楊 坤

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 陽(yáng)新縣 435232)

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豐山銅礦采空區(qū)治理

楊 坤

(大冶有色金屬有限責(zé)任公司， 湖北 陽(yáng)新縣 435232)

根據(jù)豐山銅礦南緣采空區(qū)賦存現(xiàn)狀，提出了適宜空區(qū)治理方案?？諈^(qū)治理方案的實(shí)施，取得了較好的效果，確保了南緣礦床開(kāi)采的安全、持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)。

空區(qū)；治理方案；強(qiáng)制崩落放頂；阻波墻

1 礦床開(kāi)采技術(shù)條件

1.1 地質(zhì)概況

豐山銅礦床產(chǎn)于豐山巖體的南北緣接觸帶及其鄰近的巖體中，形成為南緣礦帶和北緣礦帶，為矽卡巖—斑巖復(fù)合型礦床。

南緣礦帶位于豐山巖體南緣的接觸帶中，呈北西西向延伸，賦存于1～20線，礦帶走向延長(zhǎng)達(dá)1800 m，在20線與北緣礦帶合為一體。礦體傾向南西，傾角50°～65°。礦帶水平寬度120 m左右，出露海拔最高為150 m(1線)， 10～20線海拔0～-150 m間礦化最為集中，為主要的工業(yè)儲(chǔ)量地段?？刂谱畲笊疃仍?705 m(14線)尚有強(qiáng)烈的銅鉬礦化。南緣礦帶在11～15線延深較大，向西逐漸變淺，尖滅在0 m標(biāo)高上下。礦帶中礦體成群出現(xiàn)，平面上各礦體由于受北西西向構(gòu)造線控制相互平行，在空間上，各礦體由于受層間構(gòu)造控制，呈迭瓦狀排列。礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀嚴(yán)格地受接觸帶構(gòu)造形態(tài)和圍巖層面的控制。南緣礦帶各礦體大小不一，厚度大于3 m的銅礦體有96個(gè)，單獨(dú)鉬礦體25個(gè)。延長(zhǎng)大于100 m的主要銅礦體有6個(gè)，其儲(chǔ)量占南緣儲(chǔ)量的95%，其余的均為遠(yuǎn)離接觸帶的小礦體。

1.2 礦巖的穩(wěn)固性

由于含礦矽卡巖在雙向交代過(guò)程中形成不同礦物組份的分帶現(xiàn)象，在分帶接觸面上，巖石不穩(wěn)固；部分含礦巖體結(jié)構(gòu)為散體結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，在北緣采場(chǎng)這類(lèi)巖體易垮塌；南緣硅灰石矽卡巖、透輝石矽卡巖遇水膨脹，易垮落。淺部因后期侵入小巖脈、小斷層及節(jié)理裂隙穿插、切割礦體，穩(wěn)固性較差，有些地段矽卡巖常見(jiàn)后期蝕變礦物，較松軟，一般節(jié)理密度2～7條/m，往深部巖石的完整性較好，礦體較穩(wěn)固。

花崗閃長(zhǎng)斑巖組(南緣礦體下盤(pán)、北緣礦體上盤(pán))表層風(fēng)化，殘積特征顯著。主巖體形成后，又發(fā)生多期隱爆和侵入活動(dòng)，使接觸帶附近巖石蝕變較強(qiáng)，極不穩(wěn)定。北緣接觸帶上盤(pán)火成巖呈碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)，極易垮塌。淺部巖體破碎，裂隙發(fā)育，多成5～20 cm的碎塊，節(jié)理密度大于10條/m，f=2～4，4～6；往深部巖體完整性趨好，巖體較穩(wěn)定。

大理巖組(南緣礦體上盤(pán)、北緣礦體下盤(pán))為致密塊狀大理巖，質(zhì)較堅(jiān)硬，完整性較好，巖石較穩(wěn)固。節(jié)理、裂隙較發(fā)育，密度為2～4條/m。節(jié)理面平直，節(jié)理中或多或少有蝕變礦物、金屬礦物充填。井下南緣礦體的上盤(pán)，由于后期火成巖脈多期次侵入，三角節(jié)理發(fā)育較多，穩(wěn)定性相對(duì)差，大理巖組f=6～8。巖石RQD值為70%～90%。近接觸帶巖石有綠泥石化、蛇紋石化等蝕變。

