地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案設(shè)計探討

紀振鵬

摘 要：我國地域遼闊，是一個資源大國，地下資源豐富無比，儲量巨大，每年需要從地下開采大量的資源投入建設(shè)當中。金屬作為國家發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)當中必不可少的重要資源，其開采環(huán)節(jié)非常重要。近幾年來，隨著開采技術(shù)不斷提高，地下金屬開采數(shù)量越來越多，導(dǎo)致采空問題逐漸凸顯，采空出現(xiàn)的頻率越來越高。地下金屬礦山采空問題的出現(xiàn)，不僅會影響生產(chǎn)進度，還會影響礦山生產(chǎn)安全，對員工人身安全產(chǎn)生威脅。所以，需要針對地下金屬礦山采空問題提出有效的治理，制定科學(xué)、合理、有效的治理方案，提高地下金屬礦山開采的安全性。

關(guān)鍵詞：地下金屬礦山；采空區(qū)；安全治理；方案設(shè)計

從金屬產(chǎn)量來說，我國名列前茅，每年開采的金屬礦石總量約63.4億噸，數(shù)量驚人。在地下開采礦石過程中，如果后續(xù)工程未能及時彌補開采礦石留下的空間，將會形成一個采空區(qū)。采空區(qū)長期留置于地下，將會出現(xiàn)地裂縫、塌陷、老窿水等現(xiàn)象，從而產(chǎn)生危險因素。隨著我國地下金屬礦山開采量越來越多，出現(xiàn)的采空區(qū)將會越來越多，金屬礦山采空區(qū)采空區(qū)帶來的地質(zhì)危害將會越來越高，如果沒有相應(yīng)的安全治理方案，將會直接對周圍的環(huán)境與礦山造成影響，形成災(zāi)害。

1、金屬礦山采空區(qū)定義和類型

礦山采空區(qū)主要分為兩種類型：一種是未完成、正在開采的金屬礦山，這類采空區(qū)主要被稱為未被填埋處理的采場；另一種是已經(jīng)開采完畢的廢棄采空區(qū)，這類采空區(qū)主要是空曠的空間和采場。金屬礦山開采完畢之后形成的采空區(qū)主要有巷道、井筒、石門和內(nèi)部獨立空間四部分組成。

地下金屬礦山采空區(qū)根據(jù)礦體的形態(tài)、大小、處理時間而分為不同的類型，不同類型的采空區(qū)需要制定不同的安全治理方案，從而將金屬礦山采空區(qū)的危險降到最低。按照金屬礦山開采方法，可以將其分為空場法、崩落法、填充法三種采空區(qū)，其中最為常見的采空區(qū)為空場法采空區(qū)。崩落法采空區(qū)實際上是將礦體上下盤的圍巖崩落下來，充填到采空區(qū)當中，利用巖石的碎脹性充填采空區(qū)，經(jīng)過地壓的逐步顯現(xiàn)使得采空區(qū)漸漸趨于穩(wěn)定。填充法采空區(qū)在實際中并沒有，只有在開采的短時間內(nèi)會出現(xiàn)，一旦填充則無采空區(qū)。如果在填充的過程中沒有填充完全，則會出現(xiàn)小的采空區(qū)。地下金屬礦山采空區(qū)的等級劃分并未統(tǒng)一，不同地區(qū)會有不同的規(guī)定，但是大致上的等級劃分理論是相差不大的。如表1所示，該表為金屬礦山采空區(qū)等級劃分。

地下金屬礦山采空區(qū)的災(zāi)害類型。采空區(qū)與礦山災(zāi)害具有直接關(guān)系，也是引發(fā)災(zāi)害的主要原因，其中最為常見的采空區(qū)災(zāi)害為地壓災(zāi)害和水害。地下金屬礦山地壓災(zāi)害在礦山災(zāi)害當中排第一。其災(zāi)害性質(zhì)與煤礦災(zāi)害有著本質(zhì)區(qū)別，金屬礦山周圍的地質(zhì)非常復(fù)雜，圍巖非常堅硬，經(jīng)過長時間的穩(wěn)定之后極容易發(fā)生脆性斷裂，使礦山空間穩(wěn)定性降低，發(fā)生頂板塌陷，引發(fā)安全事故。水害在金屬礦山災(zāi)害當中排第二，在近十年的金屬礦山災(zāi)害當中，我國水害發(fā)生的次數(shù)約為20次，其中礦井水害發(fā)生就有十多次。

