東升廟鉛鋅礦采空區治理研究

柴 源

(萬城商務東升廟有限責任公司， 內蒙古 烏拉特后旗 015543)

東升廟鉛鋅礦采空區治理研究

柴 源

(萬城商務東升廟有限責任公司， 內蒙古 烏拉特后旗 015543)

東升廟鉛鋅礦井下采空區約80.3萬m3，礦山采用充填法和崩落法2種方式治理采空區，重點介紹了3#礦體采空區充填治理。并在治理采空區的過程中輔以現代科技監測手段，并且通過優化采礦方法等措施管理采空區，為井下生產提供安全指導。通過治理采空區，可從根本上排除礦山存在的最大安全隱患，達到安全持續穩定生產的目的。

采空區治理；充填；采礦方法；監測設備

東升廟鉛鋅礦是鉛鋅硫鐵多金屬地下礦山，共有4條礦脈，分別為1#、2#、3#、4#礦體。1#礦體規模很小，回采已結束。各礦體之間約有50 m間距，采空區未連通，開采時相互之間無影響。其中3#礦體為主采礦體，礦體圍巖主要為絹云石墨片巖，其次為白云石大理巖，整體穩固性較好。

1 礦山采空區現狀

東升廟鉛鋅礦建礦初期采用淺孔留礦法回采，分段高度30 m。現采用分段空場法，分段高度40 m，中間設置一個鑿巖分層，采用中深孔落礦，底部采用塹溝式底部結構，出礦設備采用電動裝巖機配合0.75 m3礦車，有軌運輸。自上而下共4個回采中段，分別為960 m中段、930 m中段、890 m中段、850 m中段。

東升廟鉛鋅礦采空區主要集中于3#礦體，由于歷史原因，各中段之間未留頂柱，垂直方向已貫通。空區由4條寬15 m的礦柱分割開來，共形成5個采空區，由東向西分別為1號至5號采場。空區體積合計約80.3萬m3。3號采場向上140 m為地表河床，地表不允許塌陷。采空區分布情況見表1。

表1 3#礦體采空區分布情況

東升廟鉛鋅礦采空區具有垂直高度高、空區面積大、支撐物少等特點。顯然，4條礦柱是支撐巨大采空區的主要構筑物。隨著礦山開采的深入，采空區體積仍將逐漸增大，當壓力達到礦柱承受極限時，將造成礦柱崩裂坍塌，進而引起頂板大面積冒落，甚者可能引起地表陷落[1]。所以，礦柱的穩定性是決定采空區是否安全的主要因素。影響礦柱穩定性的主要因素可以歸納為以下幾點：

(1) 礦柱內已有的工程布置。在采礦過程中，礦柱內會布置平巷、天溜井等工程。隨著時間的推移，受風化、水浸、震動等外部因素的影響，礦柱局部的穩定性將逐漸降低，從而影響礦柱整體的穩定性。

(2) 回采爆破擾動。對于礦柱而言，長期反復受到回采爆破地震波和空氣沖擊波的作用，會使礦柱某一區域處于疲勞狀態，降低礦柱的承壓能力。

(3) 礦柱不規則的外表形態。礦柱在回采過程中難免會出現局部超欠挖，所以，礦柱的外表形態必然是不規則的，因此會導致應力分布不均，出現局部應力集中的現象，當應力超過該區域承受極限時，會產生裂隙、局部垮落等現象，從而影響礦柱整體穩定性。

綜上，對于礦山面臨的采空區過大問題，當務之急是保護好現有的4條礦柱，依靠礦柱支撐頂板和上下盤圍巖，確保其不會垮塌。而從長遠發展的角度考慮，對采空區采取合理有效方法進行治理，改進現用的采礦方式，才能徹底解決采空區過大而帶來的安全隱患[2￣3]。

2 采空區治理措施

2.1 主要治理措施

東升廟鉛鋅礦治理采空區主要采取崩落法和充填法2種方法。1#、2#、4#礦體規模小，計劃采用崩落頂板圍巖的方式處理采空區。3#礦體規模較大，空區隱患突出，計劃采用充填的方式治理采空區。以下著重介紹3#礦體采空區充填治理。

3#礦體采空區充填的基本原則為：

(1) 采礦結合充填，充填優先；

(2) 加大灰砂比，為后期礦柱回收做準備；

(3) 優先充填1號和2號采場，保護其中礦柱的完整性和穩定性。隨后充填3號采場，及早排除地表河床帶來的安全隱患；

(4) 實行多采場交替充填，保證充填水可以順利排出，降低側壓力對礦柱的影響。

為實現合理充填，礦山結合自身安全生產條件制定了詳細的充填計劃，并確定了充填順序。第一年(不包括試充填期)充填1號和2號采場，第二年充填1號、3號和5號采場，第三年充填1號、3號和4號采場。具體見表2。

