呂海青

（中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650224）

金屬非金屬采空區(qū)會(huì)影響到人們安全的隱患，在我國(guó)的有色冶金礦山區(qū)中有著許多的大中型采空區(qū)，這些采空區(qū)的存在了一定的安全隱患，為此制定出相關(guān)的政策和機(jī)制是能夠有效解決到采空區(qū)隱患的重要措施[1]。

1 金屬非金屬地下礦山采空區(qū)特點(diǎn)

金屬和非金屬地下采空區(qū)具有隱蔽性強(qiáng)、空間分布規(guī)律性差、空間變化大、頂板難采等的特點(diǎn)。文章分析了不同礦物和開(kāi)采方式形成的采空區(qū)的不同形態(tài)和特征方法比如山東、安徽的石膏礦床，湖南、江蘇等地均為層狀礦體，采空區(qū)地表有夾層支柱。在山東、廣東、安徽、云南等地區(qū)，厚鐵礦、鉛鋅礦和銅礦都充滿了鐵礦石錄像機(jī)開(kāi)采面積大，開(kāi)采過(guò)程中形成的圍巖裸露面積大大的。之后充填后，突出部分會(huì)出現(xiàn)局部冒落或巖層移動(dòng)第二部分：屋頂，屋頂紋理，如鎢礦、金礦和江西、湖南、安徽、海南等地的銅礦，面積大，采空區(qū)高，形狀不規(guī)則，易墜落和晃動(dòng)。采空區(qū)的塌陷或塌陷具有以下特點(diǎn)：①破壞性采空區(qū)通常伴當(dāng)前巨大的沖擊波和爆炸波，會(huì)造成地下采礦災(zāi)害，破壞道路和設(shè)備，并導(dǎo)致地面塌陷、植被破壞等積水, 部門設(shè)施和生態(tài)環(huán)境日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致地面構(gòu)筑物倒塌，人員傷亡不斷增加死亡；②圍巖通常為脆性、堅(jiān)硬，無(wú)明顯的宏觀前兆和變形特征不穩(wěn)定。崩潰滑坡通常是瞬時(shí)的或短期的，因此很難提前撤離或采取相應(yīng)措施。當(dāng)采空區(qū)塌陷時(shí)，很容易引起其他井下事故事故之后災(zāi)害發(fā)生后，采空區(qū)塌陷，地應(yīng)力重新分布，容易引起圍巖應(yīng)力上升，引起巷道和圍巖的破壞使變形采場(chǎng)中的礦石落入上覆巖層中形成流動(dòng)渠道。

2 采空區(qū)探測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外對(duì)采空區(qū)的探測(cè)主要是基于對(duì)采礦條件的調(diào)查。物探主要采取物探，工程鉆探，水文勘測(cè)，變形觀測(cè)等的方法。按照物探資料的差異，物探在勘探區(qū)內(nèi)分析了巖體的特征和完整性，主要分析了采空區(qū)和完整巖體的密度，電學(xué)特征之間的差異。密度特性是指采空區(qū)開(kāi)挖造成的質(zhì)量損失。當(dāng)采空區(qū)不充滿水時(shí)，質(zhì)量損失值保持不變。但是，負(fù)密度減小并且影響厚度增大。采空區(qū)注水后，質(zhì)量損失得到一定程度的補(bǔ)償。當(dāng)采空區(qū)保存完好并且基本不充滿水時(shí)，其電氣性能就是典型的高電阻率物體。采空區(qū)坍塌時(shí)，基本上不充滿水，其電氣性能為高電阻體。當(dāng)采空區(qū)充滿水或塌陷時(shí)，典型的高阻體變?yōu)榈妥梵w，其程度隨水的礦化度和塌陷融化狀態(tài)而變化。攝像機(jī)技術(shù)和實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)用于工程鉆探?，F(xiàn)在是時(shí)候向研究人員實(shí)時(shí)反映采空區(qū)的情況了，包括采空區(qū)的具體位置和長(zhǎng)期的跟蹤觀察。

