[摘要]隨著我國礦石產(chǎn)量的不斷增加，非煤礦山地下采空區(qū)面積也不斷擴大，采空區(qū)災(zāi)害問題日益凸現(xiàn)。本文論述了非煤礦山常用的幾種采空區(qū)治理技術(shù)以及類框架結(jié)構(gòu)支撐采空區(qū)的技術(shù)特點。
[關(guān)鍵詞]非煤礦山；采空區(qū)；治理
引言
礦山開采必然形成采空區(qū)，而采空區(qū)的形成，使周邊一定范圍的巖體應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致巖石變形、破壞和移動，成為生產(chǎn)的安全隱患。為了減少巖石和地表移動幅度，減慢其移動的發(fā)生和發(fā)展，防止大面積的地壓活動，必須對采空區(qū)進行處理。對于礦山的采空區(qū)，處理方法通常有封閉、崩落、加固和充填幾種。但由于各個礦山的具體條件不同，各個采空區(qū)位置、形態(tài)特征各異，對每個采空區(qū)的治理方法，常常不盡相同。如何針對采空區(qū)的特點和條件，綜合考慮影響其處理方法決策的各種因素，并應(yīng)用先進的手段和治理技術(shù)，是多采空區(qū)非煤礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
1.采空區(qū)的治理形式
一般治理方法根據(jù)不同采空區(qū)的特征，其處理方法有以下幾種：
1.1強制崩落圍巖，使地表陷落消除空區(qū)，或者強制崩落部分圍巖使之形成廢石墊層，將作業(yè)區(qū)段隔開。
1.2圍巖自然崩落充填空區(qū)。
1.3用礦石墊層將作業(yè)區(qū)段與采空區(qū)隔開。
1.4用各種材料，包括掘進廢石、選礦尾砂或尾砂加其它膠結(jié)材料充填空區(qū)。
1.5留永久礦柱支撐空區(qū)。
1.6礦柱支撐和充填聯(lián)合處理采空區(qū)。
1.7疏通空區(qū)與密閉空區(qū)。
1.8以上2種或幾種不同方法聯(lián)合處理空區(qū)。
在以上多種采空區(qū)治理技術(shù)中，又可以歸納為：充、崩、撐、封等4種具體使用方法。各種形式都有一定的適用條件和局限性。
2.采空區(qū)的一般治理技術(shù)
2.1充填法治理采空區(qū)
充填治理采空區(qū)可以減小巖石和地表移動的幅度，并減慢上述移動的發(fā)生和發(fā)展過程，防止大面積地壓活動，并有助于解決尾礦和采掘廢石的堆放問題。和其他處理方法比較，充填法處理空區(qū)一般建設(shè)投資較大，費用較高，工藝較復(fù)雜。主要在下列情況下應(yīng)用：一是地表需要保護；二是為控制巖石移動對井下設(shè)施或作業(yè)區(qū)的有害影響，采用其他方法處理達不到目的或不合理；三是盡管充填設(shè)施投資較大，但因充填量大，所以在經(jīng)濟上也合理。處理空區(qū)主要采用廢石干式充填和尾砂、碎石水力充填。
廢石干式充填空區(qū)的優(yōu)點是：充填系統(tǒng)及輸送簡單，材料來源較易，充填成本低。缺點是：充填體沉降率較大，難于接頂，廢石人工充填效率低，有時需從地表采石，增加充填成本。
尾砂、碎石水力充填空區(qū)優(yōu)點：充填較致密，接頂程度好，可更好地控制頂板巖層移動和崩落，保護地表安全，提高礦石回收率；用尾砂充填，更可改善地表環(huán)境，減少尾礦壩庫容；充填料用管道輸送的效率高，能力大，充填機動靈活。缺點是，建立尾砂分級、碎石破碎、充填輸送系統(tǒng)等設(shè)施的一次投資大；充填工藝技術(shù)管理要求嚴(yán)格。
