柴 源

(萬城商務(wù)東升廟有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 烏拉特后旗 015543)

東升廟鉛鋅礦采空區(qū)治理研究

柴 源

(萬城商務(wù)東升廟有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 烏拉特后旗 015543)

東升廟鉛鋅礦井下采空區(qū)約80.3萬m3，礦山采用充填法和崩落法2種方式治理采空區(qū)，重點(diǎn)介紹了3#礦體采空區(qū)充填治理。并在治理采空區(qū)的過程中輔以現(xiàn)代科技監(jiān)測手段，并且通過優(yōu)化采礦方法等措施管理采空區(qū)，為井下生產(chǎn)提供安全指導(dǎo)。通過治理采空區(qū)，可從根本上排除礦山存在的最大安全隱患，達(dá)到安全持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

采空區(qū)治理；充填；采礦方法；監(jiān)測設(shè)備

東升廟鉛鋅礦是鉛鋅硫鐵多金屬地下礦山，共有4條礦脈，分別為1#、2#、3#、4#礦體。1#礦體規(guī)模很小，回采已結(jié)束。各礦體之間約有50 m間距，采空區(qū)未連通，開采時(shí)相互之間無影響。其中3#礦體為主采礦體，礦體圍巖主要為絹云石墨片巖，其次為白云石大理巖，整體穩(wěn)固性較好。

1 礦山采空區(qū)現(xiàn)狀

東升廟鉛鋅礦建礦初期采用淺孔留礦法回采，分段高度30 m?，F(xiàn)采用分段空場法，分段高度40 m，中間設(shè)置一個(gè)鑿巖分層，采用中深孔落礦，底部采用塹溝式底部結(jié)構(gòu)，出礦設(shè)備采用電動(dòng)裝巖機(jī)配合0.75 m3礦車，有軌運(yùn)輸。自上而下共4個(gè)回采中段，分別為960 m中段、930 m中段、890 m中段、850 m中段。

東升廟鉛鋅礦采空區(qū)主要集中于3#礦體，由于歷史原因，各中段之間未留頂柱，垂直方向已貫通?？諈^(qū)由4條寬15 m的礦柱分割開來，共形成5個(gè)采空區(qū)，由東向西分別為1號(hào)至5號(hào)采場?？諈^(qū)體積合計(jì)約80.3萬m3。3號(hào)采場向上140 m為地表河床，地表不允許塌陷。采空區(qū)分布情況見表1。

表1 3#礦體采空區(qū)分布情況

東升廟鉛鋅礦采空區(qū)具有垂直高度高、空區(qū)面積大、支撐物少等特點(diǎn)。顯然，4條礦柱是支撐巨大采空區(qū)的主要構(gòu)筑物。隨著礦山開采的深入，采空區(qū)體積仍將逐漸增大，當(dāng)壓力達(dá)到礦柱承受極限時(shí)，將造成礦柱崩裂坍塌，進(jìn)而引起頂板大面積冒落，甚者可能引起地表陷落[1]。所以，礦柱的穩(wěn)定性是決定采空區(qū)是否安全的主要因素。影響礦柱穩(wěn)定性的主要因素可以歸納為以下幾點(diǎn)：

(1) 礦柱內(nèi)已有的工程布置。在采礦過程中，礦柱內(nèi)會(huì)布置平巷、天溜井等工程。隨著時(shí)間的推移，受風(fēng)化、水浸、震動(dòng)等外部因素的影響，礦柱局部的穩(wěn)定性將逐漸降低，從而影響礦柱整體的穩(wěn)定性。

(2) 回采爆破擾動(dòng)。對于礦柱而言，長期反復(fù)受到回采爆破地震波和空氣沖擊波的作用，會(huì)使礦柱某一區(qū)域處于疲勞狀態(tài)，降低礦柱的承壓能力。

(3) 礦柱不規(guī)則的外表形態(tài)。礦柱在回采過程中難免會(huì)出現(xiàn)局部超欠挖，所以，礦柱的外表形態(tài)必然是不規(guī)則的，因此會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力超過該區(qū)域承受極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂隙、局部垮落等現(xiàn)象，從而影響礦柱整體穩(wěn)定性。

