采空区

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什么是采空区[1]

  采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区,按矿产被开采的时间,可分为老采区、现采区和未来采区。矿体被采出后,自顶板岩层向上形成“三带”———垮落带、导水裂隙带和弯曲带。出现采空后,其上覆盖的岩层将失去支撑,原来的平衡条件被破坏,使得上覆岩层产生移动变形,直到破坏塌落,最后导致地表各类建筑变形破坏,地表大面积下沉、凹陷。

采空区治理过程的原则[2]

  ① 为了明确采空区在空间方面的具体实际,包括发展状况以及变更设计,所有的采空区要准备不低于3份的地质断面图,关于全取芯孔的安置,要以5%~10%的全部注浆孔为依据。

  ②在进行采空区治理的时候,设计方通过动态设计,并结合以前设计勘探的具体实际,在施工过程中同时进行采空区的大小以及深度并边界等内容的改进,参考注浆钻探孔的相关资料对设计不断改进完善,以使采空区有一个良好的治理结果。

  ③治理采空区的步骤:帷幕孔优先,注浆孔随后;边沿孔优先,中间孔随后;深部孔优先,浅部孔随后。

  ④治理完成的采空区路段情况。地基变形程度必须符合公路工程关于地基稳定的标准。也就是说治理完成后的采空区路段对公路的正常施工以及正常运营不产生重大影响例如发生变形等,为公路的顺利运作提供一个保障。

采空区的处理方法[3]

  1.崩落法处理采空区

  用崩落围岩充填空区或形成缓冲保护岩石垫层, 防止上部大量岩石突然崩落时, 冲击巷道、设备和人员;缓和应力集中,减少岩石的支撑压力。

  崩落围岩分为自然和强制崩落两种。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, 由于地质构造等原因, 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,厚度一般以满足缓冲保护垫层的需要,l5~20 m以上为宜。崩落方法一般采用深孔或药室爆破(崩落露天边坡或极坚硬岩石)。在崩落围岩时,为减少冲击气浪的危害,对离地表较近的采空区或己与地表相通的相邻采空区,应提前与地表或与上述采空区崩透,形成“天窗”。强制放顶工作一般与矿柱回采同时进行,且要求矿柱超前爆破。如不进行回采矿柱,则必须崩落所有支撑矿(岩)柱, 以保证强制崩落围岩的效果。

  (1)地表强制崩落法处理采空区

  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,将采空区上方的岩石崩落, 充填并消除采空区。

  该方法具有效果好、经济、处理快速等特点,但在采空区上方进行凿岩、爆破作业时安全性差, 容易卡钻等。VCR法地表强制崩落法适用于采空区距离地表较浅,且采空区范围不大的情况;大深逆向爆破多次成井侧向崩落法适用于处理距离地表深度大、边界不清、范围较大的采空区。

  (2)井下崩落矿柱处理采空区

  该法是在原有的采空区中,在矿柱的适当位置开凿凿岩硐室,利用原有的巷道,在矿柱中钻凿深孔爆破处理采空区,主要有垂直深孔与水平深孔两种方法。

  2.充填法处理采空区

  对于那些在其上部存在露天采场或有建筑物的采空区,地表绝对不允许大面积塌陷。因此,不能采用崩落法处理采空区,而对采空区用锚索或锚杆加固, 只是一种临时措施,要彻底根除采空区带来的安全隐患, 比较可行的方法就是“充填”。该法是利用地表露天剥离的废石、井下开采废石或选矿尾砂作为主要充填骨料, 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。用充填料支撑围岩可减缓或阻止围岩的变形, 以保持其相对稳定。常用的充填法有:干石充填、尾砂充填、胶结充填及絮凝材料充填法等。

  用充填法处理采空区:(1)要求对采空区或采空区群的位置、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、充填脱水或防止充填料流失;2)采空区中必须有钻孔、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。

  该系统选用尾矿库中的分级尾砂, 泵送至尾砂仓,与水泥或粉煤灰搅拌均匀后,通过管道、钻孔或天井将充填料输送至采空区。

  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,但存在施工难度大、成本高及作业安全性差等缺点。

  在采用充填法处理采空区时,要从安全生产和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。

  3.封闭处理采空区

  随着采空区体积不断扩大, 岩体应力的集中,有一个从量变到质变的发展过程。当应力集中尚未达到极限值时,矿石与围岩处于相对稳定状态。如果在此之前结束整个矿体的回采工作,而采空区既使冒落也不会带来灾难, 可将采空区封闭,任其存在或冒落。这是一种最经济又简便的处理方法,但其使用条件比较严格,可用于:1)矿石与围岩极稳固,矿体厚与延深不大,埋藏不深,地表允许崩落;2)埋藏较深的分散孤立的盲采空区,离主要矿体或生产区较远,上部无作业区。

  在封堵采空区时,要在其附近通往生产区的巷道中构筑一定厚度的隔墙,使采空区中围岩崩落所产生的冲击气浪不至造成危害。因此,构造充分的缓冲层厚或通往采空区的通道封堵长度是采用封闭法处理采空区的关键。

  4.采空区处理的辅助手段

  如果矿山有条件,可建立地压监测系统。井下采空区发生大的地压活动前, 一般都有一定征兆,如地音、地震强度的变化等。通过对这些变化的监控,可以对地压活动进行一定程度的预报。目前监测手段较多,但是较为常用的有岩体声发射监测定位仪、水准测量、多点位移计、压力计、断面收敛测量以及光应力计等监测手段,为监测超大采空区地压活动,提供一种有效方法。

参考文献

  1. 地下采空危机突袭火炬东第.广西壮族自治区国土资源厅
  2. 王新锋.煤矿采空区的治理原则及技术手段[J].价值工程,2012(26)
  3. 郑莹,郭立稳,毕作枝.浅析采空区的破坏机理与处理方法[J].矿业工程,2008(4)
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