采空區(qū)充填和回采工作應(yīng)協(xié)調(diào)進行。應(yīng)根據(jù)開采順序、礦塊開采強度，充填準(zhǔn)備時間和充填速度、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造弱面狀況、允許暴露面積和時間等因素確定合理的充采周期，以提高充填效果和頂板管理效果。如果空區(qū)充填過分滯后于回采，導(dǎo)致空區(qū)頂板冒落、礦柱變形、破壞，給空區(qū)充填工作帶來困難，作業(yè)區(qū)的地壓也將激增。對已經(jīng)形成的大量空區(qū)，往往充填難于同時全面展開，應(yīng)根據(jù)采掘現(xiàn)狀，空區(qū)分布狀況，地質(zhì)構(gòu)造弱面分布，按首先充關(guān)鍵部位的原則確定充填部位和順序。
2.2崩落圍巖治理采空區(qū)
崩落空區(qū)上部和周圍的巖石來充填空區(qū)。以解除空區(qū)周圍的應(yīng)力集中，并形成緩沖層，以防止在伯婆上部巖層時引起的空氣沖擊波對巷道、設(shè)備和人身的危害，并根據(jù)具體情況，在有關(guān)地點設(shè)置隔離墻與采空區(qū)隔絕。它適用于：（1）地表允許崩落時。如果地表需要保護，則礦體埋藏很深。（2）回采礦柱和處理空區(qū)同時進行時。但礦石損貧指標(biāo)高，適用于價值或品位不高的礦體開采。（3）各種穩(wěn)定性圍巖。但用強制崩落時，其穩(wěn)定性應(yīng)能保證放頂工程穩(wěn)定和作業(yè)安全。
崩落圍巖的方法有強制崩落和自然崩落兩種或兩種相結(jié)合。前者需要投人工程和增加處理成本，而后者要有合適的圍巖自然崩落條件，且效果不易控制。此法和充填法比較，簡單易行，成本較低。
2.3以永久性礦柱或人工礦柱支護采空區(qū)
借永久礦柱支撐空區(qū)頂板，是一種簡單而有效的處理方法。礦柱包括規(guī)則的與不規(guī)則的礦柱；頂?shù)字烷g柱；為控制巖層移動專門保留的安全礦柱或隔離礦柱。在滿足采空區(qū)要求的條件下，永久礦柱應(yīng)盡量保留在貧礦帶或非工業(yè)礦帶。此法適用于：水平及緩傾斜中厚以下礦體；礦巖穩(wěn)固與結(jié)構(gòu)面少；礦石品位不高，價值不大或?qū)ｉT留下貧礦石礦柱；采空區(qū)規(guī)模不大或地表有重要建筑物等情況。
此法技術(shù)簡單，空區(qū)處理費用低。采用此法時常犧牲部分表外或表內(nèi)礦石，一要開展巖體移動觀測；二要封閉部分采空區(qū)，避免與生產(chǎn)區(qū)段相通，防止氣浪沖擊破壞。
2.4封閉和隔離空區(qū)
封閉和隔離空區(qū)就是把空區(qū)通向生產(chǎn)區(qū)域的通道密閉或隔離，以防止空區(qū)周圍巖石突然冒落時發(fā)生的空氣沖擊波對生產(chǎn)區(qū)域的危害。此法主要用于邊遠(yuǎn)的孤立空區(qū)，既可獨立使用，也可以與其它方法聯(lián)合使用。隔離措施是：封閉空區(qū)至所有生產(chǎn)區(qū)的通道：在適當(dāng)?shù)胤绞箍諈^(qū)與地表相通；在適當(dāng)位置留下礦柱隔離空區(qū)；留足夠厚的礦石墊層與其下部生產(chǎn)區(qū)段隔離等。密閉空區(qū)的方法有巖石阻波墻、混凝土阻波墻、齒狀阻波墻和緩沖型阻波墻等。隔離墻厚度根據(jù)采空區(qū)大小具體確定。
3.新型采空區(qū)治理技術(shù)
3.1類框架結(jié)構(gòu)支撐采空區(qū)
