地下固體礦床開采后的空間,及其圍巖失穩而產生位移、開裂、破碎垮落,直到上覆巖層整體下沉、 彎曲所引起的地表變形和破壞的地區或范圍即為采空區。
采空區按礦產被開采的時間,可劃分為老采區、現采區和未來采區。金屬礦山的采空區,不僅存在礦柱變形、頂板冐落等井下生產安全隱患,而且會引發地表裂縫、塌陷、沉降和突水等問題,威脅著周邊居民的生命和財產安全。
特性與危害
隨著社會經濟的高速發展,人類對礦產資源的需求與日俱增,地下礦產資源開采規模不斷擴大。在地下金屬礦山開采過程中,受開采技術和采礦工藝的限制,以及部分企業無序開采的影響,產生了大量的采空區。這些采空區往往具有隱伏性強、空間分布特征規律性差、空間形態變異性大及頂板冒落塌陷情況難以預測等特點。采空區一旦失穩將會引發地表塌陷、沉降和突水等事故,甚至發生泥石流和崩塌等地質災害,嚴重威脅礦山安全生產和當地生態環境,阻礙經濟社會的可持續發展。
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相關研究
探測方法
在國外,采空區的探測技術起步較早,經驗豐富,技術全面,發展的探測方法較多。在美國,電法、電磁法、地震鉆探和微重力法等技術發展全面,具有較高水平,其中以地震CT勘探技術最為突出,高密度電阻率及高分辨率地震反射法技術較成熟;日本是公認的在工程物探技術方面的領跑者,其中地震波法應用最為廣泛,電法、電磁法及地球物理學測井等方法的應用也較多。在俄羅斯,直流電法、瞬變電磁法、井間電磁波透視及射氣測量技術等應用較多。英、法等國家主要采用地質雷達方法,同時微重力法和淺層地震法也有使用。近年來,隨著國內金屬礦山行業經濟快速發展,中國學者也對采空區探測技術及方法進行了大量的研究,并在地球物理探測技術的綜合運用、采空區的三維可視化探測領域處于領先水平。趙忠海針對性地選擇淺層地震、高密度電阻率、大地電磁測深和探地雷達等物探方法進行探測。羅周全等以空區激光探測系統,利用三維激光對采空區進行掃描探測并搜集相關信息,實現對采空區的三維可視化。隨著我國物探技術測量精度和信息處理速度的提高,工程物探成為探明地下采空區的一種重要手段。
趙國彥根據采空區的形成特點與探測原理,系統總結了可供選擇的探測方法,其分類如圖所示。
穩定性分析
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穩定性控制及處理方法
隨著礦山開采深度的增加,有關礦山壓力等技術問題變得更加復雜,采空區安全問題日益凸顯。如何對存在安全隱患的采空區進行控制和處理,是金屬礦山開采過程中亟需解決的問題。根據目前國內外金屬礦床開采技術,為控制采空區圍巖,有效的方法主要有以下幾種:
穩定性監測
隨著礦山開采深度的增加,沖擊地壓災害威脅日趨嚴重,采空區防治工作難度加大。采空區的穩定性監測分析是礦山開采過程中的一項基礎性工作,通過現場監測分析采空區應力、應變、位移隨時間的變化,對采空區穩定性情況做出直接反饋,對采空區等礦山災害預警防治工作具有很好的效果。一般采空區穩定性監測系統如圖所示。
相關規定
為堅決防范和有效遏制因采空區引發的重特大事故發生,國家相關部門相繼出臺了相關規定和管理辦法。如:2016年6月23日,國務院安委會辦公室印發了《金屬非金屬地下礦山采空區事故隱患治理工作方案》(安委辦〔2016〕5號);2020年4月,國務院安委會印發了《全國安全生產專項整治三年行動計劃》,在非煤礦山安全整治領域的專項整治實施方案中,明確指出要嚴密管控頂板管理等重點環節的重大安全風險;2021年8月17日應急管理部第27次部務會議審議通過的《應急管理部關于修改〈煤礦安全規程〉的決定》中將第二百七十四條修改為:“礦井必須制定防止采空區自然發火的封閉及管理專項措施。采煤工作面回采結束后,必須在45天內進行永久性封閉,每周至少1次抽取封閉采空區內氣樣進行分析,并建立臺賬;2022年4月22日,國家礦山安全監察局《關于開展非煤地下礦山隱蔽致災因素普查治理工作的通知》(礦安〔2022〕76號)中明確提出開展采空區及周邊老窯致災因素普查治理工作。
參考資料 >
金屬礦山地下采空區問題研究現狀與展望.黃金科學技術.2023-12-15
采空區專欄主編寄語.黃金科學技術.2023-12-15
采空塌陷勘查規范.中國地質調查局.2023-12-15
金屬礦隱覆采空區探測及其穩定性預測理論研究.中國知網.2023-12-15
標題: 中華人民共和國應急管理部令(第8號)應急管理部關于修改《煤礦安全規程》的決定.應急管理部.2023-12-15