矿山采空区类型及综合治理技术

矿山企业对矿产资源的开采规模逐年增加，而开采过程中形成了大量的采空区。矿山采空区引起的主要灾害有巷道顶板冒顶、井下突水、矿山地震以及矿区地面塌陷，通常会造成重大安全事故的发生顶板冒顶、井下突水、矿山地震以及矿区地面塌陷，通常会造成重大安全事故的发生。矿山采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞，不同成因条件的采空区形态和特征各异。我国矿山采空区大致可分为以下几种类型：

表１ 矿山采空区划分标准及其类型

充水采空区围岩稳定性差、坍塌风险大，而且易诱发突水、透水事故；急倾斜采空区比水平及缓倾采空区瞬时地表变形大，地表残余变形的下沉速度呈“波浪”式变化；采空区群面积大、体积大、空间错综复杂，稳定状态一直处于动态变化之中；短壁式采空区包括空场法开采采空区、条带式开采采空区，一般由留置矿柱支撑顶板，整体稳定性相对较好；长壁式采空区顶板暴露面积较大，容易在地表产生沉陷盆地，引起大面积的地表变形。

未处置的矿山采空区是矿山生产的重要安全隐患，也会引起工程安全和生态环境安全问题。引发采空区安全问题的原因主要是采空区失稳、采空区积水和采空区有毒有害气体聚集等。采空区失稳是产生矿区地压灾害的根本原因。在矿山开采过程中，由于破坏了采空区原有的平衡状态，可能会诱发巷道顶板冒落、围岩片帮和底板隆起，影响正常的生产活动。

当顶板出现大面积突然垮落时，崩落的围岩会在巷道中产生巨大的气浪冲击波，会对人员和设备造成巨大的伤害，还可能会诱发矿震，严重威胁矿区整体的稳定性。当埋深较浅的采空区顶板垮落时，如果裂隙带和弯曲带发展到地表则会引起地面大范围的沉降、地裂缝以及坍塌坑，危害地表基础设施的使用并破坏地基稳定性。同时，采空区域沉降稳定时间周期较长，将会导致地面土地失去建设利用价值。采空区积水是导致工程透水和突水安全事故的重要原因，积水会软化围岩，使含水采空区失稳的风险增大。采空区失稳会导致地面塌陷、地表开裂、山体滑坡等地质灾害。

表2 矿山采空区处置方法及其特点和适用条件

采空区充填技术：按照充填物料是否含水可将充填法分为干式充填法和湿式充填法。干式充填法由于充填体压缩性大、治理效果较差，通常不用于矿山采空区治理，但在矿体规模较小的中小矿山及老矿山或建矿初期有所应用；湿式充填法研究较多、应用较广，根据充填技术的不同又可将其分为水砂充填法和胶结充填法，其中胶结充填法是目前湿式充填法的主要技术。相对于非胶结充填，胶结充填具有填充量大、强度大、压缩性低、充填速度快等优点，缺点是充填成本高。因此，在保证充填材料强度的情况下，开发低成本、能部分或完全取代水泥的充填材料是胶结充填技术的发展趋势。