薛萬海,孟慶軍,羅世新

（中煤平朔集團有限公司 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－卡車工藝[1]，煤層使用前裝機或單斗挖掘機－自卸卡車－它移式破碎站－地面帶式輸送機－選煤場的煤炭生產工藝和運輸系統(tǒng)。自20 世紀80 年代初建礦以來，實行分區(qū)開采[2]。先后遇到崔家?guī)X、井陽礦及楊井溝、蘆子溝一號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向開采區(qū)域，還有遺留的蘆子溝二號井工礦采空區(qū)。由于采空區(qū)的存在，隨著露天揭露，并發(fā)產生火區(qū)，給正常生產帶來一定的困難。礦區(qū)內井工礦的開采大多數為房柱式采煤，采空區(qū)頂板尚未完全垮落。由于收集現有小煤窯的開采資料不全、可信度不高，再加上露天礦多煤層開采擾動導致小窯采空區(qū)范圍及層位不斷發(fā)展變化，采空區(qū)地質資料的完整性和準確性需要不斷進行核實和判斷。因此，結合往年過采空區(qū)的經驗教訓，制定完善的安全技術措施，以確保安全生產尤為必要。

1 采空區(qū)和火區(qū)給露天礦生產帶來的危害

在裝藥過程和爆破過程中，由于采空區(qū)內部發(fā)生自燃或可燃氣體積聚，炮孔內高溫引起炸藥、起爆彈爆炸及可燃氣體爆炸，爆破人員造成傷亡；采空區(qū)逸出的有害氣體、高溫和明火等對作業(yè)人員造成威脅；釋放的煙霧嚴重污染和惡化礦坑作業(yè)環(huán)境，對設備安全運行及構件也造成傷害[3]；采空區(qū)上部巖體如果突然塌落，人員及設備會陷落于塌陷區(qū)，造成人員傷亡及設備損壞；露天礦采場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)生自燃后往往嚴重風氧化，造成煤炭資源損失，采空區(qū)回采率進一步降低。采空區(qū)內遺留的錨桿和鐵軌等鐵器雜物一旦進入洗煤廠會造成選煤膠帶等設施的損壞。

2 采空區(qū)危險等級劃分及警戒范圍

根據實際生產經驗及相關科研成果，參照前期物探及收集的小窯采空范圍，依據實際地質勘探鉆孔或生產探測鉆孔并經掃描驗證存在采空腔的空間形態(tài)劃分采空區(qū)危險等級，將采空區(qū)分為警戒區(qū)、危險區(qū)、嚴重危險區(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）嚴重危險區(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

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技術人員加強了解，最大限度獲取井工開采時的相關詳細資料。

2）及時將收集到的采空區(qū)資料填繪在相關圖紙上進行匯總分析。

3）技術部門將作業(yè)過程中收集到的采空區(qū)資料和生產鉆機探到的資料上圖，并對照已有資料運用三維采礦軟件進行不斷綜合分析。隨著采剝工程的進行，技術部門及時將采空區(qū)的變化情況反饋到生產部門和安監(jiān)部。

4）應建立采空區(qū)調查臺帳。其中從地方調查的采空區(qū)內容主要包括開采范圍、巷道布置、開采層位、采煤高度、采空區(qū)范圍、已探測到的采空孔參數、塌陷區(qū)坐標、采空高度、作業(yè)人員、鉆孔日期等。

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

3.2 采空區(qū)探測計劃及驗收

1）依據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區(qū)域。同時隨著勘探以及采剝揭露情況，做好采空區(qū)的更新工作。

2）根據采掘計劃及范圍制定采空區(qū)探測及治理計劃，并形成探測計劃平面圖，由總工程師審核后下發(fā)至相關部門。

3）探測計劃需確定探測平盤工程位置、探測區(qū)域范圍、探測孔深度、孔網參數，并標明已知采空區(qū)范圍、巷道布置、已有探測孔位置及高程、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）結合相關科研機構已有的物探成果和地方小窯資料，對于采空區(qū)上部覆蓋厚度超過35 m 且現有鉆孔資料較少的采空及疑似區(qū)域，需要地質鉆進行探測驗證并將結果提交礦地測部門。對于覆蓋厚度小于35 m 的采空區(qū)域，由本礦鉆機進行打鉆探測、驗證。所有探測孔均要求探測至疑似采空層位。

