東河灣鐵礦采空區(qū)治理方案

摘 要：結(jié)合東河灣鐵礦空區(qū)現(xiàn)狀提出了合理了空區(qū)治理方案，通過實(shí)施可以從源頭上控制采空區(qū)安全隱患的出現(xiàn)，有效遏制安全事故發(fā)生，對類似礦山空區(qū)治理有借鑒和指導(dǎo)作用。取得以下結(jié)論：（1）在分析礦山空區(qū)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出了封閉與充填聯(lián)合治理空區(qū)的方案。（2）制訂了空區(qū)充填、封閉、監(jiān)測方案。（3）編制了施工進(jìn)度和組織管理機(jī)構(gòu)。（4）從井巷、地表陷落區(qū)、地壓及其他四方面提出了安全對策。

關(guān)鍵詞：東河灣鐵礦 采空區(qū) 充填 治理方案

中圖分類號：TD854 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0103-02

1 工程背景

礦山1998年開始基建，2001年7月投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力為25萬t，采用豎井+盲豎井開拓。采用淺孔留礦法進(jìn)行采礦，采用YT-26型鑿巖機(jī)鑿巖，孔徑Φ42 mm，孔深一般為1.2～1.8 m，爆破采用2#巖石乳化炸藥，人工裝藥，導(dǎo)爆管起爆。出礦一般采用人工出礦，主運(yùn)輸中段（-130 m中段）采用電機(jī)車運(yùn)輸，副生產(chǎn)中段采用人推礦車或膠輪車運(yùn)輸。

截止2009年底已經(jīng)形成了50多個(gè)大小不等的采空區(qū)，采空區(qū)總體積達(dá)到了50多萬立方。采礦過程中，由于生產(chǎn)爆破等其他原因，礦房間的間柱不太規(guī)整，隨著采空區(qū)暴露時(shí)間的延長和地應(yīng)力的集中來壓，可能會導(dǎo)致礦房間柱的垮塌，使得采空區(qū)連成群空區(qū)。

由于礦山開采遺留下來的采空區(qū)規(guī)模較大，且存在的時(shí)間也較長，因此空區(qū)坍塌有很大的不確定性，往往是突發(fā)的，其造成的嚴(yán)重后果也很難預(yù)料，因此必須對空區(qū)進(jìn)行有效的治理，才能防止人員和設(shè)備免受空區(qū)地壓災(zāi)害的侵襲，保證礦山企業(yè)的作業(yè)人員生命安全及財(cái)產(chǎn)免受損失。

2 空區(qū)治理方法選擇

目前，處理采空區(qū)的方法主要有封閉、崩落、充填三大類。

封閉法處理采空區(qū)優(yōu)點(diǎn)是施工費(fèi)用相對比較低，但要求在施工前要做好采空區(qū)資料的檢查、收集，前期工作量比較大。

崩落法處理采空區(qū)是采用爆破崩落與下部巷道隔絕封閉相結(jié)合的處理方法。

充填法處理采空區(qū)是采用充填材料對采空區(qū)進(jìn)行充填處理，使充填體與圍巖共同作用，以改變圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)，達(dá)到有效控制地壓和防止地表塌陷等目的。其適用于處理地表絕對不允許大面積塌陷或其上部有建筑物條件下的采空區(qū)。其優(yōu)點(diǎn)是對相鄰礦體的開采工作影響小，能保證采場回采過程中礦石損失和最低貧化。其不足之處，需要大量的充填料，處理勞動強(qiáng)度大，施工費(fèi)用比較高。

結(jié)合東河灣鐵礦采空區(qū)特點(diǎn)其處理方案只能是封閉和充填，雖然充填采空區(qū)的方案治理成本稍高，但其安全度最高，基本能消除一礦體水患及地表大規(guī)模塌陷的威脅。結(jié)合考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素和安全可靠因素，根據(jù)實(shí)際需求，建議礦山采用選擇性充填空區(qū)和封堵相結(jié)合的空區(qū)處理方案，對于集中的空區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。

3 采空區(qū)治理方案

3.1 采空區(qū)充填治理方案

為滿足礦山治理采空區(qū)及下部回采的需要，礦山擬建設(shè)一個(gè)充填站，經(jīng)綜合考慮并根據(jù)建設(shè)單位的要求，充填能力按50萬t/a進(jìn)行建設(shè)。

按采礦充填能力50萬t/a，年工作制度330 d，礦石體重3.83 t/m3考慮。年充填采空區(qū)體充填材料的配比如下所示：灰砂比（膠固粉與干尾砂重量比）為1∶8～1∶12，充填料漿質(zhì)量濃度為68%。