2 礦山開(kāi)采及工程現(xiàn)狀

2.1 開(kāi)采概況

豐山銅礦井下開(kāi)采為南、北緣礦帶2個(gè)部分。

南緣礦帶原設(shè)計(jì)采用無(wú)底柱分段崩落法，由于礦巖不穩(wěn)固，導(dǎo)致生產(chǎn)不能順利進(jìn)行及貧化損失指標(biāo)較差，1988年對(duì)南緣礦帶采礦方法進(jìn)行可行性研究， 1996年完采礦方法技術(shù)改造，試驗(yàn)和技改證明膠結(jié)充填法適合礦山南緣礦帶難采礦體開(kāi)采條件，到目前為止，南緣的主體礦體采用分段碎石膠結(jié)充填法，端部和部分盲礦體仍然采用無(wú)底柱分段崩落法。

北緣原設(shè)計(jì)為上向水平分層尾砂和膠結(jié)充填法，即礦柱膠結(jié)充填，礦房尾砂充填的兩步驟回采方法，后由于工藝復(fù)雜、礦塊生產(chǎn)能力低、成本高等原因，1985年改為上向水平分層點(diǎn)(條)柱尾砂充填法，該法因礦石損失較大，安全性較差，2006年后改為壁柱式上向分層尾砂充填法。

2.2 空區(qū)形成的過(guò)程

南緣采用無(wú)底柱分段崩落法回采的礦段均是在沒(méi)有提前形成覆蓋層的條件下進(jìn)行回采和出礦，采場(chǎng)回采結(jié)束后上下盤(pán)圍巖和采場(chǎng)頂板沒(méi)能自然冒落，而礦山又未進(jìn)行強(qiáng)制放頂來(lái)形成或補(bǔ)充覆蓋層，由此而形成了空區(qū)。隨著開(kāi)采的進(jìn)行，主礦體端部采用無(wú)底柱崩落法回采的礦段多條進(jìn)路回采后空區(qū)連成一片，形成較大的空?qǐng)觯幻さV體幾個(gè)分段均采用無(wú)底柱分段崩落法回采，上下多個(gè)分段空?qǐng)鲞B成一片，形成規(guī)模巨大的空?qǐng)觯S著新水平開(kāi)采的進(jìn)行，空區(qū)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3 空區(qū)存在對(duì)生產(chǎn)的影響

采空區(qū)存在對(duì)南緣生產(chǎn)帶來(lái)的主要影響有：

(1) 大量空區(qū)的長(zhǎng)期存放，空區(qū)面積、高度以及頂板穩(wěn)定性隨礦山的開(kāi)采時(shí)刻發(fā)生變化，隨時(shí)都可能發(fā)生各種規(guī)模的地壓活動(dòng)，使施工作業(yè)的人員、設(shè)備、儀器隨時(shí)面臨著危險(xiǎn)；

(2) 礦體上部敞空沒(méi)有覆蓋層，空區(qū)頂部和上盤(pán)圍巖隨時(shí)可能垮塌，巖石垮塌及產(chǎn)生的沖擊波嚴(yán)重威脅下分段礦體回采的安全；

(3) 空區(qū)垮塌可能造成運(yùn)輸或采準(zhǔn)工程遭破壞，影響礦山生產(chǎn)；

(4) 大量空區(qū)的敞空存在，影響周邊礦體的開(kāi)采，造成大面積的壓礦和丟礦損失。

3 空區(qū)處理

3.1 -187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)處理

3.1.1 空區(qū)賦存現(xiàn)狀

-187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)為1100，1013，1012采場(chǎng)下盤(pán)，及1010，1009，1008，1007，1006采場(chǎng)采用崩落法回采后，頂板未自然冒落而形成的空區(qū)。主礦體+11線以東-187.5 m以下仍將采用無(wú)底柱崩落法回采。

1100，1013，1012采場(chǎng)上盤(pán)采用分段碎石膠結(jié)充填法回采，為膠結(jié)充填體。礦體中間出現(xiàn)較厚的夾石，為降低貧化，回采時(shí)將夾石進(jìn)行保留，夾石下盤(pán)采用無(wú)底柱分段崩落法回采，形成高12 m，寬約8～12 m，長(zhǎng)24 m的空區(qū)?？諈^(qū)頂板為-175 m分段充填體，空區(qū)上盤(pán)為大理巖夾石，下盤(pán)距-187.5 m分段巷道3～6 m。

