薛萬(wàn)海,孟慶軍,羅世新

（中煤平朔集團(tuán)有限公司 安太堡露天礦，山西 朔州 036006）

安太堡露天礦剝離工藝采用單斗－卡車(chē)工藝[1]，煤層使用前裝機(jī)或單斗挖掘機(jī)－自卸卡車(chē)－它移式破碎站－地面帶式輸送機(jī)－選煤場(chǎng)的煤炭生產(chǎn)工藝和運(yùn)輸系統(tǒng)。自20 世紀(jì)80 年代初建礦以來(lái)，實(shí)行分區(qū)開(kāi)采[2]。先后遇到崔家?guī)X、井陽(yáng)礦及楊井溝、蘆子溝一號(hào)井工礦等地方小煤窯等采空區(qū)。在目前安太堡礦的北部擬轉(zhuǎn)向開(kāi)采區(qū)域，還有遺留的蘆子溝二號(hào)井工礦采空區(qū)。由于采空區(qū)的存在，隨著露天揭露，并發(fā)產(chǎn)生火區(qū)，給正常生產(chǎn)帶來(lái)一定的困難。礦區(qū)內(nèi)井工礦的開(kāi)采大多數(shù)為房柱式采煤，采空區(qū)頂板尚未完全垮落。由于收集現(xiàn)有小煤窯的開(kāi)采資料不全、可信度不高，再加上露天礦多煤層開(kāi)采擾動(dòng)導(dǎo)致小窯采空區(qū)范圍及層位不斷發(fā)展變化，采空區(qū)地質(zhì)資料的完整性和準(zhǔn)確性需要不斷進(jìn)行核實(shí)和判斷。因此，結(jié)合往年過(guò)采空區(qū)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定完善的安全技術(shù)措施，以確保安全生產(chǎn)尤為必要。

1 采空區(qū)和火區(qū)給露天礦生產(chǎn)帶來(lái)的危害

在裝藥過(guò)程和爆破過(guò)程中，由于采空區(qū)內(nèi)部發(fā)生自燃或可燃?xì)怏w積聚，炮孔內(nèi)高溫引起炸藥、起爆彈爆炸及可燃?xì)怏w爆炸，爆破人員造成傷亡；采空區(qū)逸出的有害氣體、高溫和明火等對(duì)作業(yè)人員造成威脅；釋放的煙霧嚴(yán)重污染和惡化礦坑作業(yè)環(huán)境，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行及構(gòu)件也造成傷害[3]；采空區(qū)上部巖體如果突然塌落，人員及設(shè)備會(huì)陷落于塌陷區(qū)，造成人員傷亡及設(shè)備損壞；露天礦采場(chǎng)道路或邊坡下若遇采空區(qū)，采空區(qū)垮落坍塌則可能引起道路塌陷中斷或邊坡失穩(wěn)。由于采空區(qū)煤層發(fā)生自燃后往往嚴(yán)重風(fēng)氧化，造成煤炭資源損失，采空區(qū)回采率進(jìn)一步降低。采空區(qū)內(nèi)遺留的錨桿和鐵軌等鐵器雜物一旦進(jìn)入洗煤廠會(huì)造成選煤膠帶等設(shè)施的損壞。

2 采空區(qū)危險(xiǎn)等級(jí)劃分及警戒范圍

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)科研成果，參照前期物探及收集的小窯采空范圍，依據(jù)實(shí)際地質(zhì)勘探鉆孔或生產(chǎn)探測(cè)鉆孔并經(jīng)掃描驗(yàn)證存在采空腔的空間形態(tài)劃分采空區(qū)危險(xiǎn)等級(jí)，將采空區(qū)分為警戒區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)。

1）警戒區(qū)。①采空區(qū)上部覆蓋層厚度50 m 以上；②覆蓋層厚度35 m 以上，且采空高度小于3 m、采空跨度小于6 m。

2）危險(xiǎn)區(qū)。①覆蓋層厚度50～35 m 且采空高度大于3 m、采空跨度6～10 m；②覆蓋層厚度35～25 m 且采空高度小于3 m、采空跨度小于6 m。

