金属非金属地下矿山采空区治理措施研究

摘要：金属非金属地下矿山长期开采过程中会形成大量地下采空区，此类地下空洞属于矿山典型重大危险源，具有隐蔽性强、分布散乱、空间形态复杂、稳定性差、风险累积性突出的特点。为系统解决地下矿山采空区安全隐患，提升矿山灾害防控能力，本文立足于金属非金属矿山地下开采特征，系统分析采空区形成机理、灾害类型与稳定影响因素，构建系统化、多层次、全过程的采空区综合治理体系，提出完善治理管理机制与安全保障策略，可为矿山采空区隐患治理、地压管控、灾害预防及矿山安全标准化建设提供理论参考与技术支撑。

关键词：地下矿山；金属非金属矿山；采空区；治理措施

引言

金属非金属地下矿山开采方式以地下凿岩爆破、矿石采掘、巷道掘进为主，在长期无序开采、遗留残矿开采、传统空场法开采模式下，井下会形成规模庞大、形态不规则、空间交错分布的采空区。采空区属于人为形成的地下空洞结构，彻底改变了原始岩体应力平衡状态，引发围岩应力重新分布，形成局部应力集中、围岩松动破裂、岩体损伤累积等地质变化。因此，系统研究金属非金属地下矿山采空区灾害机理与综合治理技术，构建科学完善的治理体系，对提升矿山本质安全水平、实现矿山绿色可持续发展具有重要现实意义。

1地下矿山采空区形成机理

金属非金属矿山岩体结构复杂，原生岩体处于相对稳定的应力平衡状态，地下采掘作业剥离矿体后，原有的岩体支撑结构消失，地下空间被掏空，形成人工空洞区域，即为采空区。采空区形成后，围岩原始应力场被打破，周边岩体产生应力转移与应力集中现象，顶板、边帮、底板岩体由三向受力状态转变为双向甚至单向受力状态，岩体稳定性大幅下降。

在无支护、无充填、无管控的条件下，围岩会产生持续的变形、裂隙扩展、岩体松动、局部剥落等现象。随着时间推移，围岩损伤不断累积，微小裂隙贯通形成破裂带，最终引发大范围岩体失稳垮落。同时，深部开采高地应力、爆破扰动、机械扰动、地下水侵蚀、温度变化等因素会加速岩体劣化，进一步加剧采空区失稳进程，形成大规模、连片式复杂采空区群。

2采空区稳定性主要影响因素

2.1岩体地质条件

矿体围岩的岩体完整性、岩石强度、结构面发育程度、断层裂隙分布是决定采空区稳定性的基础条件。岩体完整性高、结构致密、强度高的岩层，空区自稳能力强，垮塌周期长；破碎岩体、节理裂隙发育岩层、软弱夹层富集区域，岩体自稳性极差，采空区极易快速失稳坍塌。地质构造复杂区域的采空区风险远高于普通岩层区域。

2.2采空区空间形态特征

采空区跨度、高度、埋深、空间形态、分布密度直接影响整体稳定性。空区跨度越大、顶板悬空面积越大，顶板弯曲变形量越大，失稳风险越高；深埋采空区承受高地压作用，应力集中显著，围岩变形速率更快；不规则、异形、连片贯通式采空区群应力分布极其紊乱，稳定状态最差，灾害风险最高。

2.3开采扰动因素

矿山爆破作业、机械掘进、矿石运输、相邻采场开采都会产生持续动力扰动，扰动荷载会不断损伤围岩结构，促使裂隙扩展延伸，弱化岩体整体性。频繁开采扰动会加速采空区围岩疲劳破坏，缩短空区稳定周期，诱发突发性垮塌灾害。

3当前金属非金属矿山采空区治理存在的问题

3.1采空区探查不清、资料缺失

大量老旧矿山历史开采资料不完善，早期人工开采形成的隐蔽采空区未记录，空区位置、规模、形态、连通情况、稳定性状态不明，存在大量盲区。探查技术手段单一、探测精度不足，难以全面掌握地下复杂采空区群分布情况，导致治理工作盲目性强、针对性不足。