綜上，對于礦山面臨的采空區(qū)過大問題，當(dāng)務(wù)之急是保護(hù)好現(xiàn)有的4條礦柱，依靠礦柱支撐頂板和上下盤圍巖，確保其不會(huì)垮塌。而從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度考慮，對采空區(qū)采取合理有效方法進(jìn)行治理，改進(jìn)現(xiàn)用的采礦方式，才能徹底解決采空區(qū)過大而帶來的安全隱患[2￣3]。

2 采空區(qū)治理措施

2.1 主要治理措施

東升廟鉛鋅礦治理采空區(qū)主要采取崩落法和充填法2種方法。1#、2#、4#礦體規(guī)模小，計(jì)劃采用崩落頂板圍巖的方式處理采空區(qū)。3#礦體規(guī)模較大，空區(qū)隱患突出，計(jì)劃采用充填的方式治理采空區(qū)。以下著重介紹3#礦體采空區(qū)充填治理。

3#礦體采空區(qū)充填的基本原則為：

(1) 采礦結(jié)合充填，充填優(yōu)先；

(2) 加大灰砂比，為后期礦柱回收做準(zhǔn)備；

(3) 優(yōu)先充填1號(hào)和2號(hào)采場，保護(hù)其中礦柱的完整性和穩(wěn)定性。隨后充填3號(hào)采場，及早排除地表河床帶來的安全隱患；

(4) 實(shí)行多采場交替充填，保證充填水可以順利排出，降低側(cè)壓力對礦柱的影響。

為實(shí)現(xiàn)合理充填，礦山結(jié)合自身安全生產(chǎn)條件制定了詳細(xì)的充填計(jì)劃，并確定了充填順序。第一年(不包括試充填期)充填1號(hào)和2號(hào)采場，第二年充填1號(hào)、3號(hào)和5號(hào)采場，第三年充填1號(hào)、3號(hào)和4號(hào)采場。具體見表2。

表2 3#礦體充填計(jì)劃 /m3

按25萬m3/a充填能力推算，充填站投入使用后，1 a內(nèi)可有效緩解采空區(qū)安全隱患，2 a內(nèi)采空區(qū)安全隱患基本得到控制，3 a內(nèi)采空區(qū)安全隱患徹底消除。從第4 a開始可實(shí)行充填采礦法，實(shí)現(xiàn)安全連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的目的[4￣5]。

2.2 輔助治理措施

2.2.1 安裝監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備

監(jiān)測預(yù)防是指利用現(xiàn)代科技手段或采取必要的預(yù)防措施，對采空區(qū)實(shí)施監(jiān)測管理，全面了解采空區(qū)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，為井下安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。監(jiān)測預(yù)防無法從根本上解決采空區(qū)帶來的安全隱患，但是可以為礦山安全生產(chǎn)作指導(dǎo)。礦山為監(jiān)測采空區(qū)先后建設(shè)了微震監(jiān)測系統(tǒng)、位移監(jiān)測系統(tǒng)以及地壓監(jiān)測系統(tǒng)。

微震監(jiān)測系統(tǒng)是通過監(jiān)測巖體破裂或其他因素引起的震動(dòng)，對監(jiān)測對象的破壞狀況、安全狀況等作出安全評價(jià)，從而為預(yù)報(bào)和控制災(zāi)害提供依據(jù)的成套設(shè)備和技術(shù)。該系統(tǒng)在井下設(shè)有傳感器，傳感器收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過線纜傳輸至地表監(jiān)控室主機(jī)，從而分析監(jiān)控區(qū)域內(nèi)巖體活動(dòng)情況。該系統(tǒng)可按設(shè)定自動(dòng)過濾由生產(chǎn)活動(dòng)引起的較大震動(dòng)，著重監(jiān)測由礦柱本身引起的人無法直接觀察的內(nèi)部活動(dòng)。