3）嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)。①覆蓋層厚度50 m 以下，采空高度大于3 m、采空跨度大于10 m；②覆蓋層厚度35 m 以下且采空高度大于3 m、采空跨度6～10 m；③覆蓋層厚度25 m 以下且采空高度大于3 m、采空跨度小于6 m。

3 采空區(qū)探測(cè)

3.1 采空區(qū)資料的收集和整理

1）要積極與原地方礦井相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)了解，最大限度獲取井工開(kāi)采時(shí)的相關(guān)詳細(xì)資料。

2）及時(shí)將收集到的采空區(qū)資料填繪在相關(guān)圖紙上進(jìn)行匯總分析。

3）技術(shù)部門(mén)將作業(yè)過(guò)程中收集到的采空區(qū)資料和生產(chǎn)鉆機(jī)探到的資料上圖，并對(duì)照已有資料運(yùn)用三維采礦軟件進(jìn)行不斷綜合分析。隨著采剝工程的進(jìn)行，技術(shù)部門(mén)及時(shí)將采空區(qū)的變化情況反饋到生產(chǎn)部門(mén)和安監(jiān)部。

4）應(yīng)建立采空區(qū)調(diào)查臺(tái)帳。其中從地方調(diào)查的采空區(qū)內(nèi)容主要包括開(kāi)采范圍、巷道布置、開(kāi)采層位、采煤高度、采空區(qū)范圍、已探測(cè)到的采空孔參數(shù)、塌陷區(qū)坐標(biāo)、采空高度、作業(yè)人員、鉆孔日期等。

5）在《采剝工程平面圖》相關(guān)圖件上圈定采空區(qū)范圍，將采空孔參數(shù)在圖上標(biāo)注清楚，并存檔備案。

3.2 采空區(qū)探測(cè)計(jì)劃及驗(yàn)收

1）依據(jù)勘探成果以及前期收集的采空區(qū)資料，從宏觀上控制采空區(qū)的分布，初步劃定日?？碧街攸c(diǎn)區(qū)域。同時(shí)隨著勘探以及采剝揭露情況，做好采空區(qū)的更新工作。

2）根據(jù)采掘計(jì)劃及范圍制定采空區(qū)探測(cè)及治理計(jì)劃，并形成探測(cè)計(jì)劃平面圖，由總工程師審核后下發(fā)至相關(guān)部門(mén)。

3）探測(cè)計(jì)劃需確定探測(cè)平盤(pán)工程位置、探測(cè)區(qū)域范圍、探測(cè)孔深度、孔網(wǎng)參數(shù)，并標(biāo)明已知采空區(qū)范圍、巷道布置、已有探測(cè)孔位置及高程、采空高度、距煤層深度及已揭露的采空區(qū)、火區(qū)、巷道等平面位置及高程。

4）結(jié)合相關(guān)科研機(jī)構(gòu)已有的物探成果和地方小窯資料，對(duì)于采空區(qū)上部覆蓋厚度超過(guò)35 m 且現(xiàn)有鉆孔資料較少的采空及疑似區(qū)域，需要地質(zhì)鉆進(jìn)行探測(cè)驗(yàn)證并將結(jié)果提交礦地測(cè)部門(mén)。對(duì)于覆蓋厚度小于35 m 的采空區(qū)域，由本礦鉆機(jī)進(jìn)行打鉆探測(cè)、驗(yàn)證。所有探測(cè)孔均要求探測(cè)至疑似采空層位。

5）炮區(qū)內(nèi)探測(cè)孔密度級(jí)別以地表距疑似空區(qū)最近距離確定，若無(wú)特殊情況炮區(qū)內(nèi)探測(cè)孔密度級(jí)別由地測(cè)部在月計(jì)劃中規(guī)定，炮區(qū)內(nèi)探測(cè)孔由穿爆班依據(jù)上述密度自行布置。

