排山樓金礦采空區(qū)充填技術研究

任鳳玉，翟會超，曹建立，常 帥

(東北大學，遼寧 沈陽 110819)

1 概 述

排山樓金礦露天轉(zhuǎn)地下開采后，應用有底柱空場法開采露天境界外礦體，露天坑作為尾礦庫堆存含毒尾沙。隨著回采工作面的下降，頂板圍巖懸空，形成了規(guī)模較大的不連續(xù)的復雜采空區(qū)。為便于控制空區(qū)之下品位較低礦石的回采指標，原用監(jiān)控強采與適時誘導冒落的方法處理采空區(qū)，后因深部開采設計中需要繼續(xù)利用露天坑作為尾礦庫，從而使尾礦存放高度超過空區(qū)冒落的影響范圍。為保障尾礦庫安全，最好保護采空區(qū)不冒透地表，為此提出留礦柱與監(jiān)控充填的處理方案。即在空區(qū)頂板適當?shù)奈恢么蜚@孔，使用RG井下錄像系統(tǒng)對空區(qū)頂板圍巖裂隙發(fā)育狀態(tài)進行跟蹤監(jiān)測，并在井下VI線附近留下寬15～17m的垂直走向礦柱，在VI～XIV線之間留下寬10m的沿走向礦柱，以維持采空區(qū)頂板圍巖的穩(wěn)定性。這些保安礦柱將空區(qū)劃分為南北兩部分，其中北側(cè)空區(qū)埋深56～96m，南側(cè)空區(qū)埋深96～110m。經(jīng)過近二年的監(jiān)測，北側(cè)空區(qū)頂板始終未發(fā)生變化，整體穩(wěn)定性良好。而南側(cè)空區(qū)頂板在其下礦體回采爆破中發(fā)生兩次冒落，之后通過控制爆破參數(shù)與采場回采順序至今未發(fā)現(xiàn)任何變化，目前基本處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。

2 采空區(qū)處理技術研究

根據(jù)排山樓金礦的空區(qū)現(xiàn)狀，采取對南北兩側(cè)空區(qū)進行分區(qū)充填的治理方案。北側(cè)空區(qū)采取地表打井充填方案，而南側(cè)空區(qū)則需在監(jiān)控狀態(tài)下逐步充填以保障施工安全，方法是沿礦體走向從穩(wěn)定性較好部位向穩(wěn)定性較差部位依次打井充填，每個充填井都用充填料最大限度地充填空區(qū)；前一充填井充填完畢后，將后一充填井部位的冒落風險降低到不妨礙安全生產(chǎn)的程度時，再施工后一充填井。在充填井的施工與充填過程中，用鉆孔監(jiān)測空區(qū)冒落狀況，建立報警系統(tǒng)，確保施工安全。

2.1 北側(cè)采空區(qū)處理技術

北側(cè)空區(qū)利用廢石+碎石混凝土充填空區(qū)的處理方案。露天廢石作為主體充填料，通過地表充填井充入空區(qū)；碎石混凝土作為接頂材料，用于充填接頂，最大限度地保護礦柱與限制空區(qū)的暴露面積，由此控制空區(qū)頂板的變形，保持頂板圍巖的穩(wěn)定性。

根據(jù)空區(qū)形態(tài)，設計在IV線附近開掘充填井進行充填。充填井設計斷面直徑φ3.0m，從地表鉆鑿11個豎直平行孔，采用VCR法自下而上分層爆破成井。在充填井施工期間，從觀測孔每天量測空區(qū)頂板的厚度變化，當發(fā)現(xiàn)空區(qū)頂板處于冒落活動狀態(tài)時，或充填井頂蓋厚度小于20m時，施工人員需配帶一端固定于Ⅱ線方向的安全繩作業(yè)，以確保施工安全。

充填井VCR法爆破參數(shù)通過現(xiàn)場倒置爆破漏斗試驗與利文斯頓原理確定，每次分層高度2.5～3m。當爆破至距地表6～8m時，采取層間微差分段一次崩透地表。目前，VCR法已經(jīng)施工42m，平均一次爆破層高可達2.5～4m，每日可爆1～2層，爆后孔深基本切齊，相差不超過0.5m。并且施工安全條件較好，掘井費用也較低廉。

充填井掘成后，可進行廢石充填作業(yè)。在廢石充填結(jié)束后，進行碎石混凝土充填接頂。

2.2 南側(cè)采空區(qū)處理技術

首先，南側(cè)空區(qū)底部礦塊的回采工作，安排在北側(cè)空區(qū)底部礦塊回采結(jié)束之后。由于有Ⅵ線附近的礦柱相隔，兩空區(qū)可獨立處理，但越早施工越有利于安全。根據(jù)南側(cè)空區(qū)形態(tài)初步確定，采用兩井充填方案，第一個充填井設計在Ⅷ線鉆孔位置，井深56m左右。該充填井直徑為4m，用VCR法施工，施工方法與北空區(qū)充填井相同。Ⅷ線充填井形成后，從407m臺階立即采用廢石+碎石混凝土接頂?shù)姆椒ㄟM行充填。該充填井對空區(qū)的充填程度，預計充填量可達20萬～22萬m3。

