金属非金属矿山井下采空区探测、充填治理工程实践分析

宋波

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摘要：金属非金属矿山地下开采过程中遗留的大量井下采空区，是制约矿山安全生产、引发地质灾害、造成资源浪费的核心隐患。采空区具有隐蔽性强、空间形态不规则、赋存条件复杂、稳定性动态变化的特点，易诱发顶板垮落、围岩坍塌、地表塌陷、地压失衡等灾害，严重威胁井下作业人员与设备安全，同时造成大量残矿资源无法回收。为有效解决采空区探测精度不足、治理方案针对性差、充填效果不达标的行业痛点，本文结合井下采矿工程实际，系统梳理传统采空区探测与治理工作的短板问题，剖析各类探测技术的适配场景与优劣特性，探究不同工况下充填治理工艺的应用要点，结合现场工程实践总结标准化、可落地的探测与治理技术体系。研究结果表明，采用多技术融合精准探测、差异化充填工艺、全过程质量管控的治理模式，可精准锁定采空区隐患、大幅提升围岩稳定性、实现残矿资源二次利用，有效降低矿山地质灾害风险。研究成果可为金属非金属矿山采空区隐患治理、安全生产提质、资源高效利用提供可靠的工程参考，具备较强的实践价值与推广意义。

关键词：金属非金属矿山；井下采空区；精准探测；充填治理；地质灾害；工程实践

一、引言

金属非金属矿山长期采用空场法、留矿法开采，井下形成大量未及时处理的隐蔽采空区，随着开采深度持续增加，采空区群规模不断扩大、空间分布愈发复杂，围岩长期处于应力失衡状态，安全隐患持续累积。与煤矿采空区相比，金属非金属矿山矿体赋存形态复杂、围岩岩性差异大、采空区大小不一、零散分布特征显著，常规探测手段难以精准摸清空间形态与稳定性状态，单一治理工艺无法适配复杂空区工况，极易出现治理不彻底、隐患反复的问题。

现阶段多数矿山存在重开采、轻治理的问题，采空区探测依赖传统钻探手段，探测效率低、盲区多、数据精度差；充填治理存在方案同质化、工艺不规范、质量管控缺失等问题，部分充填工程存在密实度不足、固结强度不够、接顶效果差等缺陷，无法从根本上消除空区安全隐患。因此，优化采空区精准探测技术、适配差异化充填治理工艺、构建全流程工程管控体系，是实现矿山安全开采、隐患根治、资源回收的关键举措，对推动金属非金属矿山绿色、安全、高效、可持续发展具有重要意义。

二、井下采空区主要危害及治理难点

2.1 采空区主要安全与资源危害

井下采空区最核心的危害是诱发地压灾害，采空区形成后会打破原始岩体应力平衡，周边围岩应力持续集中，随着采掘作业推进与时间推移，极易出现顶板弯曲下沉、围岩开裂剥落、大面积垮塌等现象，严重时引发连锁坍塌与地表塌陷，损毁巷道、设备，威胁井下作业安全。同时，零散隐蔽采空区会阻断采掘作业通道，导致大量边角残矿无法回收，造成矿产资源严重浪费。此外，未治理采空区易积聚有害气体、积水，大幅提升井下通风、排水管控难度，增加矿山日常运维安全风险。

2.2 采空区探测与治理核心难点

探测层面，深部采空区围岩破碎、巷道复杂、视线受阻，单一钻探探测仅能获取局部点位数据，无法还原采空区整体空间形态、边界范围、围岩破碎程度，存在探测盲区大、数据滞后、效率低下的问题。常规物探技术易受井下设备、管线、岩体不均质干扰，探测误差较大，难以满足精准治理需求。治理层面，采空区赋存工况差异化显著，高位空区、低位空区、零散小型空区、连片空区的治理需求不同，同质化充填工艺适配性差；同时井下输送距离长、空间受限，充填物料配比、输送工艺、接顶质量难以精准把控，充填体密实度、固结强度难以保障，治理效果参差不齐。

三、采空区精准探测技术适配与工程应用

结合井下复杂工况，摒弃单一探测模式，构建“物探扫描+钻探验证+三维建模”的多技术融合精准探测体系，兼顾探测效率、精度与全面性，彻底解决传统探测技术短板。

高密度电阻率法与地质雷达物探技术适用于浅层、零散隐蔽采空区普查，依托岩体电性、波速差异，快速扫描井下未知空区范围，精准圈定空区边界、破碎围岩区域，具备探测速度快、无损伤、适配性广的优势，可快速排查巷道周边隐蔽隐患区域。对于深部、大型连片采空区，采用钻孔探测技术精准校核，通过定向钻孔实测空区高度、纵深、围岩状态，弥补物探技术精度不足的缺陷，消除探测盲区。