類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)治理技術(shù)主要是利用表外礦石柱，或部分低于經(jīng)濟開采條件的表內(nèi)礦石柱并結(jié)合富礦體開采使用人工礦柱，在水平與垂直方向不規(guī)則地分隔采空區(qū)，使連續(xù)空區(qū)變?yōu)楠毩⒖諈^(qū)，變大空區(qū)為小空區(qū)，讓其自然片落圍巖充填空區(qū)而與生產(chǎn)礦段隔離。這種空區(qū)處理方法的適用條件為：礦石量不大、礦體連續(xù)性差、礦床開采深度不大及原巖殘余地應(yīng)力不大的礦區(qū)。封、充、崩的采空區(qū)處理方法都要付出一定的經(jīng)濟代價，增加作業(yè)時間，消耗人力物力，而類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)是成本相對較低而且有效的方法。其主要技術(shù)特點是：（1）該技術(shù)屬礦柱支撐空區(qū)范疇，而與礦山生產(chǎn)同步進行，不像嗣后充填或崩落那樣，需另投入工程與耗費時間；（2）它所形成的人工礦柱既是回采富礦的正常生產(chǎn)投入，費用已由采出高品位礦石補償，又是類框架結(jié)構(gòu)的組成部分；（3）它既貫徹礦床開采四項原則，又需損失部分表外礦石或低于當(dāng)前開采經(jīng)濟條件的表內(nèi)礦石；（4）中段探清礦體規(guī)劃設(shè)計先行，施工設(shè)計后行，人工礦柱先構(gòu)筑，礦房回采后進行，干式充填采礦法先回采，淺孔留礦采礦法后實施。
在應(yīng)用類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理新技術(shù)時，需注意下述問題：（1）要搞好探清礦體規(guī)劃設(shè)計。由權(quán)威技術(shù)人員提出中段礦體總體規(guī)劃設(shè)計意見，然后組織地、測、采技術(shù)人員與其它管理人員共同討論，通過探討研究而形成共識，群策群力，將采空區(qū)處理技術(shù)落實于礦體開采之前。（2）礦區(qū)存窿礦石量不宜太多。一般為月出礦量的1.5倍～2.0倍，即是說最好在主要礦體采用三強作業(yè)技術(shù)，縮短礦房出礦時間。（3）采場回采過程中如遇破碎或不穩(wěn)巖層，應(yīng)加強采場支護工作，采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索等支護手段，減少采礦及出礦的礦石貧化。（4）每個中段的礦體回采，在市場經(jīng)濟條件下，先富后貧先大后小，但應(yīng)把所有探清礦體一并回收，絕不能創(chuàng)造礦體二次回采條件。
3.2隔絕封閉和充填聯(lián)合法
隔絕封閉和嗣后廢石充填形成巖石墊層治理采空區(qū)的方法，是一種簡便而經(jīng)濟的采空區(qū)處理方法，它通過封閉隔離層的隔離與支護作用，既能緩解生產(chǎn)中段的應(yīng)力集中，提高圍巖的穩(wěn)固性，又能把上部采空區(qū)及覆蓋松散巖石與生產(chǎn)中段隔離開來，避免在覆蓋巖石下放礦，從而大大降低了采礦綜合貧化率和損失率。同時，結(jié)合人工混凝土底板淺孔留礦采礦法形成人工混凝土隔離底柱，可大幅度減少礦柱礦量，提高礦石回收率，有利于礦塊礦量的及早回采，并緩解了礦山三級礦量的緊張狀態(tài)。此方法不僅在技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟上合理。
4.結(jié)語
我國的非煤礦山采空區(qū)災(zāi)害已經(jīng)進入高發(fā)期，安全生產(chǎn)形勢非常嚴(yán)峻，要將采空區(qū)災(zāi)害列為影響非煤礦山安全生產(chǎn)的重大隱患進行治理。隨著現(xiàn)代安全技術(shù)水平的不斷提高，通過合理的運用非煤礦山采空區(qū)治理技術(shù)及最佳方案，使我國非煤礦山采空災(zāi)害的嚴(yán)峻局勢在今后幾年內(nèi)取得明顯好轉(zhuǎn)。
參考文獻
[1]王啟明.非煤礦山安全生產(chǎn)形勢、問題及對策[J]金屬礦山，2005，（5）.