3.2治理技术选用不科学

部分矿山未根据采空区埋深、规模、稳定性、风险等级差异化选用治理技术，存在治理方式一刀切问题。高风险空区治理强度不足、低风险空区过度治理，造成安全隐患留存或治理资源浪费，整体治理效果难以保障。

3.3治理施工不规范、质量管控薄弱

采空区治理属于隐蔽性地下工程，施工过程难以直观监管，部分矿山治理施工流程不规范、工艺落实不到位，充填密实度不足、崩落处理不彻底、封堵结构质量差，导致治理工程达不到设计标准，无法彻底消除安全隐患。

4金属非金属地下矿山采空区综合治理技术措施

4.1充填治理技术

充填法是当前应用最广泛、治理效果最彻底的主动治理技术，核心原理是利用充填材料对采空区进行全方位填充，置换空洞空间、恢复岩体支撑体系、平衡地应力、限制围岩变形，从根源消除采空区失稳风险。充填治理能够有效控制顶板沉降、围岩崩落，阻断灾害发生路径，同时改善井下通风条件、减少有害气体聚集、抑制地下水窜流。根据材料不同可分为干式充填、水砂充填、胶结充填等技术类型，适配不同规模、不同埋深、不同风险等级的采空区。充填治理可最大限度恢复岩体原始应力平衡状态，治理稳定性高、长效性好，同时可实现尾矿、废石资源化利用，契合绿色矿山建设理念，是高标准、永久性治理的核心技术手段。

4.2崩落处理治理技术

崩落法属于被动卸压治理技术，适用于围岩破碎、稳定性极差、无法长期留存、无保留价值的高危采空区。通过人工诱导崩落、可控爆破崩落等方式，主动促使不稳定顶板围岩有序垮落，利用垮落松散岩体填充空洞，实现空区塌实闭合，释放集中地应力，消除突发性大规模垮塌风险。该技术核心优势是彻底消除悬空顶板结构，快速化解高危空区风险，施工速度快、成本较低，能够有效规避延时性灾害。崩落治理以风险释放为核心目标，适用于偏远、无开采接续、无巷道关联的废弃空区，能够实现快速除险治理。

4.3封闭隔离治理技术

封闭隔离法主要针对孤立小型采空区、无作业需求、无灾害联动风险的废弃空区，通过砌筑封堵墙体、封闭巷道通道、隔断空区连通空间，实现空区隔离管控。通过封闭处理可以阻断人员误入通道、隔绝有害气体扩散、隔离积水窜流通道、防止扰动荷载传入空区，避免空区风险向外扩散。封闭治理属于低成本、简易型治理手段，侧重风险隔离管控而非彻底消除空洞，适用于低风险、孤立、小型采空区，能够有效降低空区对井下生产系统的干扰，实现分区管控、分区避险。

4.4支撑加固治理技术

支撑加固技术适用于暂时留存、需要保留使用、承担巷道支护功能的中小型采空区或局部空洞区域。通过锚网支护、锚索加固、钢架支撑、喷射混凝土等综合支护方式，强化顶板与围岩整体性，约束围岩变形裂隙发展，提升空区围岩自稳能力，保障临时安全。支撑加固属于临时性治理措施，侧重短期稳控，多用于开采接续阶段的过渡期治理，能够有效维持空区短期稳定，为后续永久治理提供安全作业条件。

结束语

金属非金属地下矿山采空区是矿山开采形成的重大安全隐患源，其失稳诱发的灾害严重制约矿山安全生产。采空区稳定状态受地质条件、空间形态、开采扰动、水文环境与时间效应多重影响，灾害形成机理复杂、隐蔽性强、防控难度大。持续推进采空区科学化、标准化、精细化治理，能够从源头化解地下矿山重大灾害风险，提升矿山本质安全水平，保障矿山开采安全稳定，推动金属非金属矿山行业实现安全、绿色、高效、可持续高质量发展。

参考文献

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