露天煤矿关于采空区勘探与治理技术及其方法

露天煤矿关于采空区勘探与治理技术及其方法

姚雪峰

国家能源集团准能公司哈尔乌素露天煤矿采掘队       010300

摘要：露天煤矿在作业开采过程中时，都会遇到不同的环境变化，特别是在遇到老区或空巷。由于在先前井下开采中极易造成地质环境的变化形成采空区，不利于在露天开采作业时的安全，制约了我国矿山企业的可持续发展。所以，在保证人身安全和作业设备的安全前提下，要特别重视露天煤矿复杂采空区勘探的方法，只有使用合适的方法，才能够提前保护人员不受到伤害和设备不受到损害，进而有效地控制灾害发生。本篇报告将主要探讨露天煤矿复杂采空区勘探与治理技术及其方法。

关键词：煤矿勘探技术；煤矿治理技术及方法；复杂采空区

引言

   采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

   由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判，一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。

1采空区勘探方法

   当井下开采完成形成采空区后，再进行露天开采时对露天采矿工程的危害是显著和累积叠加的。其灾害的主要表现形式有:片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。

1.1采空区地球物理勘探

   该处理方法阶段应以收集资料、工程地质调查、采矿情况调查为主，辅之以大比例尺航卫片解译，必要时可布置少量勘探工作。其工作内容是：收集矿区地质图、综合地质柱状图、剖面图、采掘工程平面图及井上下对照图、地质勘探报告、沉降观测等有关资料；调查勘察范围内的气象、水文、地形地貌、地震、地层岩性、地质构造特征；调查勘察区内采空区(空洞)的分布及开采时间、范围、深度、采厚、开采方法、采取率、顶板岩性和厚度、顶板管理方法及远景开采规划，在有条件的地方宜进行井下调查、测量、测绘出采掘工程平面图，查明采空区的顶板塌陷及积水情况，调查采空区覆岩破坏、地表陷落、建筑物破坏特征及其与采空区开采边界的关系，划分出中间区和边缘区，调查由于地表塌陷而引起的其他不良地质现象类型、分布位置和规模。​

1.2爆破勘探 

主要用来确定基岩埋深、顶界起伏程度、爆堆垄起程度及厚度；断层破碎带的宽度及平面位置，岩体工程地质分类、采空区和自然溶洞的埋深及其形态等。

1.3工程钻探

   目的是对地质测绘、采矿区调查资料及采空区地球物理探测成果进行验证和控制。进行必要的原位测试及压水注浆试验，测试基岩物理力学性质、裂隙发育及风化程度；利用钻孔进行井中物探，如弹性波CT等探测工作。根据工程地质测绘资料、物探异常、形变观测资料确定。如形变沉降中心可能是空洞及采空区的位置，可布钻孔验证。在确定钻孔位置时，必须对地质、物探等各种资料进行综合分析，以提高验证钻孔的命中率，减少钻孔数量。

2 治理技术及其方法

2.1充填法处理采空区

充填法是利用地表中露天剥离的废石、开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料，建立充填系统，然后通过采空区的钻孔、天井或充填管道将充填料自流(或加压)充填至井下采空区。用充填法处理采空区，一方面要求对采空区的位置、大小以及与相邻采空区的所有通道了解清楚，以便对采空区进行封闭，加设隔离墙，进行充填脱水或防止充填料流失；另一方面，采空区中必须能有钻孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接进入采空区，达到密实、充填采空区的目的。

   充填法用于采空区处理，具有效果好，见效快，充填密实等优点，但是充填法存在施工难度大，成本高，作业安全性差等缺点，在采用充填法处理采空区时一方面要从安全生产的角度，另一方面要从经济的角度加以考虑，选用合理的充填材料和研究经济可行的工艺技术。

2.2地表强制崩落法处理采空区

  崩落围岩处理采空区的实质:用崩落围岩充填空区或形成缓冲保护岩石垫层，以防止上部大量岩石突然崩落时，气浪冲击和机械冲击巷道、设备和人生的危害:缓和应力集中，减少岩石的支撑压力。

