地下采礦活動(dòng)產(chǎn)生的采空區(qū)，嚴(yán)重誘發(fā)了地質(zhì)災(zāi)害，造成了生態(tài)環(huán)境的破壞。如何有效治理采空區(qū)，不僅是綠色礦山建設(shè)的要求，也是生態(tài)文明建設(shè)的需要。

　　在2015中國國際礦業(yè)大會(huì)綠色礦山論壇上，一直致力于采空區(qū)綠色技術(shù)研究的北京中色資源環(huán)境工程有限公司總經(jīng)理丁繼新，發(fā)表了《我國采空區(qū)隱患以及綠色治理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀》的專題演講，就如何采用先進(jìn)綠色治理技術(shù)，消除采空區(qū)隱患，促進(jìn)綠色礦山和生態(tài)文明等進(jìn)行了詳細(xì)講解。

　　記者：礦山采空區(qū)是如何形成的？有哪些危害？

　　丁繼新：采空區(qū)是礦山開采的專業(yè)術(shù)語，金屬礦山開采中稱為“空區(qū)”、“空場”，煤炭開采中也稱“老窿”、“老塘’。采空區(qū)概念有廣義和狹義之分。廣義的采空區(qū)概念，即因人為作用在地下采挖出的所有空間；狹義的采空區(qū)概念，即因人為開采出礦體而遺留的空間。由于采空區(qū)是礦山開采的專業(yè)術(shù)語，因此，在礦山行業(yè)，“因采礦活動(dòng)而產(chǎn)生”應(yīng)該是采空區(qū)的第一特征。

　　我國已建成國有礦山1萬多個(gè)，個(gè)體礦山10萬多個(gè)，每年從地下開采出約50億噸礦石。在礦產(chǎn)資源開采過程中，由于經(jīng)歷過嚴(yán)重的失控階段，亂采濫挖一度泛濫，采后又未處理，導(dǎo)致我國眾多礦點(diǎn)空區(qū)叢生。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局對全國25個(gè)省市的457家金屬非金屬大中型礦山采空區(qū)所開展的調(diào)查，截至2008年，我國采空區(qū)的面積達(dá)到4.32億立方米。大量采空區(qū)的存在及其失穩(wěn)，造成了礦區(qū)周邊地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)環(huán)境破壞及一系列安全事故的發(fā)生等。

　　記者：我國采空區(qū)隱患具有哪些特征？

　　丁繼新：一是大型采空區(qū)數(shù)量比重小，但總體積比重大。根據(jù)國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局調(diào)查結(jié)果，將所調(diào)查全國25個(gè)省市的457家礦山采空區(qū)規(guī)模按照小于50萬立方米、50萬立方米~100萬立方米、100萬立方米~500萬立方米、500萬立方米~1000萬立方米、大于1000萬立方米進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)分析。由統(tǒng)計(jì)圖可以看出，從全國范圍來看，小于50萬立方米的采空區(qū)數(shù)量最多，占到總數(shù)的66.3%。100萬立方米至500萬立方米的采空區(qū)數(shù)量占到21.9%，大于500萬立方米的采空區(qū)數(shù)量僅占4.6%。但是從體積規(guī)模來看，全國大于100萬立方米采空區(qū)的總體積規(guī)模占到82.5%，大于500萬立方米采空區(qū)的總體積規(guī)模占到40.9%。由此可見，大型礦山開采產(chǎn)生的大型采空區(qū)在全國數(shù)量上雖相對較少，但其規(guī)模卻占據(jù)了全國采空區(qū)規(guī)模的大部。因此，需要密切關(guān)注這些大型采空區(qū)的穩(wěn)定與安全，防止大型群發(fā)性災(zāi)害的發(fā)生。

　　二是不同行業(yè)采空區(qū)數(shù)量和規(guī)模的結(jié)構(gòu)存在差異性。將調(diào)查結(jié)果按照黃金、黑色和有色礦山不同行業(yè)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)分析，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，黃金礦山不同采空區(qū)的數(shù)量以小于50萬立方米為主，規(guī)模普遍較小，無超過1000萬立方米的采空區(qū)。與之相似，黑色礦山不同采空區(qū)的數(shù)量也以小于50萬立方米為主，規(guī)模普遍較小。但是該行業(yè)礦山中500萬立方米~1000萬立方米和超過1000萬立方米的采空區(qū)也占據(jù)較大比例。與之不同的是，有色礦山不同規(guī)模的采空區(qū)在數(shù)量上差異相對較小，即有色礦山具有多種不同規(guī)模類型的采空區(qū)。在三個(gè)行業(yè)的采空區(qū)中，除了小于50萬立方米的采空區(qū)數(shù)量最多外，體積規(guī)模在100萬立方米~500萬立方米的采空區(qū)數(shù)量占據(jù)第二（但其總體積在各類采空區(qū)中占據(jù)第一）。因此，體積規(guī)模在100萬立方米~500萬立方米的采空區(qū)特征、危害及防治等需引起更多的關(guān)注。