表2 3#礦體充填計劃 /m3

按25萬m3/a充填能力推算，充填站投入使用后，1 a內可有效緩解采空區安全隱患，2 a內采空區安全隱患基本得到控制，3 a內采空區安全隱患徹底消除。從第4 a開始可實行充填采礦法，實現安全連續穩定生產的目的[4￣5]。

2.2 輔助治理措施

2.2.1 安裝監測監控設備

監測預防是指利用現代科技手段或采取必要的預防措施，對采空區實施監測管理，全面了解采空區實時動態，為井下安全生產提供理論依據。監測預防無法從根本上解決采空區帶來的安全隱患，但是可以為礦山安全生產作指導。礦山為監測采空區先后建設了微震監測系統、位移監測系統以及地壓監測系統。

微震監測系統是通過監測巖體破裂或其他因素引起的震動，對監測對象的破壞狀況、安全狀況等作出安全評價，從而為預報和控制災害提供依據的成套設備和技術。該系統在井下設有傳感器，傳感器收集的實時數據通過線纜傳輸至地表監控室主機，從而分析監控區域內巖體活動情況。該系統可按設定自動過濾由生產活動引起的較大震動，著重監測由礦柱本身引起的人無法直接觀察的內部活動。

位移監測系統是通過紅外測距技術監測兩個相鄰物體相對位移的系統。該系統監測數據可精確到0.1 mm，主要用于監測兩條相鄰礦柱之間的位移。位移監測系統在井下設有紅外發射器以及反射板，系統監測數據可通過專用線纜實時傳輸至地表監控室主機。該系統可設定安全數據范圍和接受危險預警手機號，當監測數據超出預設范圍時，系統會自動發送提醒信息至預設手機號。

地壓監測系統是指在既定位置安裝傳感器，用來監測該位置地壓變化情況的監測系統。傳感器會自動儲存監測數據，由專業人員定期去現場采集，然后用地面主機專用軟件分析，可以為采空區管理提供數據依據。

2.2.2 規范采礦

礦山在采礦方面存在很多問題，解決這些問題將是一個持續不斷、循序漸進的過程，在未來幾年，礦山將分兩個階段去實施采礦。

第一階段：在前三年內以充填為主，采礦為輔。這時充填主要以治理采空區為主，采礦需為充填讓步，且回采工作轉移至另外兩個礦體，必要時適當降低生產能力，確保井下安全生產。同時要逐步規范采礦方法，按標準采礦方法預留頂柱、間柱。控制礦房寬度，實施一房一柱交替布置形式。新開拓的采場或中段，均采用脈外布置沿脈巷道的形式。

第二階段：從第四年開始，井下采空區安全隱患已排除，這時開始實施采充結合，采礦為主，充填為輔，邊采礦邊充填。同時考慮將出礦設備由有軌設備向無軌設備過渡，使用1～2 m3電動鏟運機出礦，提高出礦效率和殘礦回收率。

采礦是一個繁復的過程，由若干環節相互銜接而成。影響采礦進度和質量的因素有很多，其中一環的改變可能影響整個采礦過程的實施。所以，礦山在生產過程中要做到提前規劃，有計劃、有組織的去實施采礦。這樣才能將各環節相互之間的影響降至最低，使采礦與充填良好的結合[6￣7]。

3 應用情況及效果

經過1 a多時間的監測管理與充填，東升廟鉛鋅礦井下采空區正按既定計劃得到治理，采空區體積逐漸減少，安全隱患逐步排除。1號采場和2號采場之間的礦柱趨于穩定，沒有出現片幫、裂隙增加等現象。各類監測設備運轉正常，各項監測數據未出現異常，各個礦柱穩定性較好，可以繼續起到支撐圍巖的作用。在未來幾年，礦山繼續按照計劃實施充填治理井下采空區，可及早實現充填采礦法，徹底排除采空區帶來的安全隱患。井下采空區得到治理后，礦山可持續穩定生產8 a以上。

4 結 論

采空區治理是大部分地下礦山面臨的一項重要工作，由于礦山經過長年不規范開采形成大量的采空區，必須經過進一步治理才能繼續開采，充填法是治理采空區的有效措施，不僅可以有效防止采空區垮塌，而且充分利用尾礦回填，有利于環境保護。此外，在生產過程中輔助布置現代科技監測手段能很好的為礦山安全生產服務。采空區治理不僅可以排除安全隱患，而且可以最大可能的回收礦產資源，是礦山安全、持續、穩定生產的有力保障措施。

[1]章慶松.礦山生產技術管理[M].北京：冶金工業出版社，2013.

[2]王永紅，王春毅，程秀升，等.采空區治理中的安全與技術管理[J].采礦技術，2008,8(4):75￣76.

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[4]李冬青.我國金屬礦山充填技術的研究與應用[J].采礦技術，2001(2)：16-19.

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[6]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京：冶金工業出版社，1995.

[7]王 青.采礦學[M].北京：冶金工業出版社，2002.

2015￣03￣26)