地表設(shè)置充填鉆孔共2個(gè)，一備一用，鉆孔間距2.0 m，鉆孔直徑180 mm，孔內(nèi)設(shè)套管Ф168×6無縫鋼管，套管內(nèi)穿Ф133×10鋼編塑料管作為充填管。鉆孔開口位于風(fēng)（副）井附近，地坑為3×2 m，深度2 m，鉆孔下端位于+20 m中段，鉆孔傾角90°，單個(gè)鉆孔長度245 m。井下采場鉆孔，為保證鉆孔內(nèi)砂漿流動順暢和充填期間空區(qū)排除氣體，鉆孔傾角應(yīng)在30 °以上，并且必須設(shè)置排氣孔。在巖石不好的情況下應(yīng)在鉆孔內(nèi)下套管，防止孔內(nèi)掉渣堵塞鉆孔。平巷充填管與鉆孔連接時(shí)應(yīng)考慮連接三通作為空區(qū)充填排氣裝置。

充填前需要在中段底部穿脈巷道口處建立鋼筋混凝土隔墻。井下充填擋墻鋼筋混凝土澆灌，厚度為1.2～1.5 m。充填擋墻澆灌時(shí)選擇巖石穩(wěn)固性好、斷面小、易于排水的部位。井下充填擋墻用磚砌筑，厚度大于1.5 m，墻體四周應(yīng)該砌筑在巷道壁內(nèi)，擋墻中間距底板0.3m處預(yù)留濾水管。

3.2 采空區(qū)封閉治理方案

對于獨(dú)立的空區(qū)采用封堵墻封閉治理。封堵墻采用混凝土結(jié)構(gòu)，用單層鋼筋編網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用Φ12 mm的圓鋼編制，網(wǎng)間距250 mm，采用6#鋼絲捆綁。巷道四周均布8根錨桿，錨桿采用Φ18螺紋桿，長度1 m，錨桿端部與鋼筋網(wǎng)焊接，焊接長度400 mm，鋼筋網(wǎng)置于墻體中間，墻厚1500 mm。混凝土采用國標(biāo)GB175-1999普通硅酸鹽水泥，沙子細(xì)度2～2.5 mm，含泥量不大于6%，石子采用10～20 mm的顆度，混凝土配比，水泥：沙：石子=1∶1.27∶2.85，強(qiáng)度達(dá)到C20以上。

3.3 采空區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)方案

礦山形成了大量的空區(qū)。雖然采取充填和封堵的治理措施，但封堵空區(qū)依然可能會發(fā)生塌陷，鑒于其突發(fā)性和復(fù)雜性造成的嚴(yán)重后果很難預(yù)料，應(yīng)建立完善空區(qū)地壓活動監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)掌握空區(qū)圍巖地壓活動狀態(tài)，掌握空區(qū)塌陷征兆及塌陷前巖石聲發(fā)射信號特征，便于準(zhǔn)確預(yù)側(cè)和預(yù)警，避免空區(qū)地壓災(zāi)害造成重大的生命和采充損失。

井下監(jiān)測網(wǎng)通過布置在-85 m水平的監(jiān)測硐室的監(jiān)測系統(tǒng)，用光纜與地面進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，采用地面控制的自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)在地面同步分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的對策措施。此方法為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制監(jiān)測方法，針對大范圍的地壓監(jiān)測具有一定的優(yōu)勢。

經(jīng)充分考察和應(yīng)用現(xiàn)場調(diào)研，監(jiān)測系統(tǒng)采用國內(nèi)比較先進(jìn)的STL-12多通道聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)共計(jì)布置了12個(gè)傳感器，分別布置在-85 m和-130 m水平采空區(qū)附近，其中-85 m水平布置6個(gè)，編號1-6傳感器；-130 m水平布置了6個(gè)，編號為7-12傳感器。在-130 m水平設(shè)有井下監(jiān)測硐室，負(fù)責(zé)所有傳感器的數(shù)據(jù)采集，所有探頭均與井下數(shù)據(jù)采集站連接，然后由井下數(shù)據(jù)采集站經(jīng)光纜傳送至地面的監(jiān)測機(jī)房。

4 采空區(qū)實(shí)施進(jìn)度安排與組織管理

結(jié)合礦山的實(shí)際情況，開展采空區(qū)治理工作，采空區(qū)的治理過程兼顧殘礦回收，采空區(qū)治理時(shí)間約需要30個(gè)月。

空區(qū)治理工作，要求礦山委托有相應(yīng)施工資質(zhì)的單位進(jìn)行施工，施工前按組織機(jī)構(gòu)建立項(xiàng)目部（如圖1所示），按要求配備施工人員（如表1所示），并進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)。礦長應(yīng)組織礦山相關(guān)技術(shù)人員，成立采空區(qū)治理工作組，由礦長任組長，副礦長任副組長，做好分工，和項(xiàng)目部密切配合，按要求，保質(zhì)保量的完成采空區(qū)治理工作。

5 采空區(qū)治理安全對策

5.1 井巷方面的安全防范措施

在處理采空區(qū)時(shí)，在進(jìn)入巷道之前，必須先采用局扇進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，防止污風(fēng)、有毒氣體聚積。先排干巷道內(nèi)的積水、清除污泥。先了解井巷本身的穩(wěn)定情況及周圍構(gòu)造物、井巷、采空區(qū)等的分布情況，確認(rèn)安全方可施工。

