2. 2 水文因素

岩石是颗粒或晶体相互胶结或粘结在一起的聚

积体, 而地下水又是地质环境中最活跃的因素, 水 ~
岩共同作用其实质是一种从岩石微观结构变化导致

其宏观力学特性改变的过程, 这种复杂作用的微观
演化过程是自然界岩体强度软化直到破坏的关键。

2. 3 工程因素

( 1) 采空区规格形状。采空区规格形状直接影

响顶板的安全, 理论分析和工程实践均已表明, 采空
区暴露面积越大, 稳定性越差。非圆形硐室的应力
重新分布不均匀程度高, 一旦某些部位的应力值达
到或超过围岩的抗压或抗拉强度极限值时, 采空区
就处于安全的临界或失稳, 此时采空区的各种灾害
极易发生。拱形采空区安全性优于矩形采空区, 而
且采空区顶板越平整, 安全性越好。

( 2) 回采工艺。充填采矿法由于减小了采空区

暴露空间、

改善了矿柱受力状态, 因此采空区稳定性

优于其它采矿方法; 回采顺序也对采空区施加很大
影响, 垂直方向上, 工作面呈品字形推进, 有利于
形成免压拱, 因而有利于顶板安全管理。

( 3)工程布置。力学分析及采空区灾害的实际

表明, 同样规格形状的岩体工程如果长轴方向与主
应力方向的夹角不同, 采空区的安全稳定性程度就
不一样。当采空区的长轴方向与最大主应力方向一

致时, 应力的集中与破坏程度较小, 采空区的安全稳
定性较大; 而当采空区的长轴方向与最大主应力方
向垂直时, 应力的集中与破坏程度较大, 采空区的危
险程度就较高。

( 4)采空区周围的开采影响。根据岩体力学理

论, 如果在 6倍采空区跨度周围存在其它作业采场,
那么应力会重新分布, 采空区的围岩将出现应力叠
加, 造成应力集中, 从而影响采空区的稳定性

[ 2]

。

3 地下采空区事故危害类型

根据系统安全理论, 发生采空区危害, 主要是物

的不安全状态造成的; 作为地下开采的伴生物, 采空
区的危害是多方面的, 不但是多种矿山地质灾害的
直接诱发因素, 同时对矿山日常安全生产管理工作
造成许多影响。通过对采空区常见事故的了解和分

析, 根据采空区事故的危害形式、发生原因及影响范
围进行分类, 见表 1。

表 1 采空区危害形式、发生原因、影响范围

[ 3]

影响分类

危害形式

发生原因

影响范围

直
接
影
响

间接

影响

冲击气浪

采空区垮落急剧压缩空区内空气

全矿地下作业人员和设备、设施

矿震

采空区垮落岩石造成机械冲击和冲击气浪及岩爆的复合作用

全矿地下作业人员和设备、设施

突水

采空区内积水突然涌出

全矿或局部作业人员和设备、设施

自燃

采空区内氧化反应热量得不到及时扩散

全矿地下作业人员和设备、设施

串风

部分新鲜风流进入采空区

地下局部作业地点工作人员

岩爆

采空区存在加剧了应力集中

地下局部作业地点工作人员和设备、设施

其它

重物打击、夹钻、空间高度减小

地面崩塌

采空区垮落或顶板变形发展到地表

采空区上方山体

滑坡

采空区垮落或顶板变形发展到地表

采空区上方山体

4 采空区处理方式

根据采空区的具体条件和特定特点, 并在分析

其主要影响因素的前提下, 确定其经济、合理、有效
的处理方式。

根据不同采空区的特征, 其处理方法有以下几

种:

强制崩落围岩, 使地表陷落消除空区, 或者强

制崩落部分围岩使之形成废石垫层, 将作业区段隔
开;

围岩自然崩落充填空区;

用矿石垫层将作业

区段与采空区隔开;

用掘进废石、

选矿尾砂或尾砂

加其它胶结材料充填空区;

留永久矿柱支撑空区;

矿柱支撑和充填联合处理采空区;

疏通空区与

密闭空区;

以上 2种或几种不同方法联合处理空

区。

在以上多种采空区处理技术中, 可以归纳为:

充、

崩、

撑、

封等 4种具体使用方法。各种形式都有

一定的适用条件和局限性。

4. 1 充填法处理采空区

充填法依靠尾砂等充填体支撑围岩, 使围岩保

持稳定状态。其适用条件是:

地表需要保护时;

为控制岩层移动危及井下设施或作业区段的有害影

响, 采用其它方法达不到目的或不合理时。

充填法一般有: 全尾砂充填、分级尾砂充填、水

砂充填、

胶结充填、干式充填等。此法的优点是可减

少岩层和地表移动, 防止大面积地压活动并有利于
解决选矿尾砂和掘进废石的堆放问题。与其它几种

处理方法相比, 充填法投资大、费用高、工艺复杂, 但
综合考虑在经济上还是合理的。

4. 2 崩落围岩处理采空区

用崩落空区上部和周围的岩石来充填空区, 以

解除空区周围的应力集中, 形成缓冲层, 以防止在崩

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吴世剑

郭忠林等: 采空区事故分析及处理技术

2009年 1月第 1期