劉雄，代碧波

（1.浙江有色地質環(huán)境研究院，浙江 紹興 312000；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

某地下礦始采于九十年代初，一直為村民小規(guī)模隨意開采，主要為邊探邊采，未進行整體設計，坑口多次易主，布設多個豎井，開采較為凌亂，未形成統(tǒng)一的中段。后由某礦產資源開發(fā)公司獲得該礦采礦權進行開采，開采方式為淺孔留礦法，開采標高+167～+50m。經過幾十年的開采，地表形成了34個豎井，井下形成多個采空區(qū)。為了防止片幫、冒頂、采空區(qū)塌陷和老隆突水等影響安全的事故發(fā)生，需要盡快對廢棄豎井及采空區(qū)進行處理。

1 采空區(qū)調查

由于礦山開采歷史較早，且早期開采無正規(guī)設計，企業(yè)工程技術人員缺乏，開采資料保存較少，采空區(qū)調查采用大量的訪問及地面豎井井口坐標測量，并挑選比較典型的采空區(qū)進行井下實際測量，將測量結果與技術人員提供的資料及訪問資料進行對比，作為采空區(qū)治理的基本依據。

從礦山提供的礦區(qū)井上井下對照圖可知，共分布有11個采空區(qū)和34個豎井，具體情況見表1和表2。

表1 采空區(qū)狀況表

2 礦巖穩(wěn)固性分級

礦巖穩(wěn)固性分級是評價采空區(qū)穩(wěn)定性、確定工程加固系統(tǒng)和措施的基礎工作，而采用統(tǒng)一的工程巖體分級標準，有利于工程之間類比和經驗交流。本文根據國家相關標準對礦區(qū)礦巖穩(wěn)固性進行分級，進而指導采空區(qū)穩(wěn)定性分析[1]。

2.1 礦（巖）體節(jié)理裂隙調查

在井下選取比較具有代表性且便利的地方進行節(jié)理裂隙調查[2]。本次調查采用詳細線測量的方法，選擇比較典型的剖面線5條，總長50.9m，共測得節(jié)理產狀64條，調查結果見表3和圖1～圖4。

表2 豎井狀況表

表3 節(jié)理裂隙調查統(tǒng)計結果

2.2 巖石物理力學性質指標

在現場采樣的基礎上進行室內巖石力學試驗[3-6]，試驗結果見表4。

表4 巖石試驗結果匯總表

2.3 工程巖體質量分級

巖體質量分級采用國家標準—工程巖體分級標準（GB50218－2014），分級結果如下[7-8]：礦區(qū)內輝石粗安巖、構造角礫巖屬于較堅硬巖、較完整巖體；礦體上下盤構造角礫巖為Ⅲ級，輝石粗安巖為Ⅱ級。

3 采空區(qū)穩(wěn)定性分析

采用經驗類比法對采空區(qū)穩(wěn)定性進行分析，因頂板暴露跨度是表征采空區(qū)是否穩(wěn)定的重要尺度，當采空區(qū)跨度大于某一值時，頂板巖體可能發(fā)生片幫冒落。當跨度值一定時，圍巖穩(wěn)定與否由巖體的穩(wěn)固性所決定，即采空區(qū)的穩(wěn)定性由跨度和巖體質量級別共同決定[9]。

圖1 輝石粗安巖不連續(xù)面極點分布圖

圖2 輝石粗安巖不連續(xù)面等密度圖

圖3 構造角礫巖不連續(xù)面極點分布圖

圖4 構造角礫巖不連續(xù)面等密度圖

與一些重要的地下巖土工程相比，礦山采空區(qū)的穩(wěn)定性要求相對較低。根據地表設施情況，有時不需要長期穩(wěn)定，也容許發(fā)生小規(guī)模的冒落。并且，在不穩(wěn)定性概率方面也是不同的。重要的巖土工程只要發(fā)生小規(guī)模的、少量的冒落，即認為是不穩(wěn)定的，而采空區(qū)只有當其發(fā)生持續(xù)不斷的大規(guī)模冒落時才認為是不穩(wěn)定的。因此，判斷采空區(qū)是否穩(wěn)定或確定采空區(qū)的穩(wěn)定跨度時，可將巖體的質量級別適當提高。