對巷道周邊的浮石應(yīng)即時(shí)清理，對不穩(wěn)定的巷道應(yīng)采取臨時(shí)支護(hù)，對已塌方、清理工作量大的地段進(jìn)行砼支護(hù)，必要時(shí)可在影響區(qū)以外開鑿繞道進(jìn)行聯(lián)接。

對不利用的巷道、硐室應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)水、封閉。封閉連接采空區(qū)的通道之前，入口處應(yīng)設(shè)有明顯標(biāo)志，禁止人員入內(nèi)。

5.2 地表塌陷區(qū)管理的安全措施

地表構(gòu)筑物應(yīng)布置于井下開采移動界線以外，并要求生產(chǎn)過程中進(jìn)行地表監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)及時(shí)處理。礦山生產(chǎn)時(shí)，特別是在雨季，應(yīng)加強(qiáng)地面工業(yè)場地邊坡的監(jiān)控，防止場地周邊的岸堤崩塌、滑坡，對設(shè)備和人員造成傷害。與地下開采相對應(yīng)的地表錯(cuò)動帶范圍，要立樁標(biāo)定邊界，防止人員設(shè)備進(jìn)入。

5.3 地壓管理方面的安全防范措施

利用礦山目前所建立的井下地壓監(jiān)測預(yù)報(bào)體系，掌握采場地壓活動規(guī)律。對地壓活動頻繁，巖體穩(wěn)定性差的地段，應(yīng)先采取加強(qiáng)支護(hù)，在保證安全的條件下進(jìn)行工作。礦山要加強(qiáng)對各分層空區(qū)的頂板進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取應(yīng)對措施。

5.4 其它措施

為了保證安全，改善工人的勞動條件，施工中必須執(zhí)行“安全第一，預(yù)防為主”的方針，礦山建設(shè)過程中必須貫徹安全衛(wèi)生“三同時(shí)”，加強(qiáng)安全防范和通風(fēng)除塵等衛(wèi)生防護(hù)工作。

采空區(qū)處理項(xiàng)目施工過程中存在的危險(xiǎn)、有害因素較多，主要有坍塌、機(jī)械傷害、高處墜落事故、中毒、引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害等事故。預(yù)防事故的主要措施有：采空區(qū)治理工程施工前要編制采空區(qū)治理工程施工組織設(shè)計(jì)，對職工進(jìn)行安全培訓(xùn)教育，提高工人的安全意識；人員進(jìn)入采空區(qū)的巷道要進(jìn)行敲幫問頂，清理巷道幫頂板浮石；人員進(jìn)入采空區(qū)之前要進(jìn)行有效通風(fēng)，防止采空區(qū)缺氧發(fā)生窒息或中毒事故；充填料在運(yùn)輸過程中要加強(qiáng)提升運(yùn)輸管理工作，卸倒廢石點(diǎn)要有支擋設(shè)施，以防跑車；在采空區(qū)治理工程中對于采空區(qū)頂板有構(gòu)造裂隙發(fā)育帶和巖石風(fēng)化的地方要加強(qiáng)頂板管理和支護(hù)，以防在治理過程中局部冒落等次生災(zāi)害發(fā)生。對采空區(qū)頂、幫板管理施工單位要形成日常管理制度，每天派有經(jīng)驗(yàn)的專人進(jìn)行安全檢查并做好安全記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，防治頂、幫板冒落事故的發(fā)生；井下在一些關(guān)鍵的路口和位置應(yīng)設(shè)逃生路線指示牌，各種標(biāo)志和指示牌設(shè)計(jì)為涂有反光的熒光粉，在重要部位設(shè)有良好的照明和警示燈；為便于礦山有關(guān)崗位對內(nèi)對外通訊聯(lián)絡(luò)、傳遞信息，各施工地點(diǎn)、辦公室等地方設(shè)置電話，統(tǒng)一接入地方通訊系統(tǒng)。

礦山應(yīng)建立和健全安全生產(chǎn)管理制度和安全規(guī)程，落實(shí)各級領(lǐng)導(dǎo)安全生產(chǎn)責(zé)任制和崗位人員安全產(chǎn)責(zé)任制，明確主要負(fù)責(zé)人、管理人員和各崗位作業(yè)人員的安全生產(chǎn)責(zé)任。采空區(qū)治理施工前要應(yīng)建立應(yīng)急救援組織，按《生產(chǎn)經(jīng)營單位安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》AQ/T9002-2006編制應(yīng)急預(yù)案，配備應(yīng)急救援設(shè)備、物資，定期演練，與就近的專業(yè)救護(hù)組織簽訂救護(hù)協(xié)議。

6 結(jié)語

通過采空區(qū)治理工作，查清礦山范圍內(nèi)采空區(qū)的狀況，編制采空區(qū)治理方案，利用將近兩年的時(shí)間，完成對老采空區(qū)隱患治理，消除已存在采空區(qū)隱患，促進(jìn)企業(yè)建立和完善采空區(qū)長效管理制度，實(shí)行邊開采邊處理，從源頭上控制新采空區(qū)安全隱患的出現(xiàn)，有效遏制由采空區(qū)隱患導(dǎo)致的安全事故發(fā)生，對類似礦山空區(qū)治理有借鑒和指導(dǎo)作用。

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