[2]石志純，趙國彥，李發(fā)本.地下復(fù)雜采空區(qū)的探測[J]采礦技術(shù)，2005，（4）.
[關(guān)鍵詞]非煤礦山；采空區(qū)；治理
引言
礦山開采必然形成采空區(qū)，而采空區(qū)的形成，使周邊一定范圍的巖體應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致巖石變形、破壞和移動，成為生產(chǎn)的安全隱患。為了減少巖石和地表移動幅度，減慢其移動的發(fā)生和發(fā)展，防止大面積的地壓活動，必須對采空區(qū)進行處理。對于礦山的采空區(qū)，處理方法通常有封閉、崩落、加固和充填幾種。但由于各個礦山的具體條件不同，各個采空區(qū)位置、形態(tài)特征各異，對每個采空區(qū)的治理方法，常常不盡相同。如何針對采空區(qū)的特點和條件，綜合考慮影響其處理方法決策的各種因素，并應(yīng)用先進的手段和治理技術(shù)，是多采空區(qū)非煤礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
1.采空區(qū)的治理形式
一般治理方法根據(jù)不同采空區(qū)的特征，其處理方法有以下幾種：
1.1強制崩落圍巖，使地表陷落消除空區(qū)，或者強制崩落部分圍巖使之形成廢石墊層，將作業(yè)區(qū)段隔開。
1.2圍巖自然崩落充填空區(qū)。
1.3用礦石墊層將作業(yè)區(qū)段與采空區(qū)隔開。
1.4用各種材料，包括掘進廢石、選礦尾砂或尾砂加其它膠結(jié)材料充填空區(qū)。
1.5留永久礦柱支撐空區(qū)。
1.6礦柱支撐和充填聯(lián)合處理采空區(qū)。
1.7疏通空區(qū)與密閉空區(qū)。
1.8以上2種或幾種不同方法聯(lián)合處理空區(qū)。
在以上多種采空區(qū)治理技術(shù)中，又可以歸納為：充、崩、撐、封等4種具體使用方法。各種形式都有一定的適用條件和局限性。
2.采空區(qū)的一般治理技術(shù)
2.1充填法治理采空區(qū)
充填治理采空區(qū)可以減小巖石和地表移動的幅度，并減慢上述移動的發(fā)生和發(fā)展過程，防止大面積地壓活動，并有助于解決尾礦和采掘廢石的堆放問題。和其他處理方法比較，充填法處理空區(qū)一般建設(shè)投資較大，費用較高，工藝較復(fù)雜。主要在下列情況下應(yīng)用：一是地表需要保護；二是為控制巖石移動對井下設(shè)施或作業(yè)區(qū)的有害影響，采用其他方法處理達不到目的或不合理；三是盡管充填設(shè)施投資較大，但因充填量大，所以在經(jīng)濟上也合理。處理空區(qū)主要采用廢石干式充填和尾砂、碎石水力充填。
廢石干式充填空區(qū)的優(yōu)點是：充填系統(tǒng)及輸送簡單，材料來源較易，充填成本低。缺點是：充填體沉降率較大，難于接頂，廢石人工充填效率低，有時需從地表采石，增加充填成本。
尾砂、碎石水力充填空區(qū)優(yōu)點：充填較致密，接頂程度好，可更好地控制頂板巖層移動和崩落，保護地表安全，提高礦石回收率；用尾砂充填，更可改善地表環(huán)境，減少尾礦壩庫容；充填料用管道輸送的效率高，能力大，充填機動靈活。缺點是，建立尾砂分級、碎石破碎、充填輸送系統(tǒng)等設(shè)施的一次投資大；充填工藝技術(shù)管理要求嚴(yán)格。