根據巖土工程基本質量分級，本礦區(qū)采空區(qū)礦體上下盤構造角礫巖為Ⅲ級。由地下工程巖體自穩(wěn)能力表可判斷采空區(qū)跨度以20m為界，即跨度大于20m時頂板可能會冒落，小于20m時頂板除局部可能因構造影響產生冒落外，整體上是穩(wěn)定的。根據采空區(qū)實際調查的結果，采空區(qū)跨度均大于20m，因而其采空區(qū)存在冒落和垮塌的可能性，需要進行治理。

4 采空區(qū)及豎井治理方案

目前，礦山采空區(qū)及廢棄豎井的處理方法主要有充填法、崩落法、預留礦柱法、隔離法和聯合法等[10-11]。總體上來說，采空區(qū)處理的目的是通過改善圍巖中應力分布狀態(tài)來控制地壓，從而減少巖體變形量和移動量，達到消除空區(qū)隱患的目的[12-13]。

4.1 采空區(qū)的治理方法和措施

對暴露面積小于200m2的CK3、CK7、CK8采空區(qū)用崩落圍巖的方式釋放地壓和充填空區(qū)；對暴露面積大于 200m2的 CK1、CK2、CK4、CK5、CK6、CK9、CK10、CK11采空區(qū)（見表1）進行廢石充填處理。根據采空區(qū)調查，需充填采空區(qū)體積共72994m3，按充填90%計算則回填用料量為65694.6m3，主要采用廢石或地表碎石土。

充填治理的主要流程為：通過豎井在各采空區(qū)頂板向上10m標高處打平巷（2×2m）至采空區(qū)頂部，然后向采空區(qū)打充填井（1.5×1.5m）。同時，為了充分利用自重，充填井的傾角一般大于或等于65°。在充填之前先封閉處理擬充填區(qū)域（各通道的出口均用廢石封堵）。準備工作就緒后，充填料（包括井巷施工時的廢石）通過地表原有的運輸系統(tǒng)運至充填井所在巷道，然后由充填井充填空區(qū)。充填時要注意一定要將重點部位采空區(qū)充實，注意充填接頂、防止地表塌陷和移動，確保礦山生產安全。

4.2 廢棄豎井的處理

礦山目前留有豎井34個，其中初步設計利用原有豎井2個（2#主井和SJ21）、未施工豎井1個（SJ14）、已回填豎井9個，需回填封閉豎井22個（見表2）。回填方式是采用廢石、塊石回填至井口下5m處，向上采用粘性土夯實回填或采用混凝土回填至地表，需回填土石方量6032m3。按充填90%計算，則回填用料量為5688m3，主要采用廢石或地表碎石土。

4.3 采空區(qū)監(jiān)測

在采空區(qū)巖移界線之外，共設計了8個監(jiān)測點，以便及時了解采空區(qū)巖移變化情況，掌握采空區(qū)充填的效果。若發(fā)現異常，及時分析及時處理。

5 結論

（1）對采空區(qū)進行調查，明確了礦區(qū)采空區(qū)位置、面積、空間分布、充水情況等基礎數據，為采空區(qū)治理方案的確定提供基礎。

（2）通過礦（巖）體節(jié)理裂隙調查和室內巖石物理力學試驗對礦（巖）體進行工程巖體質量分級，結果表明：礦區(qū)內輝石粗安巖、構造角礫巖屬于較堅硬巖、較完整巖體。礦體上下盤構造角礫巖為Ⅲ級，輝石粗安巖為Ⅱ級。

（3）采空區(qū)跨度以20m為界，小于20m時頂板除局部可能因構造影響產生冒落外，整體上是穩(wěn)定的，而跨度大于20m時頂板存在冒落和垮塌的可能性，需要進行治理。

（4）本次采空區(qū)治理共需處理空區(qū)和廢棄豎井各72994m3和6032m3。對暴露面積小于200m2的空區(qū)用崩落圍巖的方式釋放地壓和充填空區(qū)；對暴露面積大于200m2的空區(qū)進行廢石充填處理，主要采用廢石或地表碎石土進行充填，既節(jié)約了部分運輸提升和廢石堆積費用，也避免了廢石堆積所造成的環(huán)境污染。