6）鉆機(jī)探測(cè)計(jì)劃區(qū)域需標(biāo)明正常探測(cè)區(qū)、驗(yàn)證探測(cè)區(qū)及重點(diǎn)探測(cè)區(qū)[4]。上述3 個(gè)探測(cè)區(qū)域在特定情況下可互相轉(zhuǎn)化。根據(jù)已掌握的采空信息選擇適宜的探測(cè)孔密度及深度，準(zhǔn)確地確定采空腔高度及分布范圍。對(duì)采掘過(guò)程中出現(xiàn)的塌陷坑、空洞、巷道周?chē)鷧^(qū)域，及根據(jù)已揭露情況（如巷道走向）推斷可能存在采空區(qū)的區(qū)域，以及正常探測(cè)過(guò)程中探明采空的鉆孔所圈定的大致區(qū)域重點(diǎn)探測(cè)。

7）根據(jù)探測(cè)計(jì)劃標(biāo)明的區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)參數(shù)為：①正常探測(cè)區(qū)：如果穿孔參數(shù)孔距和行距8 m× 8 m，按等腰三角形方式布置探測(cè)孔，底長(zhǎng)32 m，腰長(zhǎng)22.6 m，深度為35 m，若穿孔中發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，具備條件掃描條件，需用三維激光掃描確定控制采空區(qū)空腔邊界[5]；②危險(xiǎn)區(qū)：按等腰三角形方式布置探測(cè)孔，底長(zhǎng)2 倍孔距16 m，腰長(zhǎng)11.3 m，深度為35 m 或見(jiàn)煤層頂板；③驗(yàn)證探測(cè)區(qū)：地測(cè)部根據(jù)已有資料，現(xiàn)場(chǎng)放樣布孔；④重點(diǎn)探測(cè)區(qū)：在已發(fā)現(xiàn)采空的鉆孔周?chē)凑叫畏绞讲贾锰綔y(cè)孔，孔距和行距為4 m × 4 m，深度為35 m 或見(jiàn)煤層底板。

8）對(duì)于驗(yàn)證孔由地測(cè)部在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出具體打鉆工程位置，穿爆班按要求進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。

9）已探明采空的鉆孔或出現(xiàn)的采空塌陷，穿爆部門(mén)按技術(shù)要求在周?chē)哟筇綔y(cè)密度，確定采空區(qū)范圍。

10）由于爆破及卡車(chē)震動(dòng)等因素影響，采空區(qū)可能逐漸向上垮落，在電鏟等設(shè)備進(jìn)入安全警戒區(qū)作業(yè)時(shí)，需在設(shè)備活動(dòng)周邊增加跟蹤探測(cè)孔。

11）相關(guān)部門(mén)須嚴(yán)格按照采空區(qū)探測(cè)計(jì)劃要求進(jìn)行作業(yè)。探測(cè)孔深度應(yīng)達(dá)35 m 或至煤層頂、底板。在小窯采空區(qū)疑似分布區(qū)域進(jìn)行探測(cè)時(shí)，要在炮區(qū)的后排孔外6 m 處布置1 排探測(cè)孔。

12）自營(yíng)探測(cè)孔日常驗(yàn)收均由穿爆部門(mén)采空區(qū)負(fù)責(zé)人配合，會(huì)同地測(cè)、安監(jiān)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。

13）若檢查探測(cè)孔數(shù)不足、深度不夠、相關(guān)信息記錄不全，須重新進(jìn)行探測(cè)，在探測(cè)過(guò)程中如因出現(xiàn)回填層等特殊原因?qū)е聼o(wú)法穿至要求層位，應(yīng)在原探測(cè)孔周邊重新補(bǔ)孔穿至目標(biāo)層位。

14）對(duì)于揭露采空空洞的鉆孔，要進(jìn)行三維空洞掃描，根據(jù)三維空腔掃描成果，要及時(shí)優(yōu)化勘探方案。若由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)或孔內(nèi)條件等情況不能進(jìn)行掃描時(shí)，需要向四周輻射進(jìn)行探測(cè)，直到找到采空空洞邊界。根據(jù)探測(cè)結(jié)果分析、計(jì)算采空范圍和體積。

15）每月末分別制定采空區(qū)探測(cè)下月計(jì)劃，其內(nèi)容需包括對(duì)本月采空區(qū)探測(cè)及治理情況的總結(jié)、分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)制定和安排下月采空區(qū)探測(cè)計(jì)劃。探測(cè)計(jì)劃一定要周密，探測(cè)結(jié)果要清晰準(zhǔn)確，不留死角和隱患，為下一步確定科學(xué)合理的治理方案提供堅(jiān)實(shí)可靠的依據(jù)。

