金屬非金屬地下礦山采空區(qū)治理淺述

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金屬非金屬地下礦山采空區(qū)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(qū)的危害，列出了采空區(qū)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(qū)治理方面的建議。

礦山；采空區(qū)；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(mào)有限公司石膏礦發(fā)生采空區(qū)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(chuàng)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(lián)的后果，不得不引起我們對金屬非金屬礦山地下采空區(qū)治理的警示與反思。

1　采空區(qū)的危害

1.1威脅井下作業(yè)人員的安全。采空區(qū)如處理不好，一般內(nèi)有井下涌水，如若采空區(qū)積水突然涌出，將造成井下淹井的危險。采空區(qū)突然的冒落，除了產(chǎn)生礦震，還會產(chǎn)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(xù)發(fā)展。國內(nèi)有些礦山，尤其是小型礦山企業(yè)，或前期地質(zhì)工作不詳細，或只注重眼前的利益不按設(shè)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(qū)分布，使得某些礦石因為采空區(qū)而無法開采，從而造成了礦量的損失，使生產(chǎn)無法正常接續(xù)下去。

1.3對地面建構(gòu)筑物構(gòu)成威脅。地下開采過程中，逐漸形成了采空區(qū)，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(fā)生變形、移動和崩落。并向上部擴展，當采空區(qū)擴大到一定范圍后，這種過程漸漸發(fā)展至地表，形成陷落區(qū)，處于移動范圍內(nèi)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(shè)施，一般情況下應(yīng)該布置在巖石移動范圍之外。在地面移動范圍之外再設(shè)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(qū)治理方法的分類

采空區(qū)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(qū)在生產(chǎn)中應(yīng)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(guī)落后巖移不會發(fā)展至地表；（2）采礦柱和處理空區(qū)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(wěn)固性的圍巖，但用強制崩落圍巖時，其穩(wěn)固性應(yīng)能保證放頂工程穩(wěn)定和作業(yè)安全。崩落圍巖的方法有強制崩落、自然崩落或二者的聯(lián)合。

決定水平和緩傾斜中厚以下礦體的空區(qū)崩落頂板的厚度應(yīng)考慮下列因素：（1）及時地全面放頂，使崩落巖石充滿空區(qū)利于降低相鄰作業(yè)區(qū)的支承壓力。（2）崩落巖石的高度如不能保證接頂，至少應(yīng)保證空區(qū)和作業(yè)區(qū)隔離以防止氣浪沖擊。（3）在上述基礎(chǔ)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(dǎo)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(qū)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(wěn)固性好，圍巖結(jié)構(gòu)面少的條件下，對于開采礦石品位低，經(jīng)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(qū)與人行、運輸巷道或生產(chǎn)區(qū)段隔離，封閉，任其存在或崩落。封閉采空區(qū)應(yīng)在保證密閉的同時，留設(shè)觀察孔與泄水孔，防止采空區(qū)積水。

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

2.4充填法

充填法處理空區(qū)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(qū)可以減小巖石和地表移動的幅度，并減慢上述移動的發(fā)生和發(fā)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(qū)優(yōