導(dǎo)語：我國金屬非金屬地下礦山采空區(qū)分布范圍廣，總量大，隱蔽性強(qiáng)，規(guī)整性差，空間分布規(guī)律性差，空間形態(tài)變化大，頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測，屬于礦山重大安全隱患，由此誘發(fā)了多起安全事故。通過系統(tǒng)介紹我國金屬非金屬地下礦山采空區(qū)探測、建模、穩(wěn)定性分析、治理方法的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了“測、繪、診、治”采空區(qū)治理技術(shù)體系，并付諸實(shí)踐，效果顯著，消除了采空區(qū)安全隱患。同時，指出不明采空區(qū)精確探測、超大型采空區(qū)穩(wěn)定性控制技術(shù)研究、監(jiān)測儀器研發(fā)、老采空區(qū)治理工藝研究、治理技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制定等采空區(qū)治理技術(shù)的發(fā)展方向以及采空區(qū)治理在未來朝向功能化利用的發(fā)展趨勢，對金屬非金屬地下礦山采空區(qū)治理技術(shù)的發(fā)展與探索具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
近年來，金屬非金屬地下礦山采空區(qū)塌陷引發(fā)的安全事故接連發(fā)生，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。據(jù)國務(wù)院安委會辦公室下發(fā)的《金屬非金屬地下礦山采空區(qū)事故隱患治理工作方案》統(tǒng)計，我國金屬非金屬地下礦山采空區(qū)總量大，分布范圍廣。據(jù)初步統(tǒng)計，至２０１５年底，全國金屬非金屬地下礦山共有采空區(qū)１２．８億ｍ３，分布于全國２８個?。ㄊ?、區(qū)）。目前，采空區(qū)事故隱患治理存在突出問題：
一是采空區(qū)為誘發(fā)重特大事故的重要因素，易引發(fā)透水、坍塌、冒頂片幫等多種形式的災(zāi)害，往往造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失；
二是采空區(qū)事故隱患治理不及時，部分礦山企業(yè)忽視采空區(qū)治理，特別是歷史遺留采空區(qū)得不到及時處理；
三是中小型礦山采空區(qū)管理不到位，專業(yè)技術(shù)力量薄弱，不按設(shè)計施工或無設(shè)計施工，礦柱留設(shè)不規(guī)范，造成采空區(qū)重疊、交錯現(xiàn)象比較普遍，嚴(yán)重威脅礦山安全生產(chǎn)；
四是采空區(qū)安全問題已經(jīng)成為影響一些地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會和諧的重要因素。
１ 金屬非金屬地下礦山采空區(qū)特點(diǎn)
金屬非金屬地下礦山采空區(qū)具有隱蔽性強(qiáng)、規(guī)整性差、空間分布規(guī)律性差、空間形態(tài)變化大、頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測等特點(diǎn)。不同礦種、不同開采方法形成的采空區(qū)形態(tài)和特點(diǎn)各異。
采空區(qū)發(fā)生冒落或塌陷災(zāi)害，具有以下幾個特點(diǎn)：① 巨大的破壞性；② 突發(fā)性和難預(yù)測性；③ 誘發(fā)其他災(zāi)害性。
２ 采空區(qū)治理技術(shù)體系
采空區(qū)的安全有效治理需要相應(yīng)的技術(shù)體系來支撐。通過多年多處采空區(qū)治理工程的設(shè)計及施工總結(jié)，形成了“測、繪、診、治”技術(shù)體系。“測”即對采空區(qū)進(jìn)行全面調(diào)查和測量，主要包括物探、鉆探和激光掃描測量等；“繪”即對采空區(qū)探測、測量的結(jié)果進(jìn)行精確繪制，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的三維可視化；“診”即根據(jù)采空區(qū)的測量結(jié)果及其所處的外部環(huán)境等因素對其穩(wěn)定性進(jìn)行分析診斷；“治”即綜合分析并確定采空區(qū)治理方案或選擇綜合利用方案。
物探方法探測繪制的采空區(qū)示意
３Ｄ掃描繪制的采空區(qū)示意
采空區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值模擬
３ 采空區(qū)治理技術(shù)體系的應(yīng)用
（1） 封閉法＋崩落法。
（2） 支撐法＋充填法。
（3）封閉法＋監(jiān)測法。
（4）封閉法＋充填法。
采空區(qū)實(shí)測模型平面
人工礦柱支撐采空區(qū)示意
采空區(qū)封閉方式示意
４ 采空區(qū)治理的發(fā)展趨勢
４．１ 采空區(qū)的治理技術(shù)研究方向
（１）目前采空區(qū)物探需要２種及以上的方法進(jìn)行驗(yàn)證探測，物探探測精度有待提高。未來應(yīng)加強(qiáng)采空區(qū)的物理特性探測等方面的研究，加強(qiáng)物探新方法和新技術(shù)的研究，提高探測不明采空區(qū)空間位置和形態(tài)的準(zhǔn)確度。
（２）金屬非金屬大型地下礦山采場已發(fā)展到超大型階段，一次形成單個采空區(qū)的體積達(dá)到１０萬ｍ３ 以上。未來應(yīng)深入研究和掌握超大型采空區(qū)的失穩(wěn)觸發(fā)機(jī)制、圍巖破壞規(guī)律以及穩(wěn)定性控制技術(shù)。
（３）隨著新技術(shù)、新材料的出現(xiàn)，加強(qiáng)對礦巖體物理力學(xué)特性研究，充分發(fā)揮其優(yōu)越特性，開發(fā)新型地壓傳感器，提高地壓監(jiān)測靈敏度、精度和可靠性，同時充分利用通信技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)地壓監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院瓦B續(xù)性。同時在應(yīng)逐步建立和完善地壓監(jiān)測安全預(yù)警理論體系和安全預(yù)警閥值標(biāo)準(zhǔn)。