3.3 技術(shù)保障措施

1）須確定1 臺(tái)柴油鉆機(jī)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)采空區(qū)機(jī)動(dòng)探測(cè)工作，若出現(xiàn)故障，及時(shí)更換其他鉆機(jī)，保證滿足探測(cè)進(jìn)度要求。

2）探測(cè)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)穿孔人員要對(duì)發(fā)現(xiàn)的采空鉆孔進(jìn)行素描，以班為單位報(bào)調(diào)度室，調(diào)度室負(fù)責(zé)在作業(yè)會(huì)上通報(bào)。若發(fā)現(xiàn)鉆孔有火、冒煙，穿爆人員及時(shí)進(jìn)行堵孔。

3）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員若發(fā)現(xiàn)空洞或采空塌陷，應(yīng)第一時(shí)間報(bào)調(diào)度，由調(diào)度通知安監(jiān)員負(fù)責(zé)設(shè)置警示標(biāo)志、安全警戒范圍。

4）對(duì)于已探明采空區(qū)的地質(zhì)鉆孔，由地測(cè)部人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，并與穿爆現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人進(jìn)行對(duì)接，發(fā)放采空區(qū)標(biāo)定通知單，其內(nèi)容應(yīng)包括現(xiàn)有標(biāo)定位置高程、采空區(qū)高度、距煤頂板深度、預(yù)測(cè)范圍及巷道走向等相關(guān)信息。安監(jiān)部門(mén)按采空區(qū)標(biāo)定情況和采空區(qū)相關(guān)信息及時(shí)設(shè)立警戒區(qū)域和明顯警戒標(biāo)志，并通知相關(guān)部門(mén)，無(wú)關(guān)人員和設(shè)備嚴(yán)禁進(jìn)入。

5）對(duì)于疑似或未探明驗(yàn)證的采空區(qū)域，由測(cè)量人員確定探測(cè)范圍并進(jìn)行標(biāo)定，安監(jiān)部根據(jù)范圍及危險(xiǎn)程度設(shè)立警戒。危險(xiǎn)區(qū)，設(shè)立采空區(qū)警示標(biāo)志；嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)，根據(jù)探測(cè)范圍設(shè)立警戒帶。

6）對(duì)于危險(xiǎn)區(qū)域的端幫干道及平盤(pán)半干線，由地測(cè)部制定具體探測(cè)計(jì)劃和治理措施，未進(jìn)行探測(cè)和治理的嚴(yán)禁通車(chē)。

7）將地質(zhì)鉆孔資料、勘探鉆孔資料、已發(fā)現(xiàn)空區(qū)資料問(wèn)題以及問(wèn)題鉆孔、空區(qū)處理情況匯總并簡(jiǎn)要分析后形成《采空區(qū)治理月報(bào)》，發(fā)送礦領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)部門(mén)。

8）意外塌落空洞應(yīng)及時(shí)回填，嚴(yán)重危險(xiǎn)區(qū)立即標(biāo)記警示，及時(shí)爆破震塌（小范圍爆破）。

9）應(yīng)對(duì)每個(gè)采空區(qū)的探測(cè)、治理情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，直至采空區(qū)安全渡過(guò)。若發(fā)現(xiàn)采空區(qū)有空間變化等情況，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)部門(mén)及時(shí)制定對(duì)策。

4 采空區(qū)及火區(qū)治理

在前期對(duì)計(jì)劃開(kāi)采的采空區(qū)全部探明的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合采剝計(jì)劃盡快進(jìn)行治理，采空區(qū)作業(yè)人員要佩戴好氣體監(jiān)測(cè)儀和自救器等防護(hù)用品。采場(chǎng)內(nèi)采空區(qū)一般采用爆破崩落法徹底放塌，端幫邊坡下采空區(qū)如跨度較小且滿足設(shè)備運(yùn)行的安全厚度，一般用注漿法填實(shí)，以減少端幫運(yùn)輸?shù)缆返闹袛鄷r(shí)間，對(duì)于采空區(qū)跨度大而上部道路又不滿足安全厚度的條件時(shí)，應(yīng)重新規(guī)劃端幫車(chē)流，必要時(shí)停產(chǎn)，采用爆破法充填后重新修筑端幫道路。

