喻 鸿，蓝 宇

露天采场地下采空区防治技术研究

喻 鸿，蓝 宇

(大宝山矿业有限公司，广东 韶关市 512127)

为有效改善矿山安全生产状况，推进绿色矿山建设，对大宝山矿露天下部采空区的形成历史及分布特征进行了分析研究，针对地下采空区对矿山安全生产的危害及其表现形式，通过引进高科技设备及采空区处理技术研究，提出了露天下部采空区的有效技术措施和防治方法，为矿山安全生产提供了可靠的保障，取得了突出的社会效益和经济效益。

露天开采;采空区治理;微震监测;强制崩落

0 引 言

近年来，随着我国矿产资源的不断开发，矿山开采技术取得了长足的进步。矿产资源开发利用总体上还比较传统粗放，安全事故频发，生态破坏、环境问题十分突出。为有效改善目前矿山开采现状，国家提出矿山开采在加强安全生产的同时推进绿色矿山、生态文明的建设。一方面加强安全生产工作，防止和减少生产安全事故，保障人民群众的生命和财产安全，促进社会经济持续健康的发展，国家修订了安全生产法，尤其“十九大”以后相继出台了一系列政策、法规，旨在落实安全生产主体责任，强化安全红线意识和底线思维，全面深化隐患排查整治,改善安全生产形势。另一方面大力推进绿色矿山和绿色矿业发展示范区建设，通过一系列治理规划，到2020年基本建成节约高效、环境友好、矿地和谐的绿色矿业发展模式，从根本上改变目前大部分矿山粗放式的开采模式。

为响应国家相关政策，消除矿山安全生产隐患，建成绿色现代化矿山。广东省大宝山矿业有限公司针对矿山头号安全隐患——露天采场下部采空区开展了系统的治理工作。

1 大宝山矿采空区现状

大宝山矿始建于1958年，1966年开始进行大规模建设和生产，1975年正式投产，1995年更名为广东省大宝山矿业有限公司，现隶属广晟资产经营有限公司，属国有独资企业。建矿初期，矿山规划为铁、铜、铅锌、硫等矿产资源，主要采用露天开采，露天开采结束以后，转入井下开采。1980年代，周边民采对井下铜硫铅锌资源进行了掠夺式开采，民窿最多达112条，大规模无序盗采，严重制约了矿山开采秩序，矿产资源流失严重。为了治理民采，保护矿产资源，1997年矿山被迫终止铜采场露天采剥，转入井下开采，形成露天采铁与井下采铜联合开采的格局。

为保证矿山安全开采，大宝山矿井下开采过程中对民窿盗采形成的不规则采空区进行治理，但由于民采范围大、开采区域不确定，治理工程远远达不到采充平衡的要求，2004年发生了3次大塌方，严重影响到井下安全生产。为此，大宝山矿区地下开采于2005年8月15日停产整顿，进行采空区隐患整改、治理，并重新规划大露天开采，在露天开采过程中进行采空区有序处理。据统计，矿山井下开采过程中形成的采空区及已探明的部分盗采空区约为120万m3，此类采空区资料较全，露天开采过程中较易处理。另外井下仍存在一部分不明采空区，该类采空区不可控，严重威胁矿山的安全生产。

2 采空区灾害防控与治理

2.1 采空区危害

露天下部采空区在露天机械扰动、水化作用和爆破震动等多因素影响下 ,顶板及围岩岩体强度弱化，出现裂缝并不断扩展，造成局部岩体失稳，进而发展为采空区塌陷。采空区塌陷对矿山主要危害如下：

（1）威胁采场作业安全。露天矿山生产过程中，采场范围内存在大量的设备及人员作业，一旦出现下部采空区失稳引发地表塌陷，由于瞬间发生，人员逃生机率几乎为零，设备损毁不可避免；

（2）引发地质灾害。露天边坡下方采空区与边坡稳定性相互影响、相互制约，随着露天开采的推进，边坡高度逐步加大，岩体应力集中程度增加，造成采空区附近岩体失稳，采空区垮塌，进而引起边坡失稳滑坡，引发地质灾害；

（3）破坏井下设施。大宝山矿终止地下开采后，仍存在部分井下设施，如640 m精矿输送平硐，井下抽水设施等，由于井下采空区分布集中，局部采空区失稳易造成连锁反应，出现大面积采空区垮塌，破坏井下设备设施。