5）炮區(qū)內探測孔密度級別以地表距疑似空區(qū)最近距離確定，若無特殊情況炮區(qū)內探測孔密度級別由地測部在月計劃中規(guī)定，炮區(qū)內探測孔由穿爆班依據上述密度自行布置。

6）鉆機探測計劃區(qū)域需標明正常探測區(qū)、驗證探測區(qū)及重點探測區(qū)[4]。上述3 個探測區(qū)域在特定情況下可互相轉化。根據已掌握的采空信息選擇適宜的探測孔密度及深度，準確地確定采空腔高度及分布范圍。對采掘過程中出現的塌陷坑、空洞、巷道周圍區(qū)域，及根據已揭露情況（如巷道走向）推斷可能存在采空區(qū)的區(qū)域，以及正常探測過程中探明采空的鉆孔所圈定的大致區(qū)域重點探測。

7）根據探測計劃標明的區(qū)域進行探測，探測參數為：①正常探測區(qū)：如果穿孔參數孔距和行距8 m× 8 m，按等腰三角形方式布置探測孔，底長32 m，腰長22.6 m，深度為35 m，若穿孔中發(fā)現采空區(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危險區(qū)：按等腰三角形方式布置探測孔，底長2 倍孔距16 m，腰長11.3 m，深度為35 m 或見煤層頂板；③驗證探測區(qū)：地測部根據已有資料，現場放樣布孔；④重點探測區(qū)：在已發(fā)現采空的鉆孔周圍按正方形方式布置探測孔，孔距和行距為4 m × 4 m，深度為35 m 或見煤層底板。

8）對于驗證孔由地測部在現場標出具體打鉆工程位置，穿爆班按要求進行鉆孔驗證。

9）已探明采空的鉆孔或出現的采空塌陷，穿爆部門按技術要求在周圍加大探測密度，確定采空區(qū)范圍。

10）由于爆破及卡車震動等因素影響，采空區(qū)可能逐漸向上垮落，在電鏟等設備進入安全警戒區(qū)作業(yè)時，需在設備活動周邊增加跟蹤探測孔。

11）相關部門須嚴格按照采空區(qū)探測計劃要求進行作業(yè)。探測孔深度應達35 m 或至煤層頂、底板。在小窯采空區(qū)疑似分布區(qū)域進行探測時，要在炮區(qū)的后排孔外6 m 處布置1 排探測孔。

12）自營探測孔日常驗收均由穿爆部門采空區(qū)負責人配合，會同地測、安監(jiān)人員進行現場驗收。

13）若檢查探測孔數不足、深度不夠、相關信息記錄不全，須重新進行探測，在探測過程中如因出現回填層等特殊原因導致無法穿至要求層位，應在原探測孔周邊重新補孔穿至目標層位。

14）對于揭露采空空洞的鉆孔，要進行三維空洞掃描，根據三維空腔掃描成果，要及時優(yōu)化勘探方案。若由于現場作業(yè)或孔內條件等情況不能進行掃描時，需要向四周輻射進行探測，直到找到采空空洞邊界。根據探測結果分析、計算采空范圍和體積。

15）每月末分別制定采空區(qū)探測下月計劃，其內容需包括對本月采空區(qū)探測及治理情況的總結、分析，并根據分析結果及時制定和安排下月采空區(qū)探測計劃。探測計劃一定要周密，探測結果要清晰準確，不留死角和隱患，為下一步確定科學合理的治理方案提供堅實可靠的依據。

3.3 技術保障措施

1）須確定1 臺柴油鉆機專門負責采空區(qū)機動探測工作，若出現故障，及時更換其他鉆機，保證滿足探測進度要求。

2）探測過程中，現場穿孔人員要對發(fā)現的采空鉆孔進行素描，以班為單位報調度室，調度室負責在作業(yè)會上通報。若發(fā)現鉆孔有火、冒煙，穿爆人員及時進行堵孔。

3）現場作業(yè)人員若發(fā)現空洞或采空塌陷，應第一時間報調度，由調度通知安監(jiān)員負責設置警示標志、安全警戒范圍。

4）對于已探明采空區(qū)的地質鉆孔，由地測部人員進行現場標定，并與穿爆現場負責人進行對接，發(fā)放采空區(qū)標定通知單，其內容應包括現有標定位置高程、采空區(qū)高度、距煤頂板深度、預測范圍及巷道走向等相關信息。安監(jiān)部門按采空區(qū)標定情況和采空區(qū)相關信息及時設立警戒區(qū)域和明顯警戒標志，并通知相關部門，無關人員和設備嚴禁進入。