　　記者：我國采空區(qū)塌陷災(zāi)害具有哪些特點(diǎn)，對生態(tài)環(huán)境和安全生產(chǎn)造成了哪些危害？

　　丁繼新：采空區(qū)塌陷災(zāi)害具有隱蔽性、突發(fā)性和危害性大等特點(diǎn)。采空區(qū)的失穩(wěn)將直接造成地面塌陷、地裂縫、崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，破壞當(dāng)?shù)毓?、橋梁、建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施；毀壞農(nóng)田、莊稼和森林等生態(tài)系統(tǒng)；改變地下水的水質(zhì)水量和流動(dòng)狀態(tài)等水文系統(tǒng)。近年來，由于采空區(qū)塌陷具有隱蔽性和突發(fā)性等特點(diǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)了諸多危害性較大的地質(zhì)環(huán)境安全事故。這一點(diǎn)從部分已見諸報(bào)道的災(zāi)害就可以看出，如2002年5月22日，云南省蘭坪縣南場鉛鋅礦因采空區(qū)突發(fā)地面塌陷，導(dǎo)致5人失蹤。2005年12月26日，河南安陽三鑫工貿(mào)公司都里鐵礦因采空區(qū)突發(fā)大面積塌陷，形成了長約100米、寬約50米、深約60米的塌陷坑。2006年8月19日，石門縣天德石膏礦因采空區(qū)大面積冒頂引發(fā)了大面積坍塌，塌陷區(qū)面積約1.8萬平方米，塌陷區(qū)中心下沉約15米，造成了9人死亡的災(zāi)難。2011年2月13日，鄂州市汀祖鎮(zhèn)丁坳村大銅坑礦區(qū)突然發(fā)生地表塌陷，形成了約5200平方米的大深坑。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國已發(fā)生大規(guī)模采空區(qū)塌陷災(zāi)害200余處，累計(jì)塌陷面積70萬公頃以上，經(jīng)濟(jì)損失超過500億元。

　　記者：治理未動(dòng)，基礎(chǔ)先行。在治理采空區(qū)塌陷之前應(yīng)該做好哪些基礎(chǔ)性工作？

　　丁繼新：一是對采空區(qū)進(jìn)行調(diào)查識(shí)別。為消除采空區(qū)的安全隱患，必須開展采空區(qū)的調(diào)查工作，查明采空區(qū)的分布、范圍、規(guī)模等。只有對采空區(qū)的空間分布狀態(tài)有了充分的了解，治理才能有的放矢。

　　對于采空區(qū)的識(shí)別，目前主要是以工程地質(zhì)和采礦情況調(diào)查、工程鉆探、地球物理勘探為主，輔以變形觀測和水文試驗(yàn)等。在識(shí)別過程中，應(yīng)首先進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)和采礦情況調(diào)查，大概確定采空區(qū)部位、范圍及其周邊的工程地質(zhì)特征；然后根據(jù)測區(qū)地形、地質(zhì)條件，選擇適宜的地球物理探測方法進(jìn)行探測。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，許多新方法、新技術(shù)不斷地被引入物探領(lǐng)域，為地球物理方法的進(jìn)一步發(fā)展開辟了廣闊的空間。如常用的地球物理探測方法有：重力勘探方法，即利用地下采空區(qū)質(zhì)量虧損或盈余，在地表觀測他們所引起的重力異常特征，從而確定地下采空區(qū)的分布、大小、邊界等。電磁方法，即根據(jù)地質(zhì)體導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的不同，利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行采空區(qū)的探測，具體包括高密度電阻率層析成像法、瞬變電磁勘探法、甚低頻電磁法和地質(zhì)雷達(dá)法等方法。地震勘探，即利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異來進(jìn)行采空區(qū)的探測。最后再根據(jù)調(diào)查及物探結(jié)果，布設(shè)鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，從而綜合分析地質(zhì)、物探和鉆探資料，圈定采空區(qū)的分布、范圍、規(guī)模等。

