金屬非金屬地下礦山采空區治理淺述

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金屬非金屬地下礦山采空區治理淺述

李寧
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本文分析了金屬非金屬礦山地下采空區的危害，列出了采空區治理的方法，分析了各種治理方法的特點及存在的問題，給出了采空區治理方面的建議。

礦山；采空區；治理

2015年12月25日7時56分，山東省臨沂市平邑縣玉榮商貿有限公司石膏礦發生采空區坍塌事故。這是我國首例大直徑鉆孔成功救援案例，也是世界上除美國、智利外的第三例，創造了我國礦山事故救援的范例，在礦山救援史上具有里程碑式的意義。但其造成的1人已確認遇難，13名失聯的后果，不得不引起我們對金屬非金屬礦山地下采空區治理的警示與反思。

1　采空區的危害

1.1威脅井下作業人員的安全。采空區如處理不好，一般內有井下涌水，如若采空區積水突然涌出，將造成井下淹井的危險。采空區突然的冒落，除了產生礦震，還會產生強大的沖擊氣浪，對人體造成傷害，對其它井巷工程造成破壞[1]。

1.2阻礙礦山的可持續發展。國內有些礦山，尤其是小型礦山企業，或前期地質工作不詳細，或只注重眼前的利益不按設計開采順序、采礦方法進行開采，開采過程中形成了不均勻的采空區分布，使得某些礦石因為采空區而無法開采，從而造成了礦量的損失，使生產無法正常接續下去。

1.3對地面建構筑物構成威脅。地下開采過程中，逐漸形成了采空區，其上盤巖層及傾角較陡的下盤巖層在自重和上覆巖層的作用下，逐漸發生變形、移動和崩落。并向上部擴展，當采空區擴大到一定范圍后，這種過程漸漸發展至地表，形成陷落區，處于移動范圍內的井巷工程和建筑物，都有可能遭到破壞。

因此，主要開拓巷道及其地面設施，一般情況下應該布置在巖石移動范圍之外。在地面移動范圍之外再設置一個保護帶。此保護帶的寬度因保護對象的等級而異，對于Ⅰ級護對象為20m，Ⅱ級保護對象為15m，Ⅲ級保護對象為10m。

2　采空區治理方法的分類

采空區常用的治理方法目前主要有崩落法、支撐法、封閉與隔離法、充填法處理方法[2]。

2.1崩落法

崩落圍巖處理空區在生產中應用比較廣泛，一般適用于：（1）表允許崩落。如地表需要保護，則須礦體埋藏很深、礦體覆巖不會整體位移，確保規落后巖移不會發展至地表；（2）采礦柱和處理空區常同時進行，礦石貧化、損失大，則宜用于礦石價值和品位不高的礦體；圍巖含礦有利于使用本法；（3）用于各種穩固性的圍巖，但用強制崩落圍巖時，其穩固性應能保證放頂工程穩定和作業安全。崩落圍巖的方法有強制崩落、自然崩落或二者的聯合。

決定水平和緩傾斜中厚以下礦體的空區崩落頂板的厚度應考慮下列因素：（1）及時地全面放頂，使崩落巖石充滿空區利于降低相鄰作業區的支承壓力。（2）崩落巖石的高度如不能保證接頂，至少應保證空區和作業區隔離以防止氣浪沖擊。（3）在上述基礎上盡量減少朋落圍巖工程量，在合適的條件下可采用間隔放頂形成隔離帶并誘導其余頂板自然崩落。

2.2支撐法

支撐法借助臨時或永久的礦柱支持采空區頂板，防止圍巖的冒落，適用于水平及緩傾斜中厚以下礦體，礦巖穩固性好，圍巖結構面少的條件下，對于開采礦石品位低，經濟價值小的礦山較為有利，此類方法要求頂板的暴露面積一般不超過200m2，不適用于貴重金屬礦山的開采。

2.3封閉與隔離法

封閉法即礦石采出后，即將空區與人行、運輸巷道或生產區段隔離，封閉，任其存在或崩落。封閉采空區應在保證密閉的同時，留設觀察孔與泄水孔，防止采空區積水。

采用隔離法時，可采用如下措施：封閉空區至所有生產區的通道；開“天窗”；在適當位置留隔離礦柱隔離空區；留足夠厚度的礦巖墊層，使空區與下部生產區隔離；墊層下生產區采用“封閉式”采準布置，礦塊中的采準、切割落礦、出礦等作業在空區隔絕下進行；對空區和巖石墊層嚴密監控。

2.4充填法

充填法處理空區主要采用廢石干式充填和尾砂、碎石水力充填。充填處理空區可以減小巖石和地表移動的幅度，并減慢上述移動的發生和發展過程，防止大面積地壓活動，并有助于解決尾礦和采掘廢石的堆放問題。

尾砂、碎石水力充填空區優點：充填較致密，接頂程度好，可更好地控制頂板巖層移動和崩落，保護地表安全，提高礦石回收率；用尾砂充填，更可改善地表環境，減少尾礦以庫容；充填料用管道輸送的效率高，能力大，充填機動靈活。缺點是：建立尾砂分級、碎石破碎、充填輸送系統等設施的一次投資大；充填工藝技術管理要求嚴格。空區充填和回采工作應協調進行。

3　治理方法的選擇及存在的問題

崩落法、支撐法、封閉與隔離法主要用于地表允許塌陷，采空區圍巖穩定性較好，短期內可以維持采空區穩定性、不會對生產造成影響的采空區。

在地表移動帶范圍內，如果有河流、農田、居民區、公路、鐵路、風景區、文化遺址和重要建筑物，或者由于環境保護的要求，地表不允許陷落，此時應優先考慮能保護地表的采空區處理方法——充填法。

充填法實施過程中主要存在以下問題：（1）部分礦山礙于技術原因，充填工程實施前，不進行充填試驗，導致充填后充填料離析嚴重，充填體分層強度不均，滲濾廢水和細泥較多，污染井下環境，增加排水費用；充填接頂效果不好，影響頂板穩定性。（2）北方冬季寒冷，充填料易凍結，入料設備很難分離處理。（3）尾砂充填的骨料成本較高，中小型礦山承受不起。

4　采空區治理建議

（1）政府應加強全國的采空區全面摸查，探明各地采空區體積，做到采空區臺賬清晰，精準監管。

（2）對排查出的采空區依據采空區規模大小、地質狀況、巖石穩固程度采取分級管理，針對不同的等級制定不同的采空區治理方案。

（3）加大采空區探測技術的研究力度，探索更為方便、安全的采空區探測手段。

（4）加強充填技術人才的培養，采用充填法開采的礦山應加強技術力量，研究采空區充填新材料，充填之前應進行充填試驗，優化采空區充填工藝，降低采空區治理成本。

（5）采空區治理應堅持預防為主，礦山在開采前應加強地質勘查的程度，摸清礦山的地質情況，開采過程中應嚴格按設計要求規范開采，做到礦石回采與采空區治理的同步進行，既保證開采礦石的質量，又少留安全隱患。

[1]鄭懷昌，李明.地下采空區危險性及其分析[J].礦山壓力與頂板管理，2005，No4

[2]張飛，張衡，劉德峰，朱師波，劉小超，徐曉宏，黃壟，謝明星.尾砂膠結充填在某金屬礦采空區處理中的應用[J].有色金屬（礦山）.2013(7)