2.2 采空区灾害防控

在充分分析露天下部采空区制灾机理的基础上，通过制定系统管理制度，引进先进技术和高科技设备，大宝山矿形成了一套形之有效的采空区灾害防控手段。

（1）引进先进设备及技术进行采空区防控。在充分分析研究大宝山矿采空区分布情况及地质条件的基础上，引进了一系列先进设备及技术对采空区进行探测及稳定性监测：一是引进先进的地球物理勘探手段三维地震勘探，确定露天境界下方采空区分布状况，防止不明采空区影响露天安全生产；二是引进浅层便携式地质雷达探测浅层小型采空区，同时根据探测结果进行钻探验证，防止近地表浅埋采空区突然塌陷；三是引进国际先进IMS微地震监测系统对采空区重点分布区域进行全天候动态监测，实时掌控采空区稳定性状况，对采空区塌陷进行提前预警；四是购置多点位移计实时监测矿山精矿运输通道640 m平硐围岩应力变化情况，确保矿山运输大动脉安全运行。

（2）采空区防控措施。制定采空区防塌陷措施，实行区域封闭、警戒，增加人工巡查；充分发挥人的主观能动性，提高现场作业人员的安全防范意识，做到真正的本质安全；分析研究矿床地质分布，针对高富矿块制定专项探测；针对暴雨、寒冷等恶劣天气，巡查观察雨水流向和冒烟，加强重点区域稳定性的监测，防止产生安全事故。

2.3 采空区治理

通过多年采空区治理工程的积累，大宝山矿形成了一套完整的采空区治理体系，包含采空区探测、采空区处理、采空区稳定性监测。

（1）采空区探测。掌握准确、全面的采空区资料，是实现采空区有效管理、处理方案研究等后续工作的前提条件。经过多年探索，形成了历史资料分析、地球物理勘探、钻探和三维激光扫描相结合的采空区探测方案，通过多技术集成，实现了对大宝山采空区的精准探测。采空区三维激光扫描结果如图1所示，采空区三维模型如图2所示。

（2）采空区稳定性监测。为有效预防采空区塌方发生安全事故，引进目前最先进的微震监测系统对采空区密集区域进行稳定性重点监测（包括不明采空区以及采空区处理穿爆过程中）。该套系统通过采集岩层破裂所产生的微震事件，对破裂地点进行准确定位，提前对可能出现的采空区塌方进行预测预报。同时微震监测系统可收集采场范围内的所有声波信号，包括打钻、放炮、机械震动等，因此对民采作业形成的不明采空区的判断有重要指导意义。图3为微震监测采集的采场爆破波形，采空区塌陷事件微震监测系统预警见图4。

图1 采空区三维扫描结果

图2 采空区三维立体模型

图3 采场爆破波形

图4 采空区塌陷失稳预警

（3）采空区处理。针对不同采空区赋存形态，相继开展了爆破强制崩落处理、诱导崩落处理、爆破一次成井充填采空区等多种方式处理采空区，其中爆破强制崩落处理为矿山最常用的采空区处理方法。设计采空区范围内的钻孔全部打穿采空区，爆破孔网参数采用4.0 m×4.0 m。采空区顶板较薄的位置布置加强孔，在加强孔区域内设计3个底部装药钻孔，吊孔装药实施强制爆破。历史上最大的一次采空区处理爆破前后对照见图5。

图5 强制崩落爆破前后对比图

3 结 论

大宝山矿采空区分布情况极为复杂，为数众多，形状多样，大部分采空区隐埋位置和标高不确定。大宝山矿经过多年摸索，积极引进国内外先进经验及设备，取得的主要成果如下：

（1）响应国家相关政策，消除了矿山安全生产隐患，为推进绿色矿山和绿色矿业发展示范区建设提供了可靠保障；

（2）总结出了一套详尽且行之有效的采空区处理体系：通过采空区深孔钻探和潜孔加密探测、精准三维激光扫描、微震技术和精密设备稳定性监测以及现场人工加强监测，采空区有效爆破处理，成功解决了困扰大宝山矿的采空区问题，确保了矿山安全生产；

（3）大宝山采空区防治技术的研究，不但有效消除了露天下部采空区对矿山安全的威胁，改善了矿山生态环境，创造了卓著的社会效益，而且帮助矿山有效回采空区周边隐患资源120万m3，采出矿量408万t，盘活了资源，延长了矿山服务年限。实现产值5.72亿元，新增利税2.04亿元，创造了巨大的经济效益。研究成果极具推广应用价值，可为国内类似矿山提供借鉴的依据。

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(2019-07-04)

喻 鸿(1968—)，男，辽宁辽阳人，高级工程师，主要从事采矿技术、矿山安全和绿色矿山建设，Email: 79716311@qq.com。