1010，1009，1008，1007，1006采場(chǎng)均采用無(wú)底柱分段崩落法回采，形成了高12 m的空區(qū)，空區(qū)頂板為-175 m分段碎石膠結(jié)充填體。由于該段礦體分支獨(dú)立，1010，1009，1008，1007，1006采場(chǎng)不相連通，空區(qū)頂板不連續(xù)，為單個(gè)獨(dú)立的小空區(qū)，見(jiàn)圖1。

圖1 -187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)分布

3.1.2 空區(qū)處理方案

1100，1013，1012采場(chǎng)在-200 m分段將與+11線以東的空區(qū)連成一片，因此在-187.5 m分段空區(qū)下盤(pán)鑿巖進(jìn)路內(nèi)布置扇形中深孔，崩落下盤(pán)圍巖形成部分覆蓋層，然后再采用無(wú)底柱分段崩落法回采-200 m分段礦體；-200 m分段礦體回采結(jié)束后，繼續(xù)強(qiáng)制崩落上盤(pán)圍巖，進(jìn)一步補(bǔ)充覆蓋層，同時(shí)封閉通往空區(qū)的出口，然后再進(jìn)行下部礦體的開(kāi)采。

1010，1009，1008，1007，1006采場(chǎng)之間有礦柱，空區(qū)頂板不連續(xù)，為單個(gè)獨(dú)立的小空區(qū)，采用封閉隔離法進(jìn)行處理。

3.1.3 強(qiáng)制崩落放頂工程布置

-187.5 m分段+11線以東礦體回采結(jié)束，下盤(pán)分段出礦平巷不再使用時(shí)，可利用1100，1013，1012采場(chǎng)下盤(pán)鑿巖進(jìn)路，在每條進(jìn)路中布置3～5排中深孔強(qiáng)制崩落下盤(pán)圍巖，形成覆蓋層。若崩落的覆蓋層厚度不夠時(shí)，與-200 m分段相對(duì)應(yīng)的1100，1013，1012采場(chǎng)回采結(jié)束后，可繼續(xù)崩落下盤(pán)圍巖，進(jìn)一步補(bǔ)充覆蓋層。

3.1.4 放頂鑿巖爆破

鑿巖采用YGZ-90型鑿巖，孔徑Φ65 mm，孔深12～15 m，即一個(gè)分段高度。炮孔最小抵抗線W為1.4 m、孔底距2.5～3.0 m，共設(shè)計(jì)4排，排與排之間錯(cuò)開(kāi)布置。采用BQF-100裝藥器向孔中裝填多孔粒狀銨油炸藥，裝藥系數(shù)0.6～0.7，孔口部位相鄰孔間間隔長(zhǎng)度裝藥。自空區(qū)邊界開(kāi)始，以空區(qū)上盤(pán)暴露面為自由面，用非電導(dǎo)雷管排間微差爆破一次形成覆蓋。

3.1.5 阻波墻的設(shè)置

覆蓋層形成后，最后采用封密隔離法對(duì)通往空區(qū)的所有通道進(jìn)行密閉。封密隔離墻設(shè)在主運(yùn)輸巷與通往空區(qū)的鑿巖、出礦穿脈巷交匯口處，采用鋼筋砼全封閉阻波墻封密。

-175 m分段用鋼筋混凝土現(xiàn)澆阻波墻5處，分別為1102，1101，1100，1013和南1008采場(chǎng)出口處；-187.5 m分段用鋼筋混凝土現(xiàn)澆阻波墻2處，分別為1102和1010采場(chǎng)出口處。

鋼筋混凝土全封閉阻波墻封閉厚度為3 m，施工時(shí)必須在巷道四周按0.8～1.0 m網(wǎng)距打深0.5 m的錨桿眼，插入圓鋼加固。墻體采用C18混凝土現(xiàn)澆。澆注時(shí)注意接頂，不留空隙。鋼筋主筋為Φ16 mm螺紋鋼，間距400 mm，副筋為Φ6.5 mm圓鋼，間距600 mm。

3.2 -187.5 m分段-12線～-11線下盤(pán)盲礦體空區(qū)處理

3.2.1 空區(qū)賦存現(xiàn)狀

-12線～-11線主礦體下盤(pán)賦存有一個(gè)盲礦體，礦體頂部在-162.5 m水平，底部向下延伸至-200 m。-12線～-11線下盤(pán)盲礦體-187.5 m水平以上已開(kāi)采，形成了以+12線為界的東、西兩個(gè)獨(dú)立的空區(qū)，該盲礦體-187.5 m以下的開(kāi)采方法尚未確定(見(jiàn)圖2和圖3)。