2.1 重力勘探方法

重力勘探方法是利用地下地質(zhì)體的質(zhì)量損失或殘余特征，觀察地面引起的重力異常，確定地下地質(zhì)體的分布、大小和邊界尸體。之后開(kāi)采時(shí)，由于開(kāi)采質(zhì)量的下降，形成了完整的巖石，并且?guī)r石的密度采空區(qū)比周圍小得多搖滾樂(lè)只要有采空區(qū)，其密度就會(huì)降低，造成異常低的開(kāi)采重力。什么時(shí)候采空區(qū)無(wú)沉陷、無(wú)注水，形成的剩余重力較低。采空區(qū)塌陷時(shí)，不注水，質(zhì)量損失值不變，負(fù)密度值減小，受塌陷影響的厚度增大。采空區(qū)注水后，質(zhì)量損失得到了一定程度的補(bǔ)償，負(fù)密度值低于干采空區(qū)，無(wú)論采空區(qū)塌陷還是充滿，水量和殘余重力可以測(cè)量該區(qū)域的異常情況。使用高精度重力勘探方法檢測(cè)金礦中的采空區(qū)；使用Euler反卷積方法分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算和推斷采空區(qū)的邊界和深度。在調(diào)查中，采用高精度方法，并在工廠中使用了多種地球物理方法來(lái)探測(cè)采空區(qū)。使用數(shù)字地形的高精度三維解釋來(lái)分析采空區(qū)的范圍，面積和地下水規(guī)律[2,3]。

2.2 高密度電法

高密度電阻率法在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用是按照礦體與某區(qū)域之間的電阻率差的物理特征，確定某區(qū)域內(nèi)某礦體的異常區(qū)域。在這種情況下，將直流電場(chǎng)I人工施加到地下電極a和B上。通過(guò)測(cè)量預(yù)放電電極m和N之間的點(diǎn)差bv，可以計(jì)算出預(yù)放電電極m和N之間的視在電阻率，以便識(shí)別和檢測(cè)礦石異常。采用自動(dòng)方式。剖面和深度測(cè)試結(jié)果表明，采空區(qū)明顯不同于礦石和巖石，并且易于識(shí)別。

2.3 瞬變電磁法

該方法中，渦流引起的二次磁場(chǎng)隨時(shí)間變化，二次磁場(chǎng)的變化特性與地質(zhì)體的電氣特性有關(guān)：高電阻地質(zhì)體的感應(yīng)二次磁場(chǎng)電壓非常大。小，并且次級(jí)磁場(chǎng)迅速衰減；低電阻地質(zhì)體的感應(yīng)二次電場(chǎng)電壓大，且二次磁場(chǎng)衰減緩慢，因此可以判斷地質(zhì)體的性質(zhì)和規(guī)模。本發(fā)明具有響應(yīng)形式簡(jiǎn)單、分層能力強(qiáng)、穿透高阻封層頂層能力強(qiáng)、對(duì)低阻敏感、體積效應(yīng)小、易突出低阻、異常弱阻等優(yōu)點(diǎn)就像。在同時(shí)，他們與他人共同完成了剖面測(cè)量和測(cè)深工作，并采用瞬變電磁法對(duì)采空區(qū)隱伏區(qū)進(jìn)行探測(cè)，有效地探測(cè)到探測(cè)區(qū)和回填區(qū)地下裂隙發(fā)育情況。

2.4 可控源音頗大地電磁法

受控源音頻大地電磁法克服了自然磁場(chǎng)源信號(hào)弱的缺點(diǎn)，它采用手動(dòng)控制的磁場(chǎng)源進(jìn)行頻率檢測(cè)，使用長(zhǎng)度有限的地線作為磁場(chǎng)源，并在一定的頻率下觀察電場(chǎng)和磁場(chǎng)參數(shù)由偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng)。偶極子中心。由于高頻電流主要流向地面，當(dāng)前頻率的降低，電流趨于變深。當(dāng)速度恒定時(shí)，電磁波的傳播深度成反比電磁波的傳播速度。在低頻范圍內(nèi)，檢測(cè)深度更深，反之亦然。通過(guò)改變?nèi)斯?chǎng)的發(fā)射頻率，可以得到探測(cè)深度的來(lái)源。該方法適用于西石門鐵路的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的分析和反演，確定了采空區(qū)的空間位置，圈定和驗(yàn)證了礦體區(qū)可能存在的雷區(qū)。

2.5 地質(zhì)雷達(dá)

探地雷達(dá)利用高頻電磁波通過(guò)發(fā)射天線將脈沖以寬帶形式發(fā)射到地面天線上天線。電磁波遇到空腔和其他目標(biāo)物體時(shí)，會(huì)被反射并返回地面地面。他們將由接收天線引導(dǎo)路徑。路徑形狀和能量電磁波的傳播速度隨電磁波的電特性和幾何形狀而變化波浪。波浪波將通過(guò)電介質(zhì)揮手，所以，通過(guò)分析電磁波反射信號(hào)的傳播時(shí)間，即時(shí)間、頻率，通過(guò)振幅和頻率波形的雙向傳播變化，可以準(zhǔn)確了解地下空間界面或目標(biāo)的位置和形狀。

2.6 鉆孔攝像探測(cè)