   崩落围岩又分为自然崩落和强制崩落两种。从理论上讲，任何一种岩石，当它达到极限暴露面积时，应能自然崩落。但是由于岩体并非理想弹性体，往往还未达到极限暴露面积以前，因为地质构造原因，围岩某部位就可能发生破坏，形成自然崩落.当围岩无构造破坏，整体性好，非常稳固时，需要在其中布置工程，进行强制崩落处理采空区。爆破的部位根据矿体的厚度和倾角确定。崩落岩石厚度一般以满足缓冲保护垫层的需要，达5mm以上为宜。崩落的方法一般采用深孔爆破或药室爆破(崩落露天边坡或极坚硬岩石)。该方法是利用采空区上方预先钻凿的中深孔或大孔，采用垂直倒漏斗爆破技术，将采空区上方中的岩石崩落，充填并消除采空区。为了安全通过采空区，确保在采空区作业人员、设备的安全，国家能源集团准能公司哈尔乌素露天煤矿根据以往顺利通过采空区的成功经验，结合作业时实际情况，特制定如下安全管控措施：

1、进入采空区作业前，必须由专职人员对全体职工进行培训，保证全体职工具备采空区作业的一般常识，掌握相关自救器材的使用。

2、各队管理人员深入现场要将采空区作业的设备和人员作为重点检查、重点指导对象。

3、各队班组长详细了解、掌握采空区分布情况，每日班前会，必须向职工详细传达采空区具体位置、面积及采空区处理等情况及安全注意事项，使职工做到心中有数。

4、进入采空区范围内作业人员，对于发现的异常情况包括塌陷、裂缝、空洞、烟火、异味等，应及时向队（当班班组长）、矿（调度部）两级管理人员汇报，不得拖延、等待和观望。

5、操作人员点检设备时，要检查设备上的消防器械和应急物资（自救器、医药箱、自救绳索等）齐全有效，将设备周围环境及地表变化作为重点检查项目，发现异常立即汇报队（班组长）、矿（调度部）两级管理人员。

6、采空区作业时，必须用铲斗对地面进行探压，确认地表坚实安全时方可向前走铲，每次向前走铲时应小距离移动，以移动2-3 块履带板为宜，且时刻观察地表的变化情况，严禁扭铲角度超过15°。

7、采空区内走退铲时必须设专人监护，向前走铲时动臂方向应在正前方，铲杆与动臂保持 90°夹角，铲斗离地面应在一米左右，发现地表有下沉或陷铲现象时立即停止走铲，在采取安全有效措施后方可走铲。

8、作业时，必须时刻注意采场周围环境并提高警觉，发现有气体、烟火冒出，或有裂纹、塌陷等异常情况立即停止作业，将电铲退至安全位置并及时汇报。

9、采空区作业的人员，交接班、点检设备时必须结伴而行，观察好地表变化情况（夜班应带上手电筒），防止人员掉进采空区。

10、严禁在地表出现松软或陷铲时私自处理，应及时向当班班组长和调度部值班人员汇报。

11、在遇到爆破未填实或作业面有塌陷坑时，首先用推土机填实，电铲垂直巷道方向跨过空区。

12、在空区专项爆破后，当班班组长应到现场检查爆量是否二次塌陷，若发现异常情况，立即停止电铲作业汇报调度部，并将人员设备撤至安全区域。

3总结： 综上所述，在露天煤矿过采空区时，一般存在类别多、规模不大、分布较广泛等特点，受当前技术水平、经济效益和管理理念的限制，安全问题还未彻底解决，需要给予足够重视，防止在作业生产过程中发生事故，以及避免人身安全及作业设备受到损害。

参考文献：

[1]国家能源集团准能公司哈尔乌素露天煤矿采掘队过采空区（空洞）安全生产技术措施. 哈尔乌素露天煤矿采掘队2021(3)

[2] 煤矿安全管理体系缺失和不安全行为研究[J]. 闫志宏.  中国石油和化工标准与质量. 2021(22)

[3] 煤矿安全管理中的常见组织错误及其防控措施[J]. 王慧杰. 现代工业经济和信息化. 2017(06)