圖2 -175 m分段-12線～-11線下盤(pán)空區(qū)分布

+12線以東-187.5～-175 m分段已采用分段碎石膠結(jié)充填法回采，沒(méi)有形成空區(qū)；-175～-162.5 m分段將采用無(wú)底柱分段崩落法回采，回采后將形成高約12 m，寬14 m，長(zhǎng)46 m的空區(qū)。

+12線以西-187.5～-162.5 m分段采用無(wú)底柱崩落法回采，由于礦體頂板沒(méi)有自然冒落，至使該地段形成了較大的空區(qū)?？諈^(qū)賦存在-187.5～-162.5 m標(biāo)高，空區(qū)高25 m，平均寬12 m，長(zhǎng)約25 m。

-12線～-11線下盤(pán)盲礦體在-187.5 m以上又分為+12線東、西兩個(gè)獨(dú)立小礦體，上部互相之間沒(méi)有聯(lián)系，在-187.5 m平面圖上該兩個(gè)小礦體連成了一個(gè)整體。根據(jù)該礦體開(kāi)采現(xiàn)狀及礦體下部開(kāi)采規(guī)劃，空區(qū)處理將礦體分成東、西兩個(gè)獨(dú)立小礦體分別進(jìn)行。

3.2.2 +12線東小礦體空區(qū)處理

+12線東小礦體出露標(biāo)高約在-163 m水平，-187.5～-175 m分段已采用膠結(jié)充填法進(jìn)行了回采，目前空區(qū)已充填。

由于+12線東小礦體上部無(wú)相應(yīng)的工程，-175～-163 m分段準(zhǔn)備采用崩落法回采，+12線以東將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)12 m高的空區(qū)，空區(qū)長(zhǎng)約30 m，寬20 m，空區(qū)體積為7200 m3。

該空區(qū)與周?chē)蓤?chǎng)、其他工程都沒(méi)有聯(lián)系，其下部已采用充填法回采，空區(qū)高度也只有一個(gè)分段高。+12線東小礦體采用崩落法回采后，形成的空區(qū)采用封密隔離法處理，封密隔離墻設(shè)在空區(qū)通往-175 m主運(yùn)輸巷的交匯口處，采用鋼筋砼全封閉阻波墻封密。

3.2.3 +12線以西小礦體空區(qū)處理

+12線以西下盤(pán)小礦體賦存在-162.5～-200 m及以下，-162.5 m上部無(wú)礦。礦山原來(lái)在-175 m和-187.5 m兩個(gè)分段采用了無(wú)底柱分段崩落法回采，由于頂板沒(méi)有自然崩落，在-162.5～-187.5 m標(biāo)高形成空區(qū)，空區(qū)長(zhǎng)30 m，寬13.5 m，高25 m。-187.5～-200 m及以下還有礦石需要回采。該地段12線以東已采用碎石膠結(jié)充填法處理，-12線以西均采用無(wú)底柱分段崩落法回采。

+12線西小礦體空區(qū)處理采用強(qiáng)制崩落圍巖封閉隔離法處理，方案如下：

在南緣-175 m分段-12線下盤(pán)溜礦井聯(lián)絡(luò)巷中布置放頂聯(lián)絡(luò)平巷，聯(lián)絡(luò)巷距離空區(qū)約10～15 m，巷道斷面為3.0 m×3.0 m，并隔15～18 m沿空區(qū)方向布置斷面為3.0 m×3.0 m鑿巖平巷兩條。在鑿巖平巷中以空區(qū)為爆破自由面，用YGZ-90導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)鉆鑿上向扇形中深孔，每條鑿巖巷中布置3排炮孔，扇形孔排距為1.8～2.2 m，孔深8～15 m，孔徑65 mm。采用BQF-100型裝藥器裝多孔粒狀銨油炸藥，裝藥系數(shù)0.6～0.7?？卓诓课幌噜徔组g間隔長(zhǎng)度裝藥。以采空區(qū)頂板暴露面為自由面，用非電雷爆排間微差起爆，崩落上盤(pán)圍巖，一次形成覆蓋層。