礦區(qū)采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)
（４）目前歷史遺留的老采空區(qū)常用治理方法是地表注漿和充填，盲目性較大，治理效果難以控制，尤其是采空區(qū)充水或多中段開采形成的采空區(qū)，充填治理難度最大，控制不當(dāng)容易造成充填治理工程的巨大浪費(fèi)。因此，對歷史遺留老采空區(qū)，尤其是充水采空區(qū)和多中段采空區(qū)的充填和注漿治理理論，需要進(jìn)一步研究和探索。
充填料漿制備與輸送示意
（５）目前我國金屬非金屬地下礦山采空區(qū)穩(wěn)定性分級、治理方法、治理效果監(jiān)測等技術(shù)內(nèi)容尚無通用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。未來相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)應(yīng)盡早謀劃，加強(qiáng)合作，為制定采空區(qū)治理和檢測的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范做技術(shù)積累和儲備。
４．２ 采空區(qū)的功能化利用
（１）采空區(qū)可以作為礦山自身的資源，實(shí)現(xiàn)多功能化利用，如礦山產(chǎn)品的深加工、上下游擴(kuò)展等。在礦山設(shè)計期間將礦山選廠或洗礦車間設(shè)計建設(shè)在地下，規(guī)劃形成穩(wěn)定的采空區(qū)地下空間，既減少了地表的環(huán)境污染和噪聲污染，又可大量節(jié)約礦山的提升、運(yùn)輸成本。
（２）廢棄采空區(qū)可以作為礦山廢棄物存儲空間，如改造為大型硐室、水倉、廢石倉、尾礦庫等。尾礦排放一般都堆排在尾礦庫，尾礦庫的建設(shè)會帶來資源、環(huán)境、安全和土地等諸多問題，通過對礦山廢棄的采空區(qū)進(jìn)行論證和改造，成為礦山廢棄物的存儲空間，既可以消除隱患，又可以實(shí)現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展。
（３）廢棄采空區(qū)可以作為地下功能空間，如倉儲、冷庫、地下實(shí)驗(yàn)室、人防設(shè)施等。不同礦山采用的開拓方式不同，采空區(qū)的賦存條件也不同。因此，不同采空區(qū)利用要具體分析。對于采用斜坡道和平硐開采形成的采空區(qū)，車輛人員進(jìn)出方便，可以考慮改造成為地下倉儲空間和冷庫（溫度恒定），也可以改造作為處理放射性廢料的地下實(shí)驗(yàn)室（需要研究采空區(qū)穩(wěn)定性以及采空區(qū)與地表生物圈隔離的措施等）；靠近城市的小型采空區(qū)通過技術(shù)改造符合防空洞建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的，可以作為人防設(shè)施；利用豎井開拓形成的采空區(qū)，可以建設(shè)石油儲備庫，采空區(qū)不僅儲備庫容大，建設(shè)周期短，投資小，還具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，通過技術(shù)手段對采空區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性加固和密封性處理以達(dá)到石油儲備條件，即可實(shí)現(xiàn)廢棄采空區(qū)油氣儲備功能化。
５ 結(jié) 語
通過分析我國金屬非金屬地下礦山采空區(qū)探測、穩(wěn)定性分析和治理技術(shù)現(xiàn)狀，提出“測、繪、診、治”技術(shù)體系，并在多家礦山采空區(qū)治理中應(yīng)用，有效消除采空區(qū)安全隱患，對于類似礦山的采空區(qū)治理具有借鑒意義。
盡管在金屬非金屬礦山采空區(qū)治理的研究方面取得了一定的成果，但由于采空區(qū)災(zāi)害問題的復(fù)雜性，仍需在采空區(qū)的物理特性、不明采空區(qū)精確物探技術(shù)、超大型采空區(qū)空間結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性控制技術(shù)、采空區(qū)區(qū)域應(yīng)力和圍巖變形空間演化規(guī)律與致災(zāi)機(jī)制、采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測新型傳感器和綜合預(yù)警體系、采空區(qū)治理和檢測的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面進(jìn)一步探索和研究。
礦山采空區(qū)綜合利用揭示了我國金屬非金屬礦山采空區(qū)處理的發(fā)展趨勢?；踩[患為功能空間，低價值礦床開發(fā)在設(shè)計初期可以預(yù)設(shè)采空區(qū)功能，現(xiàn)存廢棄采空區(qū)治理可以通過穩(wěn)定性論證、技術(shù)改造等一系列手段實(shí)現(xiàn)其功能化利用。采空區(qū)在未來既可以成為存儲廢棄物的地下空間，也可以成為重要的國防、工業(yè)和民用地下設(shè)施工程。變廢為寶是對礦產(chǎn)資源合理綜合利用的最好方式，相信隨著技術(shù)、材料、設(shè)備的不斷發(fā)展和進(jìn)步，地下礦山采空區(qū)會被賦予更多的積極作用和有益功能。
（完整文章參見《現(xiàn)代礦業(yè)》2018年第六期1-8頁）
引用格式 劉海林，汪為平，何承堯，孫國權(quán)，肖益蓋.金屬非金屬地下礦山采空區(qū)治理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2018（6）：1-8.
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