孫 誠
(陜西鑫元科工貿(mào)股份有限公司,陜西 洛南 726104)
空場法采礦具有開采效率高、投資少見效快等優(yōu)點,在我國穩(wěn)固巖體采礦中廣泛應(yīng)用。此法采礦過程中勢必產(chǎn)生大面積采空區(qū),通常都應(yīng)當(dāng)處理采空區(qū),消除頂板沖擊地壓隱患。否則,僅靠礦柱支撐、隔離等不當(dāng)處理方法,以后很容易發(fā)生頂板沖擊地壓災(zāi)害,同時使資源永久性的損失在空區(qū)中。
陳耳金礦屬緩傾斜-薄礦脈,圍巖相對較穩(wěn)固,應(yīng)用空場法采礦。經(jīng)近三十年的開采,在1500m標高以上形成了多個中段,各中段內(nèi)保有資源已回采完畢,每個中段內(nèi)空區(qū)面積約28000-45000m2,形成了大規(guī)模的采空區(qū),空區(qū)內(nèi)留設(shè)的礦柱多次回收。1500m-1420m標高空區(qū)內(nèi)留設(shè)的礦柱相對較完整,大部分沒有回收??諈^(qū)只是經(jīng)過封堵等簡單的處理,局部有少量空區(qū)是將廢石填入,充填效果不好??諈^(qū)對1500m標高以下礦體形成水力通道,老隆水是影響礦床開采的重要因素。
應(yīng)用空場法采礦,礦體回采后必然形成空區(qū)。靠礦柱維護空區(qū)穩(wěn)定,一旦某些礦柱出現(xiàn)破壞,其所承受的載荷將轉(zhuǎn)由其它礦柱承擔(dān);其它礦柱也難以承受附加載荷時,這些礦柱也將被破壞,迅速擴展到整個空區(qū)礦柱。礦柱失穩(wěn)的過程具有突發(fā)性,造成的破壞和危害程度難以控制。頂板突然大面積冒落,產(chǎn)生沖擊波,破壞力極強。頂板沖擊地壓還可能造成地表開裂、塌陷等危害。上部空區(qū)未及時有效的治理,必將導(dǎo)致下部高地壓,威脅深部作業(yè)安全。采空區(qū)內(nèi)易形成積水,易誘發(fā)透水事故。
從采空區(qū)的危害來看,采空區(qū)的存在制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,陳耳金礦完全有必要處理采空區(qū)。
1500m標高以上礦體已回采結(jié)束,空區(qū)礦柱多次回收,空區(qū)頂板穩(wěn)定性遭到破壞,且空區(qū)距地表較近。1500m標高以上開采,過去由于技術(shù)和管理落后,沒有正規(guī)開采和按設(shè)計回收礦柱,巖體移動范圍沒有經(jīng)過科學(xué)論證。1500m-1420m空區(qū)內(nèi)的留設(shè)的礦柱品位高,有回收的價值。1500m標高以上采空區(qū),經(jīng)勘查存在積水,下部工程施工時有透水事故發(fā)生風(fēng)險。1500m標高以下資源前景可觀,現(xiàn)正在探礦,上部采空區(qū)危及下部探礦工程的施工安全。近年來,國家加大了秦嶺生態(tài)環(huán)境保護力度,一定程度上制約了企業(yè)的發(fā)展。由于未處理的空區(qū)存在,地表有塌陷、開裂風(fēng)險,破壞周邊生態(tài)環(huán)境。采空區(qū)已成為一項礦山生產(chǎn)中的重大危險源。國家應(yīng)急管理部門三令五申強調(diào)加強采空區(qū)治理,對治理不力企業(yè)追究法律責(zé)任。
同時,陳耳金礦地處豫陜交界的小秦嶺金礦田,周邊礦權(quán)復(fù)雜。受利益驅(qū)動,陳耳金礦資源時有被盜采、越界開采的發(fā)生,嚴重損害企業(yè)利益及開采安全。空區(qū)的處理能一定程度上保護資源,防范和攔截不法分子的偷盜、越界行為。相鄰企業(yè)的未處理空區(qū),與陳耳金礦空區(qū)相串聯(lián),存在重大安全隱患。以現(xiàn)有探獲的資源量及生產(chǎn)能力,陳耳金礦在未來五年內(nèi),空區(qū)的增量在約32000m2/年。
采空區(qū)處理就是為了緩和巖體應(yīng)力集中程度,轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中的部位,或使圍巖中的能量得到釋放,使應(yīng)力重新分布,達到礦山安全生產(chǎn)的目的[1]。