井眼攝像機(jī)技術(shù)的發(fā)展主要包括井眼攝像機(jī)，井眼攝像機(jī)和數(shù)字光學(xué)。井眼相機(jī)技術(shù)使用膠卷拍攝井眼。墻的關(guān)鍵是在檢測(cè)器上安裝帶有磁羅盤(pán)的微型攝像機(jī)，以確定檢測(cè)器的位置。照相井眼攝像機(jī)技術(shù)可以在水平觀察模式或軸向觀察模式下顯示實(shí)時(shí)井況。與以往的鉆孔監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，鉆孔攝像技術(shù)的發(fā)展在于全景成像的實(shí)現(xiàn)圖像。在同時(shí)，數(shù)字電視的應(yīng)用也有了新的突破技術(shù).全景圖像是一種平面圖像信息，它利用攝像技術(shù)來(lái)監(jiān)控和分析頂置效果煤炭爆破，它包含三維信息。用應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，可以將全景圖像處理成各種各樣的圖像類型。這個(gè)數(shù)字處理還可以精確地測(cè)量地質(zhì)圖像信息和其他信息，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。三維激光掃描技術(shù)是利用激光技術(shù)，以完整、高精度的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，檢測(cè)出目標(biāo)的全部或部分。在三維空間中，從上到下，從左到右，全自動(dòng)，高精度逐行掃描，所有的測(cè)量數(shù)據(jù)都會(huì)傳回外部主控設(shè)備，由計(jì)算機(jī)采集和管理，得到整個(gè)景區(qū)完整、連續(xù)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而真實(shí)地描述整個(gè)景區(qū)的總體情況、結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征。

3 采空區(qū)的現(xiàn)狀和分類

按照對(duì)全國(guó)25個(gè)省份457個(gè)大中型礦山的調(diào)查，調(diào)查范圍涵蓋有色金屬、黑色金屬、黃金、建材、化工五個(gè)行業(yè)工業(yè)。按照據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國(guó)較大的獨(dú)立采空區(qū)面積主要集中在5萬(wàn)～1萬(wàn)平方米，占全國(guó)總采空區(qū)面積的一半占調(diào)查總數(shù)的80.6%，主要集中在50平方米左右，占總調(diào)查規(guī)模的66.67%，其次是1000萬(wàn)～5000萬(wàn)平方米米，占調(diào)查統(tǒng)計(jì)的17.3%。從行業(yè)分布來(lái)看，有色金屬開(kāi)采總量主要集中在100萬(wàn)至500萬(wàn)立方米，占調(diào)查總量的42.6%；500萬(wàn)至1000萬(wàn)立方米，占調(diào)查總量的29.2%；100萬(wàn)至500萬(wàn)立方米，占調(diào)查總量的17.1%；500萬(wàn)至1000萬(wàn)立方米，占調(diào)查總量的15.3%；1000萬(wàn)立方米以上，占調(diào)查總量的5%-1%；黃金礦區(qū)占調(diào)查總數(shù)的5%，分別為調(diào)查總數(shù)的1%和6%，46.7%，30.14%和62.72%。50萬(wàn)立方米以下建材礦山占調(diào)查總量的30.84%，100萬(wàn)至500萬(wàn)立方米礦山占調(diào)查總量的41.1%。它從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，采空區(qū)的大小因其性質(zhì)而異。采空區(qū)的分布和特征與礦石的形狀、大小、傾角和開(kāi)采方法有關(guān)身體。大部分其中的采空區(qū)具有不同的安全等級(jí)危險(xiǎn)。而且采空區(qū)的安全隱患仍然十分突出嚴(yán)格的。為可以一些混亂的煤礦，采空區(qū)分布較為復(fù)雜，存在安全隱患采空區(qū)的穩(wěn)定性更令人擔(dān)憂，管理難度更大。

4 采空區(qū)治理的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 采空區(qū)的治理技術(shù)研究方向

