採空區處理

礦體中因開採而形成採空區，為了防止地表陷落，消除生產隱患，確保坑內作業人員安全，需及時而有計畫地處理採空區（如充填或放頂封閉等），這些處理工作為採空區處理。

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空區處治對況等進行量化評判，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。

基本介紹

• 中文名：地下採空區
• 外文名：Underground goaf
• 輔助手段：建立地壓監測系統
• 常用方法：全部垮落法、充填法、煤柱支撐法
• 特點：規律性差、難以預測
• 套用：採礦

背景介紹

我國地下開採礦山目前的實際情況是採空區災害發生頻繁，因事故死亡人數和國外同類相比相對較高，安全生產形勢相當嚴峻，危及到人民民眾的生命安全，對生態環境造成了嚴重破壞，給國家造成了巨大的經濟損失，制約了我國礦山企業的可持續發展。

當開採完成形成採空區後，在上覆壓力和地下水等因素的作用下，該煤柱和開採區兩側的煤層軟化，失去強度，導致上覆岩體塌陷、冒落，形成滑坡。地下採空區對採礦工程的危害是顯著和累積疊加的，主要體現在二個方面：一是採空區礦柱變形、破壞、頂板大面積冒落、岩移，造成地表沉陷、開裂和塌陷，破壞地面環境和影響露天作業，更為嚴重的是採空區突然垮塌的高速氣浪和衝擊波造成的人員傷亡和設備破壞；另一方面在礦山開採過程中，採空區圍岩受爆破震動影響導致岩體裂隙發育，甚至貫通地表或連通老窯積水，發生突水事故，淹沒坑道和工作面，造成巨大經濟損失。

礦體開採後，采場的原始應力狀態被破壞，從而致使應力重新分布，時常導致礦柱失穩破壞。這種礦體開採後，當礦體承受的應力超過自身強度時，發生的不連續的發散突變，即礦柱失穩破壞的現象。其災害的主要表現形式有:片幫、冒頂、突水、地震、岩爆、衝擊地壓、地面塌陷、地面沉降、地裂縫以及由其導致的滑坡、土石流、地表植被破壞等多種形式。

地下空區已經成為制約礦山發展的一個重要難題 ，隨著礦山向深部開採，地壓增大，地下空區在強大的地壓下，容易發生坍塌事故，尤其對地下轉露天開採的礦山影響很大；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。

地下空區

處理方法簡介

對於礦山地下開採遺留的採空區，處理方法通常有封閉、崩落、加固和充填四大類。加固法處理採空區主要在採空區土方修建公路、隧道等工程時套用較多。由於成本較高，技術難度大，所以目前在礦山的開採階段套用較少。在具體的採空區處理過程中，由於各個礦山存在的採空區數量、其所處位置、形態特徵不一樣，必須針對各採空區的特點和條件，分別採取相應的處理方法。有時採用兩類方法聯合處理，如採用加固法與充填法聯合、崩落法與充填法聯合等:有時由同一類方法衍生出一系列子方法，如充填法可分：千石充填法、尾砂充填法、膠結充填法等。

崩落法

崩落圍岩處理採空區的實質：用崩落圍岩充填空區或形成緩衝保護岩石墊層，以防止上部大量岩石突然崩落時，氣浪衝擊和機械衝擊巷道、設備和人生的危害；緩和應力集中，減少岩石的支撐壓力。

崩落圍岩又分為自然崩落和強制崩落兩種。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，因為地質構造原因，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。崩落岩石厚度一般以滿足緩衝保護墊層的需要，達5mm以上為宜。崩落的方法一般採用深孔爆破或藥室爆破（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已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，由於地表絕對不允許大面積塌陷。因此，崩落處理採空區的方法不可行，至於對採空區用錨索或錨桿進行加固，也只是一種臨時措施，要徹底根除採空區帶來的安全隱患.比較可行的手段只能是“充填”。用充填料(廢石，尾砂)充填採空區。用充填料支撐圍岩，可以減緩或阻止圍岩的變形，以保持其相對的穩定，因為充填材料可對礦柱施以側向力，有助於提高其強度.常用的充填法有:乾石充填法、尾砂充填法、膠結充填法。

充填法是利用地表中露天剝離的廢石、開採廢石或選礦尾砂作為主要充填骨料，建立充填系統，然後通過採空區的鑽孔、天井或充填管道將充填料自流(或加壓)充填至井下採空區。

用充填法處理採空區，一方面要求對採空區的位置、大小以及與相鄰採空區的所有通道了解清楚，以便對採空區進行封閉，加設隔離牆，進行充填脫水或防止充填料流失；另一方面，採空區中必須能有鑽孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接進入採空區，達到密實、充填採空區的目的。

充填法用於採空區處理，具有效果好，見效快，充填密實等優點，但是充填法存在施工難度大，成本高，作業安全性差等缺點，在採用充填法處理採空區時一方面要從安全生產的角度，另一方面要從經濟的角度加以考慮，選用合理的充填材料和研究經濟可行的工藝技術。

封閉處理採空區

隨著採空區面積不斷擴大，岩體應力的集中，有一個從量變逐漸發展到質變的過程。當集中應力尚未達到極限值時，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，而採空區即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採空區處理方法，但其使用條件比較嚴格，可用於下列兩種情況：

(1)礦石與圍岩極穩固，礦體厚度與延伸不大，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，離主要礦體或主要生產區較遠，採空區上部無作業區。

在封堵採空區時，要在採空區附近通往生產區的巷道中，構築一定厚度的隔牆，使採空區中圍岩崩落所產生的衝擊氣浪不至造成危害。因此，構造充分的緩衝層厚度或通往採空區的通道封堵長度是採用封閉法處理採空區的關鍵。

採空區處理的輔助手段

採空區處理的輔助手段是建立地壓監測系統。井下採空區發生大的地壓活動之前，一般都有一定的徵兆，如地音、地震強度的變化等，通過對這些變化的監控，可以對地壓活動進行一定程度的預報。因此為配合對採空區的治理，掌握采場穩定性安全動態，應該對採空區圍岩採取一定的現場監測手段。目前監測手段較多，但是較為常用的有岩體聲發射監測定位儀、水準測量、多點位移計、壓力計、斷面收斂測量以及光應力計等監測手段。為監測超大採空區地壓活動，提供一種有效方法。

煤礦中採空區處理方法

由於頂板特徵、煤層厚度和保護地表的特殊要求等條件不同採空區常用處理方法有全部垮落法、充填法、煤柱支撐法等。

採用全部垮落法處理採空區簡單可靠、費用少，所以凡是條件合適時均應儘可能採用這種方法。我國開採薄及中厚煤層和大部分厚煤層時，幾乎全部採用全部垮落法。

煤礦中採空區處理方法

圖-全部垮落法回柱放頂工序：

（a）最小控頂距時支架形式；（b）第一次推進後支架形式；

（c）放頂前（最大控頂距）支架形式；（d）放頂後恢復到最小控頂狀態