5）對于疑似或未探明驗證的采空區(qū)域，由測量人員確定探測范圍并進行標定，安監(jiān)部根據范圍及危險程度設立警戒。危險區(qū)，設立采空區(qū)警示標志；嚴重危險區(qū)，根據探測范圍設立警戒帶。

6）對于危險區(qū)域的端幫干道及平盤半干線，由地測部制定具體探測計劃和治理措施，未進行探測和治理的嚴禁通車。

7）將地質鉆孔資料、勘探鉆孔資料、已發(fā)現空區(qū)資料問題以及問題鉆孔、空區(qū)處理情況匯總并簡要分析后形成《采空區(qū)治理月報》，發(fā)送礦領導及相關部門。

8）意外塌落空洞應及時回填，嚴重危險區(qū)立即標記警示，及時爆破震塌（小范圍爆破）。

9）應對每個采空區(qū)的探測、治理情況進行實時跟蹤，直至采空區(qū)安全渡過。若發(fā)現采空區(qū)有空間變化等情況，及時通知現場生產部門及時制定對策。

4 采空區(qū)及火區(qū)治理

在前期對計劃開采的采空區(qū)全部探明的基礎上，需要結合采剝計劃盡快進行治理，采空區(qū)作業(yè)人員要佩戴好氣體監(jiān)測儀和自救器等防護用品。采場內采空區(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備運行的安全厚度，一般用注漿法填實，以減少端幫運輸道路的中斷時間，對于采空區(qū)跨度大而上部道路又不滿足安全厚度的條件時，應重新規(guī)劃端幫車流，必要時停產，采用爆破法充填后重新修筑端幫道路。

隨著礦坑采剝平盤的推進，結合平盤與采空區(qū)頂板之間的距離、空腔高度和巖土特性等資料，根據采空區(qū)頂板坍塌自堵塞理論和相關軟件計算，來判斷是否滿足設備作業(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)部需及時在爆區(qū)周邊布置警戒，并設置警示牌。采空爆破效果評估小組進行評估，爆破效果一般通過現場爆破塌陷深度衡量[6]，評估認為安全，則進行作業(yè)，如無法確定轟塌，需要制定安全技術措施后進行二次穿孔爆破。

根據多年的采空區(qū)治理經驗，由于采空區(qū)裂隙和鉆孔進入新鮮氧氣后，采空區(qū)內煤層會迅速產生高溫甚至自燃，采空區(qū)上部地表溫度升高，并產生大量有毒有害氣體，上覆巖體進一步跨落，安全性變差。生產過程中應避免采空區(qū)大面積裸露，盡量采用即露即按條帶開采的方式，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)必須成立專門領導組，結合礦山所遺留得采空區(qū)實際，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行預處理、以最快的速度減少煙霧產生，將采空區(qū)的空腔徹底放塌或填實，采空區(qū)域要快穿快放快采[7]，堅決避免有害氣體中毒、早爆及人員設備陷入等安全事故的發(fā)生。

對坑下零星明火調用水車滅火，對大范圍的明火要鋪設管路進行注水滅火，必要時采用三相泡沫滅火[8]，待火區(qū)治理結束后，人員、設備方可進入。對礦坑端幫下的火區(qū)要進行灌漿處理，確保邊坡的穩(wěn)定。對內排土場冒煙、著火區(qū)域采用黃土覆蓋，確保無有毒有害氣體逸出。對高溫火區(qū)進行爆破作業(yè)時，必須經降溫處理合格以后，方可快速裝藥爆破。在有毒有害氣體疑似區(qū)域作業(yè)時，每班進行2 次有毒有害氣體濃度監(jiān)測，并做好記錄報調度備案。有害氣體濃度按照規(guī)程有關規(guī)定嚴格執(zhí)行，超過即撤離人員。

5 結語

在安太堡礦日常生產中，采空區(qū)、火區(qū)存在安全隱患，給安全生產帶來一定的危害。采空區(qū)、火區(qū)探測治理按照“有疑必探、有空必治、先治后采”的管理原則，根據露天礦各平盤的采掘情況，適時進行采空區(qū)探測和及時的有效治理，將隱患提前消滅在萌芽之中，且現場人員嚴格遵循采空區(qū)安全措施作業(yè)，才能有效實現露天礦過采空區(qū)、火區(qū)的安全生產。