【好文推荐】金属非金属地下矿山采空区治理技术现状及发展趋势

导语：我国金属非金属地下矿山采空区分布范围广，总量大，隐蔽性强，规整性差，空间分布规律性差，空间形态变化大，顶板冒落塌陷情况难以预测，属于矿山重大安全隐患，由此诱发了多起安全事故。通过系统介绍我国金属非金属地下矿山采空区探测、建模、稳定性分析、治理方法的技术现状，结合工程实践经验，提出了“测、绘、诊、治”采空区治理技术体系，并付诸实践，效果显著，消除了采空区安全隐患。同时，指出不明采空区精确探测、超大型采空区稳定性控制技术研究、监测仪器研发、老采空区治理工艺研究、治理技术规范和标准制定等采空区治理技术的发展方向以及采空区治理在未来朝向功能化利用的发展趋势，对金属非金属地下矿山采空区治理技术的发展与探索具有重要的现实指导意义。

 

近年来，金属非金属地下矿山采空区塌陷引发的安全事故接连发生，造成了重大人员伤亡和财产损失。据国务院安委会办公室下发的《金属非金属地下矿山采空区事故隐患治理工作方案》统计，我国金属非金属地下矿山采空区总量大，分布范围广。据初步统计，至２０１５年底，全国金属非金属地下矿山共有采空区１２．８亿ｍ３，分布于全国２８个省（市、区）。目前，采空区事故隐患治理存在突出问题：

一是采空区为诱发重特大事故的重要因素，易引发透水、坍塌、冒顶片帮等多种形式的灾害，往往造成大量的人员伤亡和财产损失；

二是采空区事故隐患治理不及时，部分矿山企业忽视采空区治理，特别是历史遗留采空区得不到及时处理；

三是中小型矿山采空区管理不到位，专业技术力量薄弱，不按设计施工或无设计施工，矿柱留设不规范，造成采空区重叠、交错现象比较普遍，严重威胁矿山安全生产；

四是采空区安全问题已经成为影响一些地方经济发展和社会和谐的重要因素。

 

１　金属非金属地下矿山采空区特点

金属非金属地下矿山采空区具有隐蔽性强、规整性差、空间分布规律性差、空间形态变化大、顶板冒落塌陷情况难以预测等特点。不同矿种、不同开采方法形成的采空区形态和特点各异。

采空区发生冒落或塌陷灾害，具有以下几个特点：① 巨大的破坏性；② 突发性和难预测性；③ 诱发其他灾害性。

２　采空区治理技术体系

采空区的安全有效治理需要相应的技术体系来支撑。通过多年多处采空区治理工程的设计及施工总结，形成了“测、绘、诊、治”技术体系。“测”即对采空区进行全面调查和测量，主要包括物探、钻探和激光扫描测量等；“绘”即对采空区探测、测量的结果进行精确绘制，实现采空区的三维可视化；“诊”即根据采空区的测量结果及其所处的外部环境等因素对其稳定性进行分析诊断；“治”即综合分析并确定采空区治理方案或选择综合利用方案。

物探方法探测绘制的采空区示意

３Ｄ扫描绘制的采空区示意

采空区稳定性数值模拟

３　采空区治理技术体系的应用

（1） 封闭法＋崩落法。

（2） 支撑法＋充填法。

（3）封闭法＋监测法。

（4）封闭法＋充填法。

采空区实测模型平面

人工矿柱支撑采空区示意

采空区封闭方式示意

４　采空区治理的发展趋势

４．１　采空区的治理技术研究方向

（１）目前采空区物探需要２种及以上的方法进行验证探测，物探探测精度有待提高。未来应加强采空区的物理特性探测等方面的研究，加强物探新方法和新技术的研究，提高探测不明采空区空间位置和形态的准确度。

（２）金属非金属大型地下矿山采场已发展到超大型阶段，一次形成单个采空区的体积达到１０万ｍ３ 以上。未来应深入研究和掌握超大型采空区的失稳触发机制、围岩破坏规律以及稳定性控制技术。