隨著礦坑采剝平盤(pán)的推進(jìn)，結(jié)合平盤(pán)與采空區(qū)頂板之間的距離、空腔高度和巖土特性等資料，根據(jù)采空區(qū)頂板坍塌自堵塞理論和相關(guān)軟件計(jì)算，來(lái)判斷是否滿足設(shè)備作業(yè)安全需求，決定是否需要立即爆破。采空區(qū)爆破后，安監(jiān)部需及時(shí)在爆區(qū)周邊布置警戒，并設(shè)置警示牌。采空爆破效果評(píng)估小組進(jìn)行評(píng)估，爆破效果一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破塌陷深度衡量[6]，評(píng)估認(rèn)為安全，則進(jìn)行作業(yè)，如無(wú)法確定轟塌，需要制定安全技術(shù)措施后進(jìn)行二次穿孔爆破。

根據(jù)多年的采空區(qū)治理經(jīng)驗(yàn)，由于采空區(qū)裂隙和鉆孔進(jìn)入新鮮氧氣后，采空區(qū)內(nèi)煤層會(huì)迅速產(chǎn)生高溫甚至自燃，采空區(qū)上部地表溫度升高，并產(chǎn)生大量有毒有害氣體，上覆巖體進(jìn)一步跨落，安全性變差。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)避免采空區(qū)大面積裸露，盡量采用即露即按條帶開(kāi)采的方式，另外目前礦山迫于安全和環(huán)保的雙重壓力，治理采空區(qū)必須成立專(zhuān)門(mén)領(lǐng)導(dǎo)組，結(jié)合礦山所遺留得采空區(qū)實(shí)際，靈活選擇快速隔離、灑水降溫、灌漿封堵、三相泡沫滅火等最有效的方法進(jìn)行預(yù)處理、以最快的速度減少煙霧產(chǎn)生，將采空區(qū)的空腔徹底放塌或填實(shí)，采空區(qū)域要快穿快放快采[7]，堅(jiān)決避免有害氣體中毒、早爆及人員設(shè)備陷入等安全事故的發(fā)生。

對(duì)坑下零星明火調(diào)用水車(chē)滅火，對(duì)大范圍的明火要鋪設(shè)管路進(jìn)行注水滅火，必要時(shí)采用三相泡沫滅火[8]，待火區(qū)治理結(jié)束后，人員、設(shè)備方可進(jìn)入。對(duì)礦坑端幫下的火區(qū)要進(jìn)行灌漿處理，確保邊坡的穩(wěn)定。對(duì)內(nèi)排土場(chǎng)冒煙、著火區(qū)域采用黃土覆蓋，確保無(wú)有毒有害氣體逸出。對(duì)高溫火區(qū)進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，必須經(jīng)降溫處理合格以后，方可快速裝藥爆破。在有毒有害氣體疑似區(qū)域作業(yè)時(shí)，每班進(jìn)行2 次有毒有害氣體濃度監(jiān)測(cè)，并做好記錄報(bào)調(diào)度備案。有害氣體濃度按照規(guī)程有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行，超過(guò)即撤離人員。

5 結(jié)語(yǔ)

在安太堡礦日常生產(chǎn)中，采空區(qū)、火區(qū)存在安全隱患，給安全生產(chǎn)帶來(lái)一定的危害。采空區(qū)、火區(qū)探測(cè)治理按照“有疑必探、有空必治、先治后采”的管理原則，根據(jù)露天礦各平盤(pán)的采掘情況，適時(shí)進(jìn)行采空區(qū)探測(cè)和及時(shí)的有效治理，將隱患提前消滅在萌芽之中，且現(xiàn)場(chǎng)人員嚴(yán)格遵循采空區(qū)安全措施作業(yè)，才能有效實(shí)現(xiàn)露天礦過(guò)采空區(qū)、火區(qū)的安全生產(chǎn)。