當(dāng)覆蓋保護(hù)層形成后，可采用無(wú)底柱分段崩落法或充填采礦法回采-187.5～-200 m分段及以下分段礦石。當(dāng)-187.5 m以下采用碎石膠結(jié)充填法回采時(shí)，將-187.5～-200 m分段作隔離層，由下往上回采礦體。-200 m以下充填采礦結(jié)束后，在崩落覆蓋層下采用崩落法回采-200 m分段隔離層礦石。當(dāng)-187.5 m以下全部采用崩落法回采時(shí)，采場(chǎng)中的礦石和崩落放頂圍巖應(yīng)保留至少20 m厚的覆蓋層，以保證下部作業(yè)安全。

當(dāng)該獨(dú)立空區(qū)下礦石全部回采完畢后，空區(qū)采用封密隔離法處理，對(duì)所有通往空區(qū)的通道砌筑封密隔離墻進(jìn)行密閉。封密隔離墻采用鋼筋砼全封閉阻波墻。

空區(qū)處理完后應(yīng)經(jīng)常對(duì)空區(qū)上方地表進(jìn)行觀察，并及時(shí)做好警戒和其他防范措施。

3.3 +15線～-15線空區(qū)處理

3.3.1 空區(qū)賦存現(xiàn)狀

+15線～-15線空區(qū)在-175 m以上已與地表垮透，空區(qū)已全部充滿廢石，空?qǐng)鰞?nèi)和分段巷道中可見(jiàn)黃泥。

3.3.2 空區(qū)處理方案

由于空區(qū)已垮透地表，地表廢石、黃泥等在-175分段空?qǐng)黾跋锏纼?nèi)可以看見(jiàn)，雨季期間極易形成泥石流，對(duì)井下人員、設(shè)備及工程構(gòu)成極大的危害。對(duì)+15線～-15線空區(qū)應(yīng)做好井下泥石流的防治工作。

(1) 封閉+15線～-15線空區(qū)-162.5 m分段、-175 m分段及-187.5 m分段采場(chǎng)通道，隔離采場(chǎng)。

(2) -187.5 m分段以下礦體回采時(shí)，應(yīng)崩落上、下盤(pán)圍巖，不斷補(bǔ)充覆蓋層，改善覆蓋層含泥量，同時(shí)截?cái)嗌喜磕嗍黧w與正常回采區(qū)的通道。

(4) 在下雨或暴雨季節(jié)，采場(chǎng)管理人員注意觀察出礦情況，一旦發(fā)現(xiàn)黃泥，立即停止出礦。對(duì)個(gè)別掌子面滲水異常，必須查清情況后再?zèng)Q定是否停止該掌子面的回采，如整個(gè)采區(qū)同時(shí)出現(xiàn)掌子面滲水異常，必須立即停止該采區(qū)回采出礦。

4 結(jié) 論

采空區(qū)對(duì)礦山正常生產(chǎn)會(huì)形成重大的安全隱患，制約正常的生產(chǎn)，而及時(shí)開(kāi)展全面的空區(qū)調(diào)查及治理，對(duì)礦山安全、高效的多回收礦產(chǎn)資源具有十分重要的意義。豐山銅礦通過(guò)對(duì)南緣各采空區(qū)的調(diào)查，根據(jù)開(kāi)采技術(shù)條件、開(kāi)采現(xiàn)狀，選用不同的方案治理空區(qū)，取得了較好的效果。

[1]張五興,宋嘉棟,谷新建.三道莊礦區(qū)采空區(qū)處理方案優(yōu)化[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2011,21(4):78-79,103.

[2]林衛(wèi)星,程建勇,歐任澤.地下多層復(fù)雜空區(qū)處理的工程實(shí)踐[J].爆破,2009(26):31-34.

[3]鮑俠杰.豐山銅礦北緣采場(chǎng)穩(wěn)定性研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2004,24(6):35-36.

[4]袁節(jié)平,宋嘉棟,歐任澤.地下中深孔大規(guī)模爆破的研究與實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2008,28(1)：76-80.

[5]《采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)(礦床開(kāi)采卷)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1987.

[6]長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司,湖南柿竹園有色金屬責(zé)任有限公司.柿竹園多金屬礦床開(kāi)采地壓監(jiān)控研究[R].長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司,2003.

[7]BUSH G W,SI Y,ZHANG B,et al. Abc is abc[J].Rock Mechanics,2000,22(2):117-122.

[8]國(guó)土資源部.2007年中國(guó)國(guó)土資源公報(bào)[EB/OL].http://www.mlr.gov.cn,2007.(收稿日期：2015-09-01)

楊 坤(1971-)，男，廣西全州人，高級(jí)采礦工程師，主要從事采礦技術(shù)與管理，Email：yangk@dyys.com。