在Ⅷ線充填井施工與充填期間，利用Ⅹ線鉆孔建立空區(qū)冒落監(jiān)測與報警系統(tǒng)，以保障施工安全。在Ⅷ線充填井充填結(jié)束后，視空區(qū)頂板冒落狀態(tài)，確定是否開掘與在何處開掘第二個充填井。完成整個空區(qū)的廢石充填工作，之后再從Ⅷ線與后續(xù)充填井兩井用碎石混凝土接頂。值得注意的是，在空區(qū)下部礦體回采過程中，要做到上部地表廢石充填的反復跟進，保持廢石充滿空區(qū)，在下部礦體回采結(jié)束后，再用碎石混凝土充填接頂。

其中，廢石充填是用推土機將露天廢石經(jīng)格篩、漏斗放入寬為1.2m的皮帶運輸機，再由皮帶運輸至充填井充入采空區(qū)。格篩上的廢石大塊，可集中使用破碎機進行處理再利用。漏斗及推土機作業(yè)面，應距離預測首次冒落線10m遠，以有效保障廢石充填的作業(yè)安全。

其次，如果在實施上述充填方案的過程中，南側(cè)空區(qū)冒透地表，則實施地表充填與防滲預案。即在剛冒透地表時，用廢石充填塌陷坑。在充填過程中，每隔8m間距，鉛直埋置一根10寸帶孔鋼管于充填散體中。當下部采場出礦引起充填體表層出現(xiàn)凹坑時，立即充填凹坑，使散體堆的高度保持不降低。廢石充填與鋼管埋設一直到尾礦庫的設計高度(420m)為止，此后利用預埋帶孔鋼管向充填散體內(nèi)注入黃泥，并在露天坑邊幫適時鉆孔注漿塌陷坑邊緣的開裂巖體，為尾礦庫擴容形成較好的防滲基層。

研究表明，上述監(jiān)控充填方法能夠較好地適應空區(qū)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，可使空區(qū)得到安全、經(jīng)濟、高效治理，并可減小空區(qū)處理對采礦生產(chǎn)的影響，保障礦山生產(chǎn)的平常進行。

3 結(jié) 論

1)排山樓金礦露天邊幫之下的采空區(qū)，處于穩(wěn)定-亞穩(wěn)定狀態(tài)。由于利用露天坑作為尾礦庫，需要保護空區(qū)頂板圍巖的穩(wěn)定性。為在安全與便于生產(chǎn)的條件下最大限度地保護空區(qū)不冒透地表，適合采用留礦柱與監(jiān)控充填的空區(qū)處理方案。

2)北側(cè)空區(qū)圍巖穩(wěn)定性較好，采取從地表用VCR法打充填井、利用露天坑廢石充填、碎石混凝土填接的處理方案。根據(jù)北側(cè)空區(qū)形態(tài)，通過碎石混凝土接頂，可使空區(qū)基本充滿，能夠滿足保護頂板圍巖穩(wěn)定性需要。

3)南側(cè)空區(qū)處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，需在監(jiān)控下逐步充填。根據(jù)空區(qū)形態(tài)和巖體穩(wěn)定程度，可選用2～3井逐漸充填方案，首次充填井宜選擇在VIII線附近，根據(jù)充填效果與監(jiān)測結(jié)果，確定后續(xù)充填井的位置。此外，南北空區(qū)廢石充填，采用皮帶運輸方式，以確保施工安全。

4)用VCR法開掘充填井，爆破參數(shù)由現(xiàn)場倒置漏斗爆破試驗和利文斯頓原理確定，初步試驗爆破效果良好。分析表明，在排山樓金礦條件下，用VCR法開掘地表充填井，是一項安全、高效、經(jīng)濟實用的技術措施。

5)南側(cè)空區(qū)不能排除鑿井與充填過程中冒透地表的可能性，為此需用鉆孔監(jiān)控空區(qū)頂板圍巖的冒落狀態(tài)并建立報警系統(tǒng)，以確保施工安全，此外，還需研究冒透地表后的防滲措施。本文給出的及時用廢石充填塌陷坑、預埋充填管向散體注黃泥、對邊緣開裂巖體鉆孔注漿的技術方案，可作為空區(qū)一旦冒透地表的防滲預案。

[1] 翟會超,任鳳玉,曹建立.FLAC3D與RG井下錄像系統(tǒng)在復雜采空區(qū)處理中的應用[J].金屬礦山，2010(7):136-139.

[2] 李俊平,錢新明,鄭兆強.采空場處理的研究進展[J].中國鉬業(yè)，2002，26(3):10-14.

[3] 郭忠林,李興尚.廢石充填采礦法在新橋礦的實踐[J].銅業(yè)工程，2004(4):16-18.

[4] 孫再東,李壽喜,彭建華.VCR法爆破參數(shù)選擇與爆破漏斗試驗[J].長沙礦山研究院季刊，1984，4(4):17-26.

[5] 邢偉,孟凡新,夏永中.黃泥注漿防治采空區(qū)自然發(fā)火實踐[J].中州煤炭，2010(3):73-75.

[6] 譚兵,周彥鋒,姜洪濤,等.銅鑼山隧道廖家溝淺埋段地表注漿施工工藝[J].施工技術與測量技術，2009，29(3):203-205.

[7] 徐田高.冒落塌陷區(qū)鉆孔施工工藝[J].探礦工程，2004(5):56-57.

[8] 陳慶凱,任鳳玉,李清望，等.采空區(qū)頂板冒落防治技術措施的研究[J].金屬礦山.2002(10):7-9.