經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，我國(guó)在金屬和非金屬地下礦山采空區(qū)管理方面取得了豐碩的理論和實(shí)踐成果。但目前仍有許多勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，如不明采空區(qū)和超大規(guī)模開(kāi)采的精確探測(cè)、采空區(qū)穩(wěn)定性控制技術(shù)、回采技術(shù)等，這些技術(shù)被用來(lái)開(kāi)發(fā)采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)儀器、地表充填及采空區(qū)處理技術(shù)等，許多勘探開(kāi)發(fā)工作正在進(jìn)行中老采空區(qū)的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制技術(shù)以及采空區(qū)管理的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善中。目前，采空區(qū)物探的驗(yàn)證和探測(cè)需要兩種以上的方法，物探的精度有待提高。今后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)物理性質(zhì)的研究，加強(qiáng)新的地球物理方法和新技術(shù)，提高對(duì)未知采空區(qū)空間位置的探測(cè)精度。大型金屬和非金屬地下采場(chǎng)的形狀已發(fā)展到超大型階段，一次形成了超過(guò)100000平方米的采空區(qū)。當(dāng)前采空區(qū)新技術(shù)，新材料的出現(xiàn)，有必要加強(qiáng)對(duì)巖體物理力學(xué)性能的研究，充分發(fā)揮巖體的優(yōu)良品質(zhì)。改進(jìn)新的地面壓力傳感器的開(kāi)發(fā)，提高地面壓力監(jiān)測(cè)的靈敏度，準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)，要充分利用通信技術(shù)的先進(jìn)性，實(shí)現(xiàn)地壓監(jiān)測(cè)的可靠性和連續(xù)性數(shù)據(jù)。在同時(shí)，逐步建立和完善安全預(yù)警理論體系，制定地面安全監(jiān)測(cè)的門檻標(biāo)準(zhǔn)壓力監(jiān)測(cè)應(yīng)改進(jìn)。在當(dāng)前常用的表面處理方法有兩種：表面注漿法和充填法。這種方法是盲目的，很難控制，特別是對(duì)于治療注水或注水，由于充填過(guò)程的巨大浪費(fèi)，歷史遺留的老采空區(qū)，特別是注水采空區(qū)和回采采空區(qū)的注漿處理理論，需要進(jìn)一步的研究和探索。當(dāng)前我國(guó)金屬和非金屬礦山采空區(qū)的穩(wěn)定性分類、治理方法、治理效果監(jiān)測(cè)等方面還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范地雷。在今后，有關(guān)部門和機(jī)構(gòu)要盡快制定規(guī)劃，加強(qiáng)合作，制定采空區(qū)治理方案，積累和保留相關(guān)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

4.2 制定采空區(qū)專項(xiàng)治理計(jì)劃與工作方案

近年來(lái)，尾礦壩潰壩引發(fā)的安全事故引起了政府和社會(huì)的廣泛關(guān)注社會(huì)。為可以為此，國(guó)家出臺(tái)了尾礦庫(kù)專項(xiàng)治理方案，推動(dòng)了國(guó)家尾礦庫(kù)專項(xiàng)治理措施的制定，促進(jìn)了國(guó)家尾礦庫(kù)的發(fā)展國(guó)家。國(guó)家國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)、國(guó)家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、國(guó)土資源部，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家工商總局、國(guó)家稅務(wù)總局聯(lián)合出臺(tái)相關(guān)政策，制定了治理環(huán)境污染專項(xiàng)治理方案采空區(qū)。鼓勵(lì)鼓勵(lì)礦山企業(yè)管理采空區(qū)，消除采空區(qū)隱患和安全隱患，有效防止因采空區(qū)引發(fā)的安全事故。

4.3 采空區(qū)的功能化利用

廢棄的采空區(qū)可用作地下功能空間，例如倉(cāng)庫(kù)，冷藏庫(kù)，地下實(shí)驗(yàn)室，防空設(shè)施等。一些礦山采用坡道開(kāi)發(fā)，一些礦山采用巷道開(kāi)發(fā)，一些礦井采用豎井開(kāi)發(fā)；有些礦井面積很大，有些礦井面積很小，有些礦井很淺，有些礦井很深。因此，應(yīng)詳細(xì)分析不同采空區(qū)的利用率，以改善坡度。巷道開(kāi)采形成的采空區(qū)方便車輛和人員進(jìn)出，并可轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵聝?chǔ)藏空間和冷藏庫(kù)（恒溫），可轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵路派湫詮U物處理實(shí)驗(yàn)室（需要研究采空區(qū)的穩(wěn)定性以及將采空區(qū)與地表生物圈隔離的措施等）；只要技術(shù)改造設(shè)施滿足防空要求，就可以在城市附近建造小型建筑物，并可以將采空區(qū)作為防空建筑的標(biāo)準(zhǔn)庇護(hù)所。豎井形成的采空區(qū)可用于儲(chǔ)油量大，工期短，投資少的油庫(kù)建設(shè)。具有安全環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)技術(shù)手段對(duì)采空區(qū)進(jìn)行加固和封閉，以達(dá)到儲(chǔ)油條件并實(shí)現(xiàn)油氣功能化廢棄采空區(qū)的儲(chǔ)量[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

由上可知，礦山采空區(qū)的綜合利用是當(dāng)前我國(guó)的金屬非金屬礦山采空區(qū)處理的發(fā)展趨勢(shì)，將安全隱患地區(qū)改成功能空間是對(duì)礦產(chǎn)資源綜合利用的最好方式，相信在不久的將來(lái)，地下礦山采空區(qū)更多的功能和作用會(huì)被逐漸開(kāi)發(fā)出來(lái)。