文红兵

（西部黄金克拉玛依哈图金矿有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000）

本文首先对采空区的特点以及其危害性进行简述，采空区的隐伏性和空间分布的不规律性会对矿区的采集工作造成严重影响，甚至会对开采人员的生命安全造成威胁；然后对地下矿山采空区的探测方法以及探测注意事项进行探究分析，并就采空区的稳定性提出了一些有效的评测方法；最后针对采空区提出了三种治理方法，并就其实际操作的注意事项进行简述。

1 采空区特点以及危害性

地下矿山的采空区一般是由人为挖掘并伴随着矿井内部岩层剥落导致的地下空洞，矿山的采空区为矿区生产以及工人施工带来了巨大的安全威胁。据调查数据显示，我国可开采的矿区都存在着或大或小的采空区，我国矿区采空区体积最大时约有260亿立方米。采空区的形成原因可以分为两大类：人为挖掘与自然形成。部分小型矿区采集团队在矿区开采时，由于过度开采以及开采技术不佳，致使矿区岩层受到破坏，行成地下采空区。而随着地质运动，地下矿区岩层会出现变化，从而行成采空区。由于开采技术不同形成的采空区类型也有所不同，目前已发现如下几种采空区类型：矿区长壁工作岩层面完全垮落法所形成的采空区（倾斜或缓倾斜矿层） 、回采工作岩层面完全充填或部分充填法所形成的采空区、短壁半垮落条带回采工作岩层面所形成的采空区和短壁非垮落条带回采工作岩层面所形成的采空区。采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律较差的特征。这两大特征为矿山的开采工作带来很大的阻力，也为矿产开采人员的工作埋下安全隐患。因此，需要采取有效的方法来治理矿山采空区现象。

地下矿山的采空区具有较强的隐伏性，一般很难用肉眼分辨出采空区。如果采集团队没有实现进行地质勘探，在施工过程中，可能会出现人员或者开采设备掉入采空区的意外事故。因此，在矿山开采工作实操前，一定要组织勘探队伍对开采矿区的地质状况进行勘测，并根据地形地貌制定安全合理的采集方案。地下矿山的采空区还会影响深层采集工作的顺利进行。由于采空区具有空间分布不规律的特点，即便事先进行了勘探工作，也只能确定采空区的大致位置，而无法预测采空区对深层采集工作的影响。这不仅会影响采集工作的进度，还会严重影响矿山的生产。采空区还会导致矿区坍塌事故。人为形成的采空区会破坏矿山地质结构的和谐性与稳定性，在进行深度开采时，顶柱无法支撑整个开采区的压力，就会出现坍塌事故，这会严重威胁到采矿工人的生命安全。除此之外，采空区还会影响矿山城市化的进程。部分已经开采过的矿山具有较稳定的地质结构与较高建设价值，可以在其附近区域进行建筑工程施工。但是受采空区的影响，很多建筑物都无法进行建设，这使得矿山的利用价值大大下降。

2 地下矿山采空区探测注意事项以及稳定性分析

2.1 地下矿区采空区探测方法及注意事项

为了提高施工安全度，在开采矿山之前，都会对采空区进行探测。现阶段所使用的采空区探测方法主要有物体探测和钻探，其中物体探测是借助探测设备对矿山进行地质检测，根据探测数据分析结果，判断该区域是否存在采空区或者判断采空区的位置；而钻探则是使用钻孔仪器打一定深度的孔洞，然后对矿区内部情况进行勘探。如图1所示，其为瞬变电磁法在矿山采空区探测中的应用。主流的物探方式有电法勘探、探地雷达、地震勘探法、层析成像法等等。这些物探方法都属于间接探测，主要操作流程是先在矿区采集岩石样本，然后利用物理学原理或者探测仪器对这些样本进行检测分析，根据试验结果得出该矿区的地质情况与采空区状态。下面对这些物探方法进行简要介绍，并就使用该物探方法对采空区进行探测时的主要事项进行探究。

图1 瞬变电磁法在矿山采空区探测中的应用

电法勘探的原理是通过对矿区测点处岩石的电阻率或者矿区的测深点的电阻率进行测量，将测得的电阻率数值与标准样化表进行比对，得出测点下的断层状况与断层深度。在使用电法勘探时，一定要选择合适的测深点，原则上测深点不少于十个且各个测深点尽量均匀分布。这样能够提高勘探效率与勘探结果的可靠度。探地雷达的工作原理是利用电磁波的反射原理，探测时，探地雷达向探测区发射电磁波，并等待接收反射回来的电磁波，通过设备内嵌的程序计算出地底深度。探地雷达操作简单，探测结果准确度较高，但是探测深度有一定的限制，市面上售卖的探地雷达的探测深度范围为0.1m～30m，深度深于30m，探测结果的准确度较低。地震勘探法的工作原理是利用地质弹性与密度的差异。由人工制造弹性波，通过观察弹性波在矿区地质层的传播状态来界定采空区的有无与位置情况。地震勘探法是矿区勘探采空区的重要方法，也是最有效的方法之一。地震勘探法需要控制好人造弹性波的能量大小，否则可能会破坏矿区地质结构，严重情况下会出现矿区坍塌。层析成像法是利用射线对观测岩层进行扫描，根据扫描数据进行分析反演，得出观测岩层的具体形状，进而得到矿区采空区的状态数据。使用层析成像法进行地质勘探时，勘探人员需要进行防辐射保护，需要穿戴防护服。在勘探之前，一定要疏散无关人员，避免其受到射线照射。