采空區(qū)充填和回采工作應(yīng)協(xié)調(diào)進行。應(yīng)根據(jù)開采順序、礦塊開采強度，充填準(zhǔn)備時間和充填速度、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造弱面狀況、允許暴露面積和時間等因素確定合理的充采周期，以提高充填效果和頂板管理效果。如果空區(qū)充填過分滯后于回采，導(dǎo)致空區(qū)頂板冒落、礦柱變形、破壞，給空區(qū)充填工作帶來困難，作業(yè)區(qū)的地壓也將激增。對已經(jīng)形成的大量空區(qū)，往往充填難于同時全面展開，應(yīng)根據(jù)采掘現(xiàn)狀，空區(qū)分布狀況，地質(zhì)構(gòu)造弱面分布，按首先充關(guān)鍵部位的原則確定充填部位和順序。
2.2崩落圍巖治理采空區(qū)
崩落空區(qū)上部和周圍的巖石來充填空區(qū)。以解除空區(qū)周圍的應(yīng)力集中，并形成緩沖層，以防止在伯婆上部巖層時引起的空氣沖擊波對巷道、設(shè)備和人身的危害，并根據(jù)具體情況，在有關(guān)地點設(shè)置隔離墻與采空區(qū)隔絕。它適用于：（1）地表允許崩落時。如果地表需要保護，則礦體埋藏很深。（2）回采礦柱和處理空區(qū)同時進行時。但礦石損貧指標(biāo)高，適用于價值或品位不高的礦體開采。（3）各種穩(wěn)定性圍巖。但用強制崩落時，其穩(wěn)定性應(yīng)能保證放頂工程穩(wěn)定和作業(yè)安全。
崩落圍巖的方法有強制崩落和自然崩落兩種或兩種相結(jié)合。前者需要投人工程和增加處理成本，而后者要有合適的圍巖自然崩落條件，且效果不易控制。此法和充填法比較，簡單易行，成本較低。
2.3以永久性礦柱或人工礦柱支護采空區(qū)
借永久礦柱支撐空區(qū)頂板，是一種簡單而有效的處理方法。礦柱包括規(guī)則的與不規(guī)則的礦柱；頂?shù)字烷g柱；為控制巖層移動專門保留的安全礦柱或隔離礦柱。在滿足采空區(qū)要求的條件下，永久礦柱應(yīng)盡量保留在貧礦帶或非工業(yè)礦帶。此法適用于：水平及緩傾斜中厚以下礦體；礦巖穩(wěn)固與結(jié)構(gòu)面少；礦石品位不高，價值不大或?qū)ｉT留下貧礦石礦柱；采空區(qū)規(guī)模不大或地表有重要建筑物等情況。
此法技術(shù)簡單，空區(qū)處理費用低。采用此法時常犧牲部分表外或表內(nèi)礦石，一要開展巖體移動觀測；二要封閉部分采空區(qū)，避免與生產(chǎn)區(qū)段相通，防止氣浪沖擊破壞。
2.4封閉和隔離空區(qū)
封閉和隔離空區(qū)就是把空區(qū)通向生產(chǎn)區(qū)域的通道密閉或隔離，以防止空區(qū)周圍巖石突然冒落時發(fā)生的空氣沖擊波對生產(chǎn)區(qū)域的危害。此法主要用于邊遠(yuǎn)的孤立空區(qū)，既可獨立使用，也可以與其它方法聯(lián)合使用。隔離措施是：封閉空區(qū)至所有生產(chǎn)區(qū)的通道：在適當(dāng)?shù)胤绞箍諈^(qū)與地表相通；在適當(dāng)位置留下礦柱隔離空區(qū)；留足夠厚的礦石墊層與其下部生產(chǎn)區(qū)段隔離等。密閉空區(qū)的方法有巖石阻波墻、混凝土阻波墻、齒狀阻波墻和緩沖型阻波墻等。隔離墻厚度根據(jù)采空區(qū)大小具體確定。
3.新型采空區(qū)治理技術(shù)
3.1類框架結(jié)構(gòu)支撐采空區(qū)
