采空区的危害及探测方法分析
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采空区的危害及探测方法分析
鞍山地区铁矿开采历史有百余年，开采方式为露天和井下开拓。早在20世纪初期日本人就在齐大山、弓长岭等矿区对地下富铁矿进行掠夺性开采，造成地下多处采空区。近年来，地方小矿点的不规范的乱采乱挖，导致采空区的具体位置、埋深、大小等资料不详。这些分布位置不确定采空区给矿山生产和生活带来巨大隐患。
1 采空区的危害
矿山采空区的塌陷、涌水和边坡失稳是最为严重的矿山地质灾害之一，采空区给正常采矿生产带来了极大的威胁，给深部铁矿资源开采利用，采矿工程计划执行带来极大困难。同时地下采空区严重威胁着矿山设备和人员的安全，也给矿山的爆破质量及爆破安全造成严重的安全隐患。且铁矿山采空区受强电磁、复杂地质构造和大型设备作业等因素影响，精准探测和治理难度极大。其危害主要有以下几点：
①给整个露天矿坑体的设计带来困难；
②露天矿采坑采空区施工中机械和人员的不安全；
③采空区爆破处理时会产生矿体的贫化和损失；
④采空区中的放射性金属对施工人员的危害；
⑤影响采空区二次引爆的打钻施工；
⑥采空区中矿井积水对施工作业的影响。
2 弓长岭矿区铁矿山采空区探测地质特征及地球物理条件
2.1 弓长岭一矿区地质特征
本次探测区打的位于弓长岭褶皱中，主要形式为主要构造形式为褶皱构造及与之相伴生的断裂构造。区内断裂构比褶皱构造发育更为明显，花岗伟晶岩对矿体有着较大破坏的，只是影响深度和范围有限。从矿床地质特征分析，矿体受到褶皱、断层和含铁岩系的控制，并且矿石类型、结构构造特征决定了矿体与围岩在地球物理性质较为复杂特征。 2.2 主要岩矿石的电磁参数特征
2.2.1 磁性特征
根据1974年鞍本地区航空磁测报告（冶金部物探公司航测二队，1975）资料，弓长岭铁矿各矿区的磁铁矿体具有较强的磁性，与围岩有显明的差异。
2.2.2 电阻率特征
本文主要利用岩和矿石的电阻差异性可以直接寻找矿源。结合该区域内岩矿体分布情况，本文模型中设定矿体电阻率、围岩及夹石的电阻率、采空区电阻率分别为1000Ω·m，2000Ω·m，*****Ω·m，采空区充水情况下电阻率由水决定，为10Ω·m。
2.3 铁矿大型多层采空区探测的应对之策与突破点
2.3.1 基础地质调查
基础地质调查主要针对探测区的地质特征研究展开，研究地层的分布规律、褶皱和断裂的错矿和移矿规律、矿体的分布规律，并进行相关的岩矿石的地质-地球物理特征测试分析，如磁化率、电阻率等。此方面主要通过现场地质调查、路线测量完成，并结合矿区已有勘探资料展开。
2.3.2 地球物理探测
地球物理探测方面，主要通过地震影像法-高密度电阻率法-瞬变电磁法组合，磁法扫面测量为辅助验证开展。
高精度磁法探测，通过观测和分析岩矿石（或其他探测对象）磁性差异所引起的磁异常，进而研究地质构造和矿产资源（或其他探测对象）的分布规律的一种地球物理勘探方法。
地震映像（又称高密度地震勘探和地震多波勘探），是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用浅地层勘探方法。这种方法可以利用多种波作为有效波来进行探测，也可以根据探测目的要求仅采用一种特定的波作为有效波。
2.3.3 钻探验证
在地质、地球物理勘查的基础上，对圈定的采空区异常进行潜孔钻钻探验证，一方面可以准确验证采空区的存在，另一方面可以排除假采空区异常，为地质-地球物理调查提供第一手的翔实资料。与此同时，潜孔钻验证也为三维激光扫描提供了工作环境。
2.3.4 三维激光精细测量
在采空区的规模和范围确定过程中，基础地质研究是先锋，地球物理探测扫面实时跟进，并对可疑区辅以钻孔验证，以确定采空区的位置、埋深和厚度，但要进一步精确测定采空区实际大小、范围和体积，依靠上述技术很难完成，尤其对于分布凌乱、形状无规则的大型-超大型采空区来说更是困难重重。为此，针对现实问题，课题组结合目前最新的测绘技术-三维激光扫描技术（也称实景复制技术），可以完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据。该解决方案主要通过对已知空区验证钻孔下三维激光测量探头，对验证采空区进行逆向三维数据采集和模型重构，以海量测绘数据为支撑，建立逼近原形的采空区实体模型（图1）。
2.3.5 地质-地球物理-钻探-三维激光扫描互反馈
面对今年工作中遇到的大型-超大型采空区和采空区群探测难题，基于对采空区精准探测的系统认识，作为空区探测新策略（基础地质研究、探测技术方法优化组合、浅孔钻实时跟进、三维激光扫面建体技术和数学-物理模型于一体的整体化、集成化和精准化解决方案）中重要的一环，新增了三维激光扫面建体互反馈技术，并与基础地质研究、地球物理探测和钻探有机结合，实现空区探测技术的跃升。
3 结论
①详细分析了采空区的特点、分类及危害，介绍了常见的探测手段、稳定性分析方法及综合治理方法。
②介绍了弓长岭地下矿山采空区探测、分析及治理的成功案例，表明该一体化空区围岩稳定性评判综合治理技术在矿山具有良好的应用效果，为我国其他地下矿山采空区治理提供了经验。