2.2 地下矿山采空区稳定性分析

利用物探与钻探方法得到采空区的具体数据后，还应该对采空区的稳定性进行分析，然后根据稳定程度选择合适的治理手段与开采方法。下面就地下矿山采空区的稳定性检测进行探究分析。目前主流的采空区稳定性分析方法有理论分析法、相似模拟分析法、数值模拟分析法以及工程稳定性类比分析法。其中理论分析法主要通过计算顶板承载力、对矿区地质岩层密度以及采空区周围地表的破坏程度进行理论分析，进而推算出采空区的稳定性，理论分析法只能通过地质知识与计算公式得出的结果，如果数据测量过程中出现错误会影响整个分析结果，因此理论分析方法具有较高的错误率。而相似模拟分析法，是在实验室进行相似模拟试验，通过模拟矿区开采沉陷过程与开采稳定后的地面状态来对矿区采空区的稳定性进行分析。这种方法操作较为复杂，但是分析结果的可靠程度较高。

而数值模拟分析法的工作原理是利用数值模拟对模型力学参数进行调整，从而得到更为精准的矿区模型。该类稳定性分析方法操作比相似模拟分析法的操作更加复杂，但是模拟结果的准确度更高，不仅能够对矿山采空区进行类型区分，还能得到空区顶板受力状态，稳定性分析过程更为直观。工程稳定性类比分析法的工作原理是通过模拟矿区开采工程，来预判采空区的稳定性承载能力。这种方法不仅能够得出采空区的稳定性数据，还能对开采操作进行规范。有利于界定矿山的承载力，为后期开采施工指明了大致方向，很大程度上降低了因过度开采或者开采施工强度较高而导致的塌方事故。在对矿山采空区的稳定性进行分析后，应该制定合理的治理方案和开采施工方案，力求将采空区的危害降到最低。

3 采空区综合治理研究

3.1 崩落法处理采空区

在矿山岩层结构允许崩落的情况下，可以采用崩落法治理采空区。崩落法是通过外力将采空区周围的岩层剥落下来，并以此来填充采空区，当采空区被填满后，还要对崩落的岩层进行处理。可以使用沙土或者碎石对崩落的岩层与地表进行填充。崩落法的优势是操作简单，能够很快见到采空区治理成效，而且治理成本也较低。在矿山岩层结构易于崩落和采空区体积适中的情况下，可以采用崩落法治理采空区。岩石崩落分为自然崩落和人为崩落，人为崩落岩层时一般使用炸药进行爆破，实际操作过程中，一定要向有关部门申请爆破备案。岩层爆破过程中，在场人员需要做好防护工作，避免出现意外伤亡事故。

3.2 填充法处理采空区

一些露天采集区地面表层有建筑物和许多施工设备，这样的地表周围条件是不支持崩落法的。这种情况下，可以采用填充法处理采空区的空陷。可以使用沙土、碎石、采集的岩层作为填充物，在填充过程中，不能直接将填充物抛至采空区。这样可能会破坏矿山内部的岩层结构，严重情况下会导致塌陷事故。可以利用钻孔进行填充，也可以安装一些管道，将填充物通过管道运送到采空区。该类治理方法对于操作人员的耐心度要求较高，而且耗费的时间较长，经济效益性较低。

3.3 封闭法处理采空区

封闭法主要适用于采空区稳定性较高的矿山，这类采空区一般体积较小，深度较浅，出现崩塌的较小。而由于其规模较小，即便出现崩塌也不会影响矿山的生产进度与采集人员的生命安全，只需进行封闭处理即可。比如，可以在采空区附近设置警示带或者采用障碍物设立围栏，避免无关人员靠近。封闭法适用范围并不广泛，仅适用于十分稳定的采空区。这种治理方法操作简单、经济性较高，基本上没有治理成本。但是需要定期对该矿区的采空区进行检测，一旦采空区的稳定性降低，还要对采空区进行二次处理。

4 总结

采空区是由于人工过度开采和地质运动形成的，采空区会对施工人员的生命安全造成威胁，还会影响矿山的生产进度。因此，对矿山的采空区进行及时治理是十分必要的。常用的治理方法主要有崩落法、填充法和封闭法这三类，实际应用中应该根据采空区的特点选择合适的治理方法。