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    非煤礦山地下采空區危險性分析

    來源:中國礦業114網發表時間:2019-03-07 瀏覽次數:8722   關閉

    隨著我國各種礦產資源的開采力度越來愈越大,形成的采空區越來越多,在以往沒有對其進行有效處理,導致我國的地下采空區面積愈來愈大,埋下了諸多安全隱患。

    一、 非煤礦山地下采空區概述

    根據已有實踐經驗,采空區(空洞)對礦山安全生產的災害主要表現在以下幾方面:

    (1)對作業設備的危害。當鉆機、電鏟、可移式破碎站、推土機、自卸車等作業設備正處于采空區(空洞)上部作業或停留時一,如果空區(空洞)上覆巖層突然垮塌,設備會傾覆或陷落于塌陷區,造成操作人員傷亡、設備損壞等事故災難。

    (2)對作業人員和爆破作業人員的危害。由于鉆孔或塌落處會逸出有害氣體,嚴重威脅作業人員的人身安全;同時在爆破作業過程中,可能會產生己填充炸藥早爆、采空區積聚的可燃氣體被引爆等問題,對作業的人身安全造成很大影響。

    (3)采空區(空洞)及陷落柱如果位于露天礦邊坡附近、重要的運輸通道附近,很可能造成邊坡的滑坡,運輸道路的中斷,給露天礦的正常生產帶來極大的危害。

    (4)老空巷道對礦產巷道掘進的危害。在原礦巷道掘進時,若與小窯巷道相遇,可能發生突水或有毒有害氣體溢出等災害,造成人員傷害、設備損壞等事故。

    二、非煤礦山地下采空區危險性分析

    1、地面崩塌

    地面崩塌所造成的危害是采空區危害中最為嚴重的一類,地下采空區變形、塌陷后,采空區上部覆巖層的應力平衡被破壞,導致巖層和地表移動,發展到一定程度便會使地表陷落,引發地表建筑物或其他設施下沉和倒塌,形成地表裂縫、塌陷坑。地表陷落所形成的地表塌陷坑匯集地表水,當塌陷坑和井下巷道、采空區有水力聯系時,塌陷坑內積水可能通過巖層斷裂帶進入地下,不僅增加井下排水負擔,還有可能引起井下透水事故。

    2、 有毒有害氣體

    在露天礦生產過程中探測采空區鉆孔及煤層采掘面與小窯采空區連通,其內的有毒有害氣體就會通過鉆孔和裂隙逸出至工作平盤。尤其是當煤層空區發生自燃后產生大量高溫有毒有害氣體,對現場鉆機、電鏟、下車操作員生命安全造成了極大影響。

    3、突水或淹井

    對廢棄小窯采空區而言,突水或淹井事故頻繁發生,特別是頂板為含水層礦區開采后形成的采空區內一般有積水存在,積存時間長時一會有“掛紅”現象,其酸度大、水味發澀,也稱為小窯老空水。例如:在某工程中,當原礦巷道掘進時,接近上部小西窯老空巷道時,由于靜水壓的作用,內部小窯老空水會突然涌入巷道或生產空間內,造成突水或淹井事故。另外,小窯老空水透水時一般都伴有有害氣體的涌出。因此,地下礦山在開拓、掘進時必須堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的16字方針。

    三、 非煤礦山地下采空區處理措施

    1、 加強勘察

    (1)物探、鉆探及三維激光掃描相結合的方法是露天礦境界范圍內,地下采空區勘探最有效的綜合方法;

    (2)首先通過物探手段查明采空區(空洞)的分布范圍與埋藏深度,然后通過鉆探與三維激光掃描,查明采場內空腔體的面積、形狀、頂板厚度與腔體高度;

    (3)在以上工作的基礎上建立采空區(空洞)數據庫與三維地質模型,通過分析計算不同條件下采空區(空洞)上覆巖體的穩定性,對每個空腔體的安全性做出動態評價,同時一提出有針對性的治理方案,保證安全生產。