　　二是采空區(qū)穩(wěn)定性分析評價(jià)。在識(shí)別了采空區(qū)之后，對于其穩(wěn)定性如何，是否進(jìn)行及如何采取有效的治理方法等，需要進(jìn)行計(jì)算分析。當(dāng)前對采空區(qū)穩(wěn)定性評價(jià)多以定性評價(jià)為主，定量評價(jià)方法正在逐步發(fā)展和應(yīng)用，如可采用理論經(jīng)驗(yàn)公式法、預(yù)計(jì)法、塊體理論法、數(shù)值模擬方法和安全評價(jià)法等。理論經(jīng)驗(yàn)公式法通過計(jì)算采空區(qū)最大冒落帶高度和最大導(dǎo)水裂隙帶高度，以最大導(dǎo)水裂隙帶高度作為評價(jià)采空區(qū)是否會(huì)形成地面塌陷、地表發(fā)生裂隙變形的判定指標(biāo)。當(dāng)采空區(qū)頂板埋深小于最大導(dǎo)水裂隙帶高度時(shí)，對應(yīng)的采空區(qū)地表水平投影范圍屬破壞性影響區(qū)，為不穩(wěn)定的采空區(qū)范圍。預(yù)計(jì)法主要對頂板承載力、剩余地表變形量及殘留空硐的穩(wěn)定性、地表破壞范圍等進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)值模擬方法在采空區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算中的應(yīng)用。如可使用有限單元法（如ANSYS）、有限差分法（如FLAC）及離散單元法（如UDEC）等，這為地質(zhì)及采礦工程分析提供了有效的工具。

　　記者：我國采空區(qū)綠色治理技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用情況如何？

　　丁繼新：對于采空區(qū)的治理，應(yīng)構(gòu)建“災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)后治理”的防治體系。在災(zāi)前預(yù)防中，應(yīng)充分遵循“避開”原則：一方面，編制采空區(qū)治理布驟，合理避讓村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等重要工程設(shè)施區(qū)；另一方面，在建筑選址時(shí)，以盡量避開采空區(qū)為宜，尤其是礦層急傾斜的礦區(qū)。

　　在已有建筑物的地下開采，或建筑物要通過正開采的礦區(qū)以及無法避開采空區(qū)時(shí)，可采取多種治理技術(shù)進(jìn)行處理。目前，國內(nèi)外采空區(qū)治理技術(shù)主要有崩落法、充填法、支撐法和封閉隔離法以及這4個(gè)基本方法的組合方法。這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)及其周邊具體情況，選擇適宜的方法，充分發(fā)揮其優(yōu)越性，克服其局限性。下面就其中主要和常用的方法進(jìn)行說明：

　　采空區(qū)頂板崩落法是崩落上方圍巖，對采空區(qū)進(jìn)行充填，從而充滿采空區(qū)或形成緩沖墊層，可以防止采空區(qū)突然垮落造成的氣浪等。這種方法操作簡單，治理費(fèi)用較低，能有效防止采空區(qū)大面積突然塌陷，在礦山充填中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　采空區(qū)充填法是最有效和環(huán)保效果最好的空區(qū)處理方法。它用充填材料充滿采空區(qū)，支撐采空區(qū)圍巖，防止頂板發(fā)生位移和失穩(wěn)，達(dá)到控制塌陷的目的。常規(guī)的充填材料有膏體、矸石、風(fēng)積沙、發(fā)泡水泥和高水材料等，以及近年來的多種人造特殊材料，如瑞米充填材料等。按照充填位置、充填量、充填動(dòng)力和充填物質(zhì)等，充填法可以分為多種類型。在充填過程中，如何消除充填剩余采空區(qū)，使充填料與頂板結(jié)頂，是施工工藝中的關(guān)鍵，也是目前國內(nèi)外礦山廣泛關(guān)注并亟待解決的技術(shù)難題。

　　采空區(qū)注漿治理技術(shù)則是屬于部分充填方法。根據(jù)施工工藝，可將其分為采空區(qū)條帶充填技術(shù)、冒落區(qū)注漿充填技術(shù)和分區(qū)隔離注漿充填技術(shù)等。目前，在有地表高速公路、鐵路及其他重要建筑物通過采空區(qū)時(shí)，許多工程都采用了采空區(qū)注漿充填加固的方法。

　　總之，采空區(qū)治理應(yīng)充分重視災(zāi)前預(yù)防，充分遵循“避開”原則進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。目前我國的采空區(qū)防治工作正朝著定量化分析，空區(qū)處理和資源開采協(xié)同進(jìn)行，綠色環(huán)保無害化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采空區(qū)的防治手段必將越來越豐富、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)。