing. The treatment and filling of the goaf were analyzed. Combined with the detection of transient electromagnetic method， seismic image and high-density resistivity method， the disaster law of goaf in Anshan Gongchangling Coal Mine was analyzed and obtained experimental conclusions combined with drilling verification and three-dimensional laser fine measurement.

關鍵詞：采空區；危害；探測方法

Key words： goaf；hazard；detection method

中圖分類號：TD8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0240-02

0 引言

鞍山地區鐵礦開采歷史有百余年，開采方式為露天和井下開拓。早在20世紀初期日本人就在齊大山、弓長嶺等礦區對地下富鐵礦進行掠奪性開采，造成地下多處采空區。近年來，地方小礦點的不規范的亂采亂挖，導致采空區的具體位置、埋深、大小等資料不詳。這些分布位置不確定采空區給礦山生產和生活帶來巨大隱患。

1 采空區的危害

礦山采空區的塌陷、涌水和邊坡失穩是最為嚴重的礦山地質災害之一，采空區給正常采礦生產帶來了極大的威脅，給深部鐵礦資源開采利用，采礦工程計劃執行帶來極大困難。同時地下采空區嚴重威脅著礦山設備和人員的安全，也給礦山的爆破質量及爆破安全造成嚴重的安全隱患。且鐵礦山采空區受強電磁、復雜地質構造和大型設備作業等因素影響，精準探測和治理難度極大。其危害主要有以下幾點：

①給整個露天礦坑體的設計帶來困難；

②露天礦采坑采空區施工中機械和人員的不安全；

③采空區爆破處理時會產生礦體的貧化和損失；

④采空區中的放射性金屬對施工人員的危害；

⑤影響采空區二次引爆的打鉆施工；

⑥采空區中礦井積水對施工作業的影響。

2 弓長嶺礦區鐵礦山采空區探測地質特征及地球物理條件

2.1 弓長嶺一礦區地質特征

本次探測區打的位于弓長嶺褶皺中，主要形式為主要構造形式為褶皺構造及與之相伴生的斷裂構造。區內斷裂構比褶皺構造發育更為明顯，花崗偉晶巖對礦體有著較大破壞的，只是影響深度和范圍有限。從礦床地質特征分析，礦體受到褶皺、斷層和含鐵巖系的控制，并且礦石類型、結構構造特征決定了礦體與圍巖在地球物理性質較為復雜特征。

2.2 主要巖礦石的電磁參數特征

2.2.1 磁性特征

根據1974年鞍本地區航空磁測報告（冶金部物探公司航測二隊，1975）資料，弓長嶺鐵礦各礦區的磁鐵礦體具有較強的磁性，與圍巖有顯明的差異。

2.2.2 電阻率特征

本文主要利用巖和礦石的電阻差異性可以直接尋找礦源。結合該區域內巖礦體分布情況，本文模型中設定礦體電阻率、圍巖及夾石的電阻率、采空區電阻率分別為1000Ω·m，2000Ω·m，10000Ω·m，采空區充水情況下電阻率由水決定，為10Ω·m。

2.3 鐵礦大型多層采空區探測的應對之策與突破點

2.3.1 基礎地質調查

基礎地質調查主要針對探測區的地質特征研究展開，研究地層的分布規律、褶皺和斷裂的錯礦和移礦規律、礦體的分布規律，并進行相關的巖礦石的地質-地球物理特征測試分析，如磁化率、電阻率等。此方面主要通過現場地質調查、路線測量完成，并結合礦區已有勘探資料展開。

2.3.2 地球物理探測

地球物理探測方面，主要通過地震影像法-高密度電阻率法-瞬變電磁法組合，磁法掃面測量為輔助驗證開展。

高精度磁法探測，通過觀測和分析巖礦石（或其他探測對象）磁性差異所引起的磁異常，進而研究地質構造和礦產資源（或其他探測對象）的分布規律的一種地球物理勘探方法。

地震映像（又稱高密度地震勘探和地震多波勘探），是基于反射波法中的最佳偏移距技術發展起來的一種常用淺地層勘探方法。這種方法可以利用多種波作為有效波來進行探測，也可以根據探測目的要求僅采用一種特定的波作為有效波。

2.3.3 鉆探驗證

在地質、地球物理勘查的基礎上，對圈定的采空區異常進行潛孔鉆鉆探驗證，一方面可以準確驗證采空區的存在，另一方面可以排除假采空區異常，為地質-地球物理調查提供第一手的翔實資料。與此同時，潛孔鉆驗證也為三維激光掃描提供了工作環境。

2.3.4 三維激光精細測量

在采空區的規模和范圍確定過程中，基礎地質研究是先鋒，地球物理探測掃面實時跟進，并對可疑區輔以鉆孔驗證，以確定采空區的位置、埋深和厚度，但要進一步精確測定采空區實際大小、范圍和體積，依靠上述技術很難完成，尤其對于分布凌亂、形狀無規則的大型-超大型采空區來說更是困難重重。為此，針對現實問題，課題組結合目前最新的測繪技術-三維激光掃描技術（也稱實景復制技術），可以完整并高精度地重建掃描實物及快速獲得原始測繪數據。該解決方案主要通過對已知空區驗證鉆孔下三維激光測量探頭，對驗證采空區進行逆向三維數據采集和模型重構，以海量測繪數據為支撐，建立逼近原形的采空區實體模型（圖1）。

2.3.5 地質-地球物理-鉆探-三維激光掃描互反饋

面對今年工作中遇到的大型-超大型采空區和采空區群探測難題，基于對采空區精準探測的系統認識，作為空區探測新策略（基礎地質研究、探測技術方法優化組合、淺孔鉆實時跟進、三維激光掃面建體技術和數學-物理模型于一體的整體化、集成化和精準化解決方案）中重要的一環，新增了三維激光掃面建體互反饋技術，并與基礎地質研究、地球物理探測和鉆探有機結合，實現空區探測技術的躍升。

3 結論

①詳細分析了采空區的特點、分類及危害，介紹了常見的探測手段、穩定性分析方法及綜合治理方法。

②介紹了弓長嶺地下礦山采空區探測、分析及治理的成功案例，表明該一體化空區圍巖穩定性評判綜合治理技術在礦山具有良好的應用效果，為我國其他地下礦山采空區治理提供了經驗。

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