探测完成后依托三维建模技术，整合所有探测数据，构建采空区精细化三维模型，精准还原空区空间形态、分布位置、围岩稳定性、周边巷道布局，直观呈现空区隐患等级。基于模型数据完成治理分区划分，为差异化充填方案设计、工程量核算、施工布局提供精准数据支撑，实现“先探测、后建模、再精准治理”的科学化作业模式。

四、采空区差异化充填治理工艺与工程实践

基于采空区大小、位置、埋深、稳定性差异，分类采用膏体胶结充填、干式充填、高水材料充填等差异化工艺，匹配不同工况空区治理需求，兼顾治理质量、经济性与施工效率。

对于井下主力大型采空区、巷道周边高危空区，采用膏体胶结充填工艺，以矿山尾砂、碎石、粉煤灰为主要原料，搭配专用胶结剂配比制备膏体充填料，通过管道泵送实现远距离输送。该充填体流动性强、固结速度快、密实度高、整体性好，充填后可快速形成稳定支撑结构，有效抵抗围岩应力，杜绝顶板坍塌隐患，同时可最大限度回收周边残矿资源，适配长期安全治理需求。工程实践中，需根据围岩力学参数优化物料配比，严控料浆浓度与输送压力，避免堵管、离析问题，保障充填体均匀固结。

对于小型零散空区、低位边角空区，采用干式废石充填工艺，利用井下掘进废石、碎石就地充填，无需复杂配比与泵送设备，施工便捷、成本低廉，可快速填充空区、压实围岩，实现简易隐患治理，同时解决井下废石堆存环保问题。对于顶板破碎、积水较多、施工空间狭小的复杂空区，采用高水速凝充填材料，该材料凝结速度快、流动性极强，可快速渗透填充狭小缝隙，短时间内形成完整充填体，适配复杂受限工况治理。

同时优化充填施工流程，严格执行空区预处理、管道布设、分层充填、接顶压实、养护固化的标准化工序，对高位空区采用分层分次充填工艺，避免一次性充填压力过大引发围岩扰动；对充填薄弱区域增设加固支护，全方位保障充填治理效果。

五、治理质量管控与工程成效分析

为杜绝充填工程质量隐患，构建全过程质量管控体系。施工前精准校核探测数据与治理方案，明确充填参数与质量标准；施工中实时监测料浆配比、输送流量、充填厚度，严控施工偏差；施工完成后采用物探复测、钻孔抽检方式，检测充填体密实度、接顶率与固结强度，确保充填质量达标。同时建立治理台账，记录空区参数、施工工艺、检测数据，实现治理全过程可追溯。

工程实践表明，多技术融合探测体系可彻底消除采空区探测盲区，精准识别各类隐蔽隐患，探测准确率大幅提升。差异化充填治理工艺可适配各类采空区工况，充填体稳定性强、贴合度高，有效平衡围岩应力，杜绝顶板垮落、地表塌陷等地质灾害。同时充填治理可消耗矿山固废、回收残矿资源，实现安全生产、资源利用、生态治理多重效益，大幅降低矿山后期运维成本。

六、结论

井下采空区隐患是制约金属非金属矿山安全生产的核心难题，隐蔽性强、危害大、治理难度高。传统单一探测技术精度不足、同质化治理工艺适配性差，难以实现隐患根治。本文结合工程实践，构建多技术融合精准探测体系，可全面、精准摸清采空区空间形态与隐患特征，为治理方案设计提供数据支撑；通过分类实施膏体胶结充填、干式充填、高水材料充填的差异化治理工艺，有效适配不同工况采空区治理需求，解决了传统充填密实度不足、接顶效果差、稳定性弱的问题。配套全过程质量管控体系，可全方位保障采空区治理质量，彻底消除地质灾害隐患，提升矿产资源利用率。该套探测与治理技术体系落地性强、性价比高、适配性广，可为同类矿山采空区隐患治理、安全提质增效提供成熟的实践参考，对推动矿山行业安全绿色高质量发展具有重要的工程价值。

参考文献

[1] 时传龙. 基于3Dmine的采空区治理工程实践[J]. 黄金,2024(10):62-65.

[2] 梁超, 远义飞, 王言泰. 矿山采空区状态探查及其稳定性评价[J]. 中国矿业,2023(08):145-152.

[3] 张军. 金属矿山井下采空区精准探测与充填治理技术应用[J]. 矿业工程,2024(03):78-81.

[4] 李磊. 复杂工况下矿山采空区差异化充填治理工艺研究[J]. 采矿技术,2025(02):90-93.

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