類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)治理技術(shù)主要是利用表外礦石柱，或部分低于經(jīng)濟開采條件的表內(nèi)礦石柱并結(jié)合富礦體開采使用人工礦柱，在水平與垂直方向不規(guī)則地分隔采空區(qū)，使連續(xù)空區(qū)變?yōu)楠毩⒖諈^(qū)，變大空區(qū)為小空區(qū)，讓其自然片落圍巖充填空區(qū)而與生產(chǎn)礦段隔離。這種空區(qū)處理方法的適用條件為：礦石量不大、礦體連續(xù)性差、礦床開采深度不大及原巖殘余地應(yīng)力不大的礦區(qū)。封、充、崩的采空區(qū)處理方法都要付出一定的經(jīng)濟代價，增加作業(yè)時間，消耗人力物力，而類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理技術(shù)是成本相對較低而且有效的方法。其主要技術(shù)特點是：（1）該技術(shù)屬礦柱支撐空區(qū)范疇，而與礦山生產(chǎn)同步進行，不像嗣后充填或崩落那樣，需另投入工程與耗費時間；（2）它所形成的人工礦柱既是回采富礦的正常生產(chǎn)投入，費用已由采出高品位礦石補償，又是類框架結(jié)構(gòu)的組成部分；（3）它既貫徹礦床開采四項原則，又需損失部分表外礦石或低于當(dāng)前開采經(jīng)濟條件的表內(nèi)礦石；（4）中段探清礦體規(guī)劃設(shè)計先行，施工設(shè)計后行，人工礦柱先構(gòu)筑，礦房回采后進行，干式充填采礦法先回采，淺孔留礦采礦法后實施。
在應(yīng)用類框架結(jié)構(gòu)采空區(qū)處理新技術(shù)時，需注意下述問題：（1）要搞好探清礦體規(guī)劃設(shè)計。由權(quán)威技術(shù)人員提出中段礦體總體規(guī)劃設(shè)計意見，然后組織地、測、采技術(shù)人員與其它管理人員共同討論，通過探討研究而形成共識，群策群力，將采空區(qū)處理技術(shù)落實于礦體開采之前。（2）礦區(qū)存窿礦石量不宜太多。一般為月出礦量的1.5倍～2.0倍，即是說最好在主要礦體采用三強作業(yè)技術(shù)，縮短礦房出礦時間。（3）采場回采過程中如遇破碎或不穩(wěn)巖層，應(yīng)加強采場支護工作，采用錨桿、錨網(wǎng)、錨索等支護手段，減少采礦及出礦的礦石貧化。（4）每個中段的礦體回采，在市場經(jīng)濟條件下，先富后貧先大后小，但應(yīng)把所有探清礦體一并回收，絕不能創(chuàng)造礦體二次回采條件。
3.2隔絕封閉和充填聯(lián)合法
隔絕封閉和嗣后廢石充填形成巖石墊層治理采空區(qū)的方法，是一種簡便而經(jīng)濟的采空區(qū)處理方法，它通過封閉隔離層的隔離與支護作用，既能緩解生產(chǎn)中段的應(yīng)力集中，提高圍巖的穩(wěn)固性，又能把上部采空區(qū)及覆蓋松散巖石與生產(chǎn)中段隔離開來，避免在覆蓋巖石下放礦，從而大大降低了采礦綜合貧化率和損失率。同時，結(jié)合人工混凝土底板淺孔留礦采礦法形成人工混凝土隔離底柱，可大幅度減少礦柱礦量，提高礦石回收率，有利于礦塊礦量的及早回采，并緩解了礦山三級礦量的緊張狀態(tài)。此方法不僅在技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟上合理。
4.結(jié)語
我國的非煤礦山采空區(qū)災(zāi)害已經(jīng)進入高發(fā)期，安全生產(chǎn)形勢非常嚴(yán)峻，要將采空區(qū)災(zāi)害列為影響非煤礦山安全生產(chǎn)的重大隱患進行治理。隨著現(xiàn)代安全技術(shù)水平的不斷提高，通過合理的運用非煤礦山采空區(qū)治理技術(shù)及最佳方案，使我國非煤礦山采空災(zāi)害的嚴(yán)峻局勢在今后幾年內(nèi)取得明顯好轉(zhuǎn)。
參考文獻
[1]王啟明.非煤礦山安全生產(chǎn)形勢、問題及對策[J]金屬礦山，2005，（5）.
[2]石志純，趙國彥，李發(fā)本.地下復(fù)雜采空區(qū)的探測[J]采礦技術(shù)，2005，（4）.
