採空區

採空區是由人為挖掘或者天然地質運動在地表下面產生的“空洞”，採空區的存在使得礦山的安全生產面臨很大的安全問題，人員與機械設備都可能掉入採空區內部受到傷害。

基本介紹

• 中文名：採空區
• 外文名：Goaf
• 含義：地表下面產生的“空洞”
• 特徵：隱伏性強、空間分布特徵規律性差
• 危害：影響礦山發展及上部城市化發展
• 處理辦法：崩落法、充填法、封閉

介紹

由於地下採空區具有隱伏性強、空間分布特徵規律性差、採空區頂板冒落塌陷情況難以預測等特點，因此，如何對地下採空區的分布範圍、空間形態特徵和採空區的冒落狀況等進行量化評判，一直是困擾工程技術人員進行採空區潛在危害性評價及合理確定採空區處治對策的關鍵技術難題。

形態

採煤技術、採煤方法的不同所形成的採空區也不同，目前可能有如下幾種採空區形態。

1. 長壁工作面全部垮落法所形成的採空區（傾斜或緩傾斜煤層） ，其特徵是採空區上覆岩層的破壞具有明顯的垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。
   
2. 回採工作面全部充填或局部充填法所形成的採空區，工作面頂板只是有部分下沉。
   
3. 短壁半垮落條帶回採工作面所形成的採空區，其特徵是回採時頂板不垮落，過一段時間，頂板形成不充分垮落。
   
4. 短壁非垮落條帶回採工作面所形成的採空區，其特徵是頂板相當完整，煤層堅硬，采寬小，采留比小，煤柱能形成長久性支撐。
   

影響

1. 目前，地下空區已經成為制約礦山發展及採空區上部城市化發展的一個重要難題 ，隨著礦山向深部開採，容易發生坍塌事故，而且受到採空區的影響，很多建築物無法進行建設，給人們的生活生產帶來不便；地下開採殘留大量的采場、硐室、巷道沒有進行及時處理，對露天開採帶來了嚴重的隱患，同時給礦山工作人員和設備帶來嚴重的威脅。
   
2. 自20世紀末以來，我國礦業開採秩序較為混亂，非法無序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的採空區，這是影響目前礦山安全生產的主要危害源之一 。山西、廣西、甘肅等省的許多礦山都存在大量的採空區，致使礦山開採條件惡化，引起礦柱變形、相鄰作業區采場和巷道維護困難、井下大面積冒落、岩移及地表塌陷等，更為嚴重的是空區突然垮塌的高速氣流和衝擊波造成的人員傷亡和設備破壞，這些都給礦山安全生產構成嚴重威脅，並造成環境惡化、礦產資源嚴重浪費。
   

處理辦法

崩落法處理採空區

用崩落圍岩充填空區或形成緩衝保護岩石墊層， 防止上部大量岩石突然崩落時， 衝擊巷道、設備和人員；緩和應力集中，減少岩石的支撐壓力。

崩落圍岩分為自然和強制崩落兩種。從理論上講，任何一種岩石， 當它達到極限暴露面積時，應能自然崩落。但是由於岩體並非理想彈性體，往往還未達到極限暴露面積以前， 由於地質構造等原因， 圍岩某部位就可能發生破壞，形成自然崩落。當圍岩無構造破壞、整體性好、非常穩固時，需要在其中布置工程，進行強制崩落處理採空區。爆破的部位根據礦體的厚度和傾角確定，厚度一般以滿足緩衝保護墊層的需要，l5～20 m以上為宜。崩落方法一般採用深孔或藥室爆破(崩落露天邊坡或極堅硬岩石)。在崩落圍岩時，為減少衝擊氣浪的危害，對離地表較近的採空區或己與地表相通的相鄰採空區，應提前與地表或與上述採空區崩透，形成“天窗”。強制放頂工作一般與礦柱回採同時進行，且要求礦柱超前爆破。如不進行回採礦柱，則必須崩落所有支撐礦(岩)柱， 以保證強制崩落圍岩的效果。

充填法處理採空區

對於那些在其上部存在露天采場或有建築物的採空區，地表絕對不允許大面積塌陷。因此，不能採用崩落法處理採空區，而對採空區用錨索或錨桿加固， 只是一種臨時措施，要徹底根除採空區帶來的安全隱患， 比較可行的方法就是“充填”。該法是利用地表露天剝離的廢石、井下開採廢石或選礦尾砂作為主要充填骨料， 通過採空區的鑽孔、天井或充填管道將充填料自流(或加壓)充填至井下採空區。用充填料支撐圍岩可減緩或阻止圍岩的變形， 以保持其相對穩定。常用的充填法有：乾石充填、尾砂充填、膠結充填及絮凝材料充填法等。

封閉處理採空區

隨著採空區體積不斷擴大， 岩體應力的集中，有一個從量變到質變的發展過程。當應力集中尚未達到極限值時，礦石與圍岩處於相對穩定狀態。如果在此之前結束整個礦體的回採工作，而採空區既使冒落也不會帶來災難， 可將採空區封閉，任其存在或冒落。這是一種最經濟又簡便的處理方法，但其使用條件比較嚴格，可用於：1)礦石與圍岩極穩固，礦體厚與延深不大，埋藏不深，地表允許崩落；2)埋藏較深的分散孤立的盲採空區，離主要礦體或生產區較遠，上部無作業區。

影響因素

斷層對地表移動與變形的影響

斷層對地表移動與變形產生影響的原因在於斷層帶處岩層的力學強度大大低於周圍岩層的力學強度。由於應力的集中作用，故使該處成為岩層變形集中的有利位置；地下煤層開採後，在上覆岩層發生移動與變形的同時，岩層還沿著斷層面發生滑動，於是在斷層基岩露頭處的地表就出現台階狀的破壞。在斷層露頭處的地表變形加劇，大大地超過了正常值，而位於斷層露頭兩側附近的地表變形變得緩和，小於正常值。故在建築物平面布置時，重要建築物應儘量避開斷層基岩露頭帶。

地下水大量流失對建築物的影響

煤層回採後凡是斷裂帶波及到的基岩含水層（砂岩、頁岩、石灰岩） ，含水層的水體要潰入工作面。砂岩、頁岩含水層水體屬於孔隙裂隙水，如果不具備補給條件，經過長期流失會造成含水層被疏乾。因含水層水體流失而形成的空洞也是殘餘變形影響的一個重要因素，不容忽視。

採空區殘留煤柱

殘留煤柱基本特徵是：工作面區段隔離煤柱傾斜長一般10m，不回收；薄煤帶屬於未開採區；斷裂構造煤柱不回收。上山煤柱一般在採區結束前收，只能回收大部分；採區邊界煤柱不回收，寬20 m左右；沖積層防水煤柱永久不回收；礦井邊界煤柱寬50 ～ 60m，永久不回收；大巷煤柱、工業廣場煤柱一般在礦井閉坑前回收。

採空區殘留人工工程

一個礦井或採區報廢后，採空區殘留人工工程主要有上山及聯絡巷、採區車場、井底車場、水倉及各種硐室大巷、轉載硐室等。一般地，礦井的這些工程所涉及的面積和體積都是十分巨大的。這些殘留工程因礦井報廢失去維護，時間長以後逐漸垮塌。如果這些巷道集中在某段時間垮塌，遠比回採2m厚的煤層所帶來的地表沉降要嚴重。因此，在選擇建築地基時應避開殘留人工工程區。