采空区

地下固体矿床开采后的空间，及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、 弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围即为采空区。^[3]

采空区按矿产被开采的时间，可划分为老采区、现采区和未来采区。金属矿山的采空区，不仅存在矿柱变形、顶板冐落等井下生产安全隐患，而且会引发地表裂缝、塌陷、沉降和突水等问题，威胁着周边居民的生命和财产安全。^[1]

随着社会经济的高速发展，人类对矿产资源的需求与日俱增，地下矿产资源开采规模不断扩大。在地下金属矿山开采过程中，受开采技术和采矿工艺的限制，以及部分企业无序开采的影响，产生了大量的采空区。这些采空区往往具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、空间形态变异性大及顶板冒落塌陷情况难以预测等特点。采空区一旦失稳将会引发地表塌陷、沉降和突水等事故，甚至发生泥石流和崩塌等地质灾害，严重威胁矿山安全生产和当地生态环境，阻碍经济社会的可持续发展。^[2]

采空区危害形式、原因与范围危害形式发生原因危害范围冲击气浪顶板垮塌整个矿区地下作业 人员、设施矿震垮落岩石造成的机械冲击和岩爆复合作用整个矿区地下作业 人员、设施突水采空区积水突然涌出整个矿区地下作业 人员、设施串风通风路线紊乱整个矿区地下作业 人员、设施应力集中采空区存留加剧岩爆的发生局部作业人员自燃采空区内氧化物反应热量得不到及时的扩散局部作业人员

以上参考资料来源：^[1]

在国外，采空区的探测技术起步较早，经验丰富，技术全面，发展的探测方法较多。在美国，电法、电磁法、地震勘探和微重力法等技术发展全面，具有较高水平，其中以地震CT勘探技术最为突出，高密度电阻率及高分辨率地震反射法技术较成熟；日本是公认的在工程物探技术方面的领跑者，其中地震波法应用最为广泛，电法、电磁法及地球物理测井等方法的应用也较多。在俄罗斯，直流电法、瞬变电磁法、井间电磁波透视及射气测量技术等应用较多。英、法等国家主要采用地质雷达方法，同时微重力法和浅层地震法也有使用。近年来，随着国内金属矿山行业经济快速发展，中国学者也对采空区探测技术及方法进行了大量的研究，并在地球物理探测技术的综合运用、采空区的三维可视化探测领域处于领先水平。赵忠海针对性地选择浅层地震、高密度电阻率、大地电磁测深和探地雷达等物探方法进行探测。罗周全等以空区激光探测系统，利用三维激光对采空区进行扫描探测并搜集相关信息，实现对采空区的三维可视化。随着我国物探技术测量精度和信息处理速度的提高，工程物探成为探明地下采空区的一种重要手段。^[1]

赵国彦根据采空区的形成特点与探测原理，系统总结了可供选择的探测方法，其分类如图所示。^[4]

以上参考资料来源：^[1]

随着矿山开采深度的增加，有关矿山压力等技术问题变得更加复杂，采空区安全问题日益凸显。如何对存在安全隐患的采空区进行控制和处理，是金属矿山开采过程中亟需解决的问题。根据目前国内外金属矿床开采技术，为控制采空区围岩，有效的方法主要有以下几种：

充填处理采空区。充填采空区是通过一定的方式将充填料送入到采空区内部并充填密实，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动。充填处理采空区不仅可以从根本上消除采空区，而且通过尾矿回填能够实现环境保护和废弃物再利用的目标。此外，通过充填法治理采空区可以最大限度地回收残矿资源，是治理采空区最有效、最彻底的方法，也是矿山安全、持续、稳定生产的有力保障。留永久矿柱或构筑人工矿柱。留永久矿柱或构筑人工矿柱处理采空区，一般适用于房柱法、全面法回采，且顶板相对稳定的采空区。该方法是通过留设永久矿柱加强对采空区顶板的控制，是控制上覆岩层下沉的一种方法。因此，设计矿柱尺寸和数量时，应认真研究采空区岩体力学性质和地质构造等实际，综合考虑，以便得到合理的矿柱尺寸并减少灾害的发生。封闭隔离采空区。该方法利用封堵墙将与采空区连接的主要通道进行封堵，使工作区与采空区隔离，避免因顶板突然大面积冒落产生的冲击地压对人员、设备和开采系统造成损害。另外，该方法还可避免矿井通风时发生漏风或混风。因此，构造充分的缓冲层厚度或通往采空区的通道封堵长度是采用封闭隔离法治理采空区的关键。该方法适用于一些分散、采幅不宽而又不连续的采空区。加固法处理采空区。该方法采用锚杆、锚索、金属网、喷射混凝土等现代围岩加固方法与手段，通过分析与数值模拟技术，设计合理的支护参数，提高采空区围岩的整体强度，防止或减缓采空区围岩的冒落或片帮，从而达到控制采空区稳定性的目的。崩落围岩处理采空区。崩落法治理采空区是通过一定的方式将顶板或围岩进行崩落，利用爆落的岩块形成岩石垫层来充填采空区，控制围岩压力，从而达到治理采空区的目的。联合法处理采空区。由于采空区赋存条件各异，生产状况不同，有些采空区内只采用一种处理方法满足不了安全需要，此时可以根据实际情况，利用不同方法的优势，同时采用2种或2种以上的方法进行处理。目前，联合法处理采空区的方法有矿柱支撑与充填法联合、封闭隔离与崩落围岩联合等。^[1]

随着矿山开采深度的增加，冲击地压灾害威胁日趋严重，采空区防治工作难度加大。采空区的稳定性监测分析是矿山开采过程中的一项基础性工作，通过现场监测分析采空区应力、应变、位移随时间的变化，对采空区稳定性情况做出直接反馈，对采空区等矿山灾害预警防治工作具有很好的效果。一般采空区稳定性监测系统如图所示。^[1]

为坚决防范和有效遏制因采空区引发的重特大事故发生，国家相关部门相继出台了相关规定和管理办法。如：2016年6月23日，国务院安委会办公室印发了《金属非金属地下矿山采空区事故隐患治理工作方案》（安委办〔2016〕5号）；2020年4月，国务院安委会印发了《全国安全生产专项整治三年行动计划》，在非煤矿山安全整治领域的专项整治实施方案中，明确指出要严密管控顶板管理等重点环节的重大安全风险；2021年8月17日应急管理部第27次部务会议审议通过的《应急管理部关于修改〈煤矿安全规程〉的决定》中将第二百七十四条修改为：“矿井必须制定防止采空区自然发火的封闭及管理专项措施。采煤工作面回采结束后，必须在45天内进行永久性封闭，每周至少1次抽取封闭采空区内气样进行分析，并建立台账；2022年4月22日，国家矿山安全监察局《关于开展非煤地下矿山隐蔽致灾因素普查治理工作的通知》（矿安〔2022〕76号）中明确提出开展采空区及周边老窑致灾因素普查治理工作。^[2][5]