露天矿采空区处理中的安全防治措施

许多金属或非金属矿山存在复杂的地质条件，部分露天矿山采空区对安全生产构成了隐患。采空区会引发多种灾害问题，如透水、冒顶、坍塌、片帮等，会造成人员伤亡与财产损失，采空区的安全问题影响着矿山的稳定发展特别是地下转露天矿山，由于存在数据众多的不规则空区，台阶的正常推进受到影响，采剥计划也会发生改变，构成了多种安全隐患。矿山要安全管理中针对采空区的安全治疗在实践不断摸索总结经验，建健全各种安全防治措施，对空区实施全方位测控，以实现空区的有效治理。

2 采空区特点

“有矿即有空区”，伴随着矿山大规模的开采，采空区群存在于露天境界内，由于长期受到地压、岩石发生风化及、开采中爆破震动的作用，开采中预留的矿柱会受到破坏作用，导致空区面积增大，顶板难以保持稳定性，矿山开采中伴随着安全隐患。特别是由于矿山开采规模的不断扩大，台阶下降会加快，露天台阶存在许多不规则、发生重叠的采空区，矿山的安全生产会受到很大的影响，矿山开采受到了安全威胁。采空区没有被充填，表现出不规则的形态 ;采空区会存在于富矿区内，矿柱受到了破坏，采空区由于跨度较大，顶板暴露的面积也会增大 ;空区由于分布复合交错，间隔层的厚度较薄，易发生采透贯通现象，会存在大量的盲空区。

3 采空区存在的安全隐患

开采中穿孔作业存在难度，易发生穿孔卡钻或钻头进入到空区 ;采空区上部的顶板岩石会发生冒落，导致大面积地压 ;采空区易发生沉陷导致台阶作业人员的安全受到影响。地下采空区具有一定的复杂性，由于开采中先要处理空区，原有的台阶铲装、穿孔、爆破会受到影响，台阶难以保证均衡推进，引发生产秩序受到影响，正常的采剥作业难以进行。采空区会存在于高品位富矿段，处理空区时进度缓慢，要前期探测并分段进场地处理。高危空区要采用蚕食推进的方式，供矿受到影响。

4 采空区的安全措施

4.1 确定顶板的厚度

顶板的安全厚度对于保护空区开采安全发挥着重要作用。可以采用物探方法以探明出空区置，再利用地质钻孔来验证的，以实现采空区的准确定位。许多矿山存在多层重叠空区，由于结构力学复杂，并且会受到外部因素的影响，如爆破引发的震动、雨水的渗透、设备载荷的作用等，这些因素对于空区稳定性会造成一定的影响。因此多层重叠空区顶板要保证安全厚度。为了保证开采安全，可以结合单层空区顶板的特点增加安全系数，以确保开采安全。施工中可以采用坍陷爆破提前使顶板发生垮落，但是也要控制爆破量，不能造成过大的规模。爆破前要在已探明的采空区穿孔，岩石炮孔多为三角型布置，孔深要参照采空区的特点进行设计，以确保穿孔作业安全，保证炮孔质量。如果遇到巷道，可以用沙土回填夯实，以保证采空区顶板的垮落效果。实施中要分段装药，炸药量要保证采空区顶板完全垮落。装药前要检查炮孔内的温度，若存在明火或高温，要灭火降温后方可装药。起爆要保证警戒距离，还要检测作业区域内的瓦斯浓度，如果瓦斯浓度超标要先加以排放。采空区不能聚集气体，如果与爆炸气体发生叠加，爆破能量会增大，危及人员设备安全。

4.2 对空区进行探测

当前，针对采空区的探测已产生了多种方法，比如电阻率法、雷达法、地震波法、三维激光法等。不同方法的比较中，三维激光法的优势明显，可以对空区实施精确测量。对采空区实施激光扫描是借助了激光定位的原理，激光发射后，如果前面存在阻挡物会被反射回来，借助高速电子电路可以测定其发射与反射的持续时间，以测定出光源至阻挡物的距离。空区采用激光自动扫描系统，通过遥控装置的控制可以测定数据，通过传输设备将数据输入到计算机中进行数据分析，会生成采空区的三维模型，采空区直观地展示出来。部分矿区由于地下采空区的情况复杂，难以精确体现出采空区特性，还存在岩石风化存在破坏作用，形态在时间推移会发生变化，要保证可以精确测量到采空区的情况，要全面掌握对台阶下采推进产生影响的空区形态，可以借助钻机对数据分析表明存在空区的区域进行钻探复核，以确定三维形态及状态，保证空区穿爆方案的合理性，还要可以借助潜孔锤反循环钻机对深部空区进行复核，逐层分析空区形态以及结构特征，以保证治理方案的科学性。针对台阶面可以依据按照网度对存在隐患空区的加以探测，以便确定盲空区。钻探技术的应用可以掌握空区的顶板情况与空区高度，为了全面准确掌握空区的三维形态，可以采用新的技术，比如空区三维探测仪的应用， 探头可以空区内无死角扫描，借助发射回的数据利用专业软件形成三维图形，可以与 3Dmine、CAD 软件对接，提升了分析的准确率。

4.3 充填碎石

如果空区相互重叠，空区间隔层厚度低于安全厚度的极限，可以采用地表钻孔，然后用碎石充填，还可以应用于空区规模大、跨度大、容量大的多层空区。在空区顶板上地表台阶面应用钻孔碎石充填法是可以应用潜孔钻机达空区，用套管对小孔扩孔，将次品矿破碎，运至碎石仓，借助给料机将碎石送达皮带输送机，运至下料仓，碎石由于钻孔充填到采空区。充填后，再台阶推进，采用崩落法对没有完成密实充填的空区实施小规模爆破。完成碎石充填后，空区顶板可以形成支撑作用，控制空区顶板与矿柱不会受到受压而发生变形，防止空区发生塌陷。碎石充填空虽不能保证密实充填，但能减少空区体积，降低连续暴露面积，危险性因此降低，可以保证台阶推进作业的人员安全。

4.4 空区监测

针对空区稳定性可以监测预警技术的作用。监测措施主要有应力监测、变形监测、声发射监测、光弹监测、弹性波测试、微震监测等。声发射技术是借助岩石在发生破裂时会存在伴随声波信号的原理，分析信号强度以明确岩石受到的破坏程度与地点，空区探明后，结合空区的危险性设置声发射监测装置，可以用于露天矿山，此技术应用简便、适应性好，可以实现整体监控，可以分析出计划作业区的空区分布情况。微震监测技术的应用是借助岩石破裂中释放出的弹性应变能的，对微震多点监测定位，以确定岩石发生破裂的位置，结合微震强度，对地压活动预警，对空区加以管控，对微震进行数字化采集、处理，对多参数加以分析，实现了远传输送与可视化监控与分析，降低监测人员的危险性。此外，还可以借助自动化技术 操纵采矿设备。遥控采矿可以实现自动凿岩、装药与爆破、另外铲装与运输等也可以实现了遥控操作。遥控设备成为露天矿中危险环境开采的有效方式，也是今后的发展方向。

5 结语

露天矿区采空区存在安全隐患，因此矿山的安全管理要针对采空区采取相应的安全措施，要对空区实施全方位测控，以实现空区的有效治理。在安全防治中，要分析采空区的安全隐患，结合已掌握资料，保证措施的针对性，安全防治要重在预防。