我國采礦工業(yè)經(jīng)過這么多年的發(fā)展,總體上形成了兩大類空區(qū)處理方法:基本法、聯(lián)合法?;痉ǚ譃楸缆鋰鷰r處理采空區(qū),充填采空區(qū),支撐法處理空區(qū)和封閉空區(qū)。由于每種基本法處理空區(qū)均有局限性,因而產(chǎn)生了聯(lián)合法。分為支撐充填法,崩落隔離法,礦房崩落充填法,支撐片落法,切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法。
表1 采空區(qū)處理方法優(yōu)缺點及適用條件對比表
各類空區(qū)處理方法都有其特定的適用條件,各有利弊[2]。支撐充填、崩落隔離、礦房崩落充填、支撐片落只是四種基本方法中某兩種方法的簡單結(jié)合,還不能通過一種工藝而達到多種采空區(qū)處理的基本方法的功效,且費用還較昂貴,更不能借助誘導(dǎo)崩落或松動而實現(xiàn)圍巖應(yīng)力集中向有利于安全生產(chǎn)的方向重分布。不難看出,只有切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法處理采空區(qū)可通過一種工藝(如:爆破),誘導(dǎo)崩落或松動而實現(xiàn)圍巖應(yīng)力集中向有利于安全生產(chǎn)的方向重分布,達到采空區(qū)處理的目的。
根據(jù)陳耳金礦采空區(qū)賦存狀況及對采空區(qū)處理的特殊要求,結(jié)合切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法的優(yōu)缺點及應(yīng)用情況,進一步分析,切槽放頂法更適合陳耳金礦。下面就切槽放頂法處理采空區(qū)作以詳細論述[3]。
(1)通過控制爆破,既達到使頂板應(yīng)力向有利于安全開采的方向重分布,又實現(xiàn)封閉、隔離和小型化采空區(qū)的目的,消除頂板沖擊地壓隱患,促進安全生產(chǎn)。陳耳金礦深部地壓顯現(xiàn)突出,巖爆等災(zāi)害時有發(fā)生。封閉、隔離采空區(qū),一定程度上能阻斷盜采、越界開采等不法開采的通道,同時還可以排疏空區(qū)積水。
(2)成本低,工藝簡單。陳耳金礦資金流目前并不充足,技術(shù)裝備相對落后。
(3)采空區(qū)處理和礦柱回收可同時進行,減少資源損失,增加企業(yè)效益。1500m-1420m空區(qū)內(nèi)留有高品位礦柱未回收,1500m以上空區(qū)也有極少部分殘留礦柱。在以后深部開采中也可應(yīng)用,邊采礦邊處理采空區(qū),礦柱也隨之回收。
(4)采空區(qū)處理不會引起地表發(fā)生明顯的巖移,并可有計劃地將采掘廢石排入處理過的采空區(qū)。1500m標高以上采空區(qū)離地表較近,極易引起地表塌陷、開裂。秦嶺生態(tài)環(huán)境保護力度不斷加大,排渣場建設(shè)、地表生態(tài)環(huán)境保護等限制,制約陳耳金礦持續(xù)發(fā)展。
(5)切槽放頂法實際應(yīng)用技術(shù)比較成熟。在東桐峪金礦、遼寧金鳳公司等[4]多個礦山采空區(qū)處理、安全評價,及雞西礦業(yè)集團沿空留巷的巷道地壓控制的應(yīng)用中,經(jīng)濟效益和社會效益可觀。
(6)適用于處理傾角40°至水平礦體開采所形成的采空區(qū)。陳耳金礦屬于緩傾斜礦體。
目前,許多礦山都面臨著采礦與采空區(qū)處理兩者失調(diào)的問題,已經(jīng)危及整個礦山的安全生產(chǎn)和持續(xù)開采,更有甚者已危及整個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全和穩(wěn)定。筆者認為,一方面著手處理歷史欠賬存留的老采空區(qū),另一方面采礦與新空區(qū)的處理同步進行,把空區(qū)處理作為采礦計劃的一部分,做在計劃里,落實在采礦里。這樣才能從根本上解決采礦與空區(qū)處理失調(diào)的問題。同時,探索更加環(huán)保、高效、安全、可靠的采礦方法和采空區(qū)處理方法,實現(xiàn)采礦與空區(qū)處理同步、礦山生產(chǎn)全過程綠色開采的目標。