2、地下金屬礦山采空區(qū)勘探技術(shù)

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的設(shè)計必須要了解采空區(qū)內(nèi)部的情況，這就需要用到采空區(qū)勘探技術(shù)。采空區(qū)勘探技術(shù)主要是以勘察技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過勘測、探查、鉆探等了解內(nèi)部的狀況。但是這種方式成本高、效率低、時間長，具有一定的盲目性。隨后出現(xiàn)三維地震物探、瞬變電磁法、大地電磁測深法等多種方法測量金屬礦山采空區(qū)的狀況。之后又開始結(jié)合激光、聲吶、雷達掃描等多種方法來獲得采空區(qū)的實際形態(tài)，使探測結(jié)果更加準確真實。具體的地下金屬礦山采空區(qū)探測技術(shù)流程如圖1所示。

3、地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案設(shè)計

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案填充方式。填充料時應(yīng)該沿著井筒安裝填充管道至采空區(qū)的上方，充填料沿填充管道逐漸進入采空區(qū)，自下而上分層填充，每層填充完畢之后需要間隔一段時間再次填充，多次重復(fù)填充，直至填充料布滿整個采空區(qū)。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的填充設(shè)施場地及填充料。采空區(qū)的填充料需要混合，所以填充站必須布置在金屬礦山井口的周圍，方便填充料下井。通過攪拌機將填充料攪拌均勻，經(jīng)過事先準備的填充管道充填至采空區(qū)當中，逐步完成整個采空區(qū)的填充。金屬礦山采空區(qū)填充料主要由尾砂和水泥膠組成，兩者的配比因其尾砂性質(zhì)及細度差異而不同。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案填充料制備。采空區(qū)填充材料的制備需要使用攪拌桶將其攪拌均勻。通過計量用具按照選定的配比將尾砂和水泥計量好，通過輸送設(shè)備將其輸送到填充料攪拌桶當中，加入適量的水攪拌均勻，將其輸送到采空區(qū)。填充料攪拌桶在金屬礦井口周圍，直徑為1.5m，高為1.5m，容積為2m3，攪拌桶底部安裝有輸送裝置，與輸送管道相連接，直接填充入采空區(qū)。

地下金屬礦山采空區(qū)安全治理方案的填充濃度和管徑的選擇。金屬礦山采空區(qū)的填充濃度需要根據(jù)礦山的種類決定，同時也需要注意填充材料的性質(zhì)因素，最初選擇濃度為55%濃度左右的填充料進行填充。填充過程中使用的管道是聚乙烯管道，具有良好的性能，一般選取其管道直徑為108mm。

地下金屬礦山采空區(qū)安全質(zhì)量方案的填充順序。在填充的過程中，首先要填充巷道的采空口的擋墻，為后期的填充做好準備，在按照倒退的順序逐漸填充。其次，封堵巷道通往中端采空區(qū)的入口，并且建立擋墻，防止填充料進入其中，為后期的填充做好時間準備；最后將剩余的巷道清理干凈，將剩余的采空區(qū)填充滿，達到填充的標準和要求，完成安全治理的目的。

地下金屬礦山采空區(qū)安全質(zhì)量方案的填充入口階段。金屬礦山采空區(qū)入口的填充需要利用擋墻將其封閉，恢復(fù)上段巷口的使用功能，如若無法開啟，則使用鉆孔設(shè)備開孔進行填充，孔口的直徑為110mm一般可以滿足填充的需求。

4、結(jié)束語

金屬的重要性不言而喻，國家的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)，人類的活動都需要使用金屬。金屬的開采容易形成采空區(qū)，而采空區(qū)的存在嚴重威脅到了金屬礦山的生產(chǎn)安全和工人的人身安全。所以，需要研究采空區(qū)的實際狀況，有針對性的提出有效、科學(xué)的安全治理方案，從而提高采空區(qū)的安全性，為金屬礦山的生產(chǎn)和員工安全提供保障。

參考文獻

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（作者單位：沈陽嘉納工程技術(shù)有限公司）