位移監(jiān)測系統(tǒng)是通過紅外測距技術(shù)監(jiān)測兩個(gè)相鄰物體相對位移的系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)可精確到0.1 mm，主要用于監(jiān)測兩條相鄰礦柱之間的位移。位移監(jiān)測系統(tǒng)在井下設(shè)有紅外發(fā)射器以及反射板，系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過專用線纜實(shí)時(shí)傳輸至地表監(jiān)控室主機(jī)。該系統(tǒng)可設(shè)定安全數(shù)據(jù)范圍和接受危險(xiǎn)預(yù)警手機(jī)號(hào)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送提醒信息至預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)。

地壓監(jiān)測系統(tǒng)是指在既定位置安裝傳感器，用來監(jiān)測該位置地壓變化情況的監(jiān)測系統(tǒng)。傳感器會(huì)自動(dòng)儲(chǔ)存監(jiān)測數(shù)據(jù)，由專業(yè)人員定期去現(xiàn)場采集，然后用地面主機(jī)專用軟件分析，可以為采空區(qū)管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2.2 規(guī)范采礦

礦山在采礦方面存在很多問題，解決這些問題將是一個(gè)持續(xù)不斷、循序漸進(jìn)的過程，在未來幾年，礦山將分兩個(gè)階段去實(shí)施采礦。

第一階段：在前三年內(nèi)以充填為主，采礦為輔。這時(shí)充填主要以治理采空區(qū)為主，采礦需為充填讓步，且回采工作轉(zhuǎn)移至另外兩個(gè)礦體，必要時(shí)適當(dāng)降低生產(chǎn)能力，確保井下安全生產(chǎn)。同時(shí)要逐步規(guī)范采礦方法，按標(biāo)準(zhǔn)采礦方法預(yù)留頂柱、間柱。控制礦房寬度，實(shí)施一房一柱交替布置形式。新開拓的采場或中段，均采用脈外布置沿脈巷道的形式。

第二階段：從第四年開始，井下采空區(qū)安全隱患已排除，這時(shí)開始實(shí)施采充結(jié)合，采礦為主，充填為輔，邊采礦邊充填。同時(shí)考慮將出礦設(shè)備由有軌設(shè)備向無軌設(shè)備過渡，使用1～2 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦，提高出礦效率和殘礦回收率。

采礦是一個(gè)繁復(fù)的過程，由若干環(huán)節(jié)相互銜接而成。影響采礦進(jìn)度和質(zhì)量的因素有很多，其中一環(huán)的改變可能影響整個(gè)采礦過程的實(shí)施。所以，礦山在生產(chǎn)過程中要做到提前規(guī)劃，有計(jì)劃、有組織的去實(shí)施采礦。這樣才能將各環(huán)節(jié)相互之間的影響降至最低，使采礦與充填良好的結(jié)合[6￣7]。

3 應(yīng)用情況及效果

經(jīng)過1 a多時(shí)間的監(jiān)測管理與充填，東升廟鉛鋅礦井下采空區(qū)正按既定計(jì)劃得到治理，采空區(qū)體積逐漸減少，安全隱患逐步排除。1號(hào)采場和2號(hào)采場之間的礦柱趨于穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)片幫、裂隙增加等現(xiàn)象。各類監(jiān)測設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常，各個(gè)礦柱穩(wěn)定性較好，可以繼續(xù)起到支撐圍巖的作用。在未來幾年，礦山繼續(xù)按照計(jì)劃實(shí)施充填治理井下采空區(qū)，可及早實(shí)現(xiàn)充填采礦法，徹底排除采空區(qū)帶來的安全隱患。井下采空區(qū)得到治理后，礦山可持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)8 a以上。

4 結(jié) 論

采空區(qū)治理是大部分地下礦山面臨的一項(xiàng)重要工作，由于礦山經(jīng)過長年不規(guī)范開采形成大量的采空區(qū)，必須經(jīng)過進(jìn)一步治理才能繼續(xù)開采，充填法是治理采空區(qū)的有效措施，不僅可以有效防止采空區(qū)垮塌，而且充分利用尾礦回填，有利于環(huán)境保護(hù)。此外，在生產(chǎn)過程中輔助布置現(xiàn)代科技監(jiān)測手段能很好的為礦山安全生產(chǎn)服務(wù)。采空區(qū)治理不僅可以排除安全隱患，而且可以最大可能的回收礦產(chǎn)資源，是礦山安全、持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)的有力保障措施。

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