    2、 加強技術應用

    對非煤礦地下采空區而言,其治理措施較多,現以隔離法、崩落處理方法、聯合處理法為例進行具體分析:

    (1)隔離法處理采空區。礦山在回采工作結束后,利用預留的礦柱支撐頂板巖石,較長時間維護采空區。這種方法需在相關地點砌筑封閉墻,使采空區與工作區隔絕,并利用通往地面的天井放出采空區內氣流,一旦圍巖冒落,將會減少對工作區的沖擊力。該方法一般適用于分散、孤立、不連續的小礦體和盲礦體以及礦體的邊緣部分,頂板極其穩固、規模較大的礦體,回采速度很快和礦柱比例小于8%~12%的薄礦體。

    (2)崩落處理方法。第一,自然崩落頂板處理采空區。有些層狀礦體和穩固性較差的頂板巖石,即使留設礦柱比例很大,在采場回采結束后,頂板巖石也會隨之變形和崩落。因此,可利用這一特點,找出頂板崩落的步距,封閉采空區,使頂板圍巖在采場內依次自行離層崩落,起到逐步充填采空區的目的。該方法一般適用于層狀礦床、地表允許崩落的礦山以及在一定的崩落步距和一定的暴露面積下,頂板巖石有離層可能性的礦山。礦柱比例小于3%~15%的礦山也可采用。第二,崩落圍巖采空區處理。對于圍巖較穩固和尚未掌握頂板冒頂規律的采場,采用中深孔、深孔或藥室爆破,崩落大量的圍巖來充填采空區,從而消減空場巖移,保證回采工作安全。該方法適用于地表允許崩落以及地采轉露天開采的礦山。

    (3)聯合處理采空區?;夭珊笏粝碌牟煽諈^,僅采用一種采空區處理方法很難達到處理效果時,則需采用兩種或兩種以上的方法方可達到處理采空區的目的。例如采用強制崩落圍巖充填采空區時,崩下的巖量不能補償采礦所造成的空間,隨著向下階段的開采,空間增大到足以導致上部巖石大面積錯動崩落,這時,可在適宜的一、二階段內不回收礦柱,不破壞圍巖,并對采空區進行充填,以作為下部開采時的保護層。該方法一般適用于地表允許崩落、開采埋藏比較深的礦體。

    3、加強管理

    (1)成立專門(兼職)的管理組織機構,配備專職人員,加強對日常生產管理。

    (2)將圖紙及探測成果反映的井下全部巷道及采空區(空洞)的位置、范圍重新編繪在工程平面圖上,并進行現場測量標定,設置警示牌。

    (3)應制訂專門的采空區(空洞)爆破作業規程,并經批準后方可實施。在井巷、采空區(空洞)爆破作業前,應做好通風工作,保證工程安全。

    (4)露天礦隨臺階爆破處理采空區,尤其是在采空區(空洞)頂部實施作業時,要制定好設備的防護措施,并且要盡可能地排除不安全因素。

    (5)加強安全預防和管理。以地壓的檢測和管理為例,采空區地壓監測系統的整體布局和監測內容可包括以下幾個方面:①礦體上下盤沿脈&穿脈(礦體底板中)巷道圍巖壓力;②采場礦柱間穿脈巷道圍巖壓力;③采空區頂板巖體變形與冒落情況。對此,應該選擇使用可靠、經濟實用,且具有較高的靈敏度、易于安裝的檢測方式,根據采空區的特點,按照對礦山地壓監測常用手段的分析和調查,選型時,要確保元件質量和得到的數據可靠,造價較低,能夠大量布置,且抗腐蝕能力良好,最后選擇位移計和應力計組合安裝的方式,以便同時對采空區巖石的位移和應力變化進行監測,并通過對監測的數據進行分析以判斷和掌握采空區的穩定情況。按照設計安裝好相關的測試元件后,日常有礦山技術人員和科研人員一起,通過運用專用地壓測量電子儀器進行監測,獲取沉降變形、應力應變的監測模數,對獲取的監測模數進行記錄并做好整理和分析工作,按季度和年度出具地壓監測總結報告。


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