（３）随着新技术、新材料的出现，加强对矿岩体物理力学特性研究，充分发挥其优越特性，开发新型地压传感器，提高地压监测灵敏度、精度和可靠性，同时充分利用通信技术的进步，实现地压监测数据传输的可靠性和连续性。同时在应逐步建立和完善地压监测安全预警理论体系和安全预警阀值标准。

矿区采空区稳定性监测系统

（４）目前历史遗留的老采空区常用治理方法是地表注浆和充填，盲目性较大，治理效果难以控制，尤其是采空区充水或多中段开采形成的采空区，充填治理难度最大，控制不当容易造成充填治理工程的巨大浪费。因此，对历史遗留老采空区，尤其是充水采空区和多中段采空区的充填和注浆治理理论，需要进一步研究和探索。

充填料浆制备与输送示意

（５）目前我国金属非金属地下矿山采空区稳定性分级、治理方法、治理效果监测等技术内容尚无通用的标准和规范。未来相关部门和机构应尽早谋划，加强合作，为制定采空区治理和检测的相关技术标准和规范做技术积累和储备。

４．２　采空区的功能化利用

（１）采空区可以作为矿山自身的资源，实现多功能化利用，如矿山产品的深加工、上下游扩展等。在矿山设计期间将矿山选厂或洗矿车间设计建设在地下，规划形成稳定的采空区地下空间，既减少了地表的环境污染和噪声污染，又可大量节约矿山的提升、运输成本。

（２）废弃采空区可以作为矿山废弃物存储空间，如改造为大型硐室、水仓、废石仓、尾矿库等。尾矿排放一般都堆排在尾矿库，尾矿库的建设会带来资源、环境、安全和土地等诸多问题，通过对矿山废弃的采空区进行论证和改造，成为矿山废弃物的存储空间，既可以消除隐患，又可以实现矿山可持续发展和绿色发展。

（３）废弃采空区可以作为地下功能空间，如仓储、冷库、地下实验室、人防设施等。不同矿山采用的开拓方式不同，采空区的赋存条件也不同。因此，不同采空区利用要具体分析。对于采用斜坡道和平硐开采形成的采空区，车辆人员进出方便，可以考虑改造成为地下仓储空间和冷库（温度恒定），也可以改造作为处理放射性废料的地下实验室（需要研究采空区稳定性以及采空区与地表生物圈隔离的措施等）；靠近城市的小型采空区通过技术改造符合防空洞建设标准的，可以作为人防设施；利用竖井开拓形成的采空区，可以建设石油储备库，采空区不仅储备库容大，建设周期短，投资小，还具有安全、环保等优点，通过技术手段对采空区进行稳定性加固和密封性处理以达到石油储备条件，即可实现废弃采空区油气储备功能化。

５　结　语

通过分析我国金属非金属地下矿山采空区探测、稳定性分析和治理技术现状，提出“测、绘、诊、治”技术体系，并在多家矿山采空区治理中应用，有效消除采空区安全隐患，对于类似矿山的采空区治理具有借鉴意义。

尽管在金属非金属矿山采空区治理的研究方面取得了一定的成果，但由于采空区灾害问题的复杂性，仍需在采空区的物理特性、不明采空区精确物探技术、超大型采空区空间结构与稳定性控制技术、采空区区域应力和围岩变形空间演化规律与致灾机制、采空区稳定性监测新型传感器和综合预警体系、采空区治理和检测的标准规范等方面进一步探索和研究。

矿山采空区综合利用揭示了我国金属非金属矿山采空区处理的发展趋势。化安全隐患为功能空间，低价值矿床开发在设计初期可以预设采空区功能，现存废弃采空区治理可以通过稳定性论证、技术改造等一系列手段实现其功能化利用。采空区在未来既可以成为存储废弃物的地下空间，也可以成为重要的国防、工业和民用地下设施工程。变废为宝是对矿产资源合理综合利用的最好方式，相信随着技术、材料、设备的不断发展和进步，地下矿山采空区会被赋予更多的积极作用和有益功能。

（完整文章参见《现代矿业》2018年第六期1-8页）

引用格式  刘海林，汪为平，何承尧，孙国权，肖益盖.金属非金属地下矿山采空区治理技术现状及发展趋势[J].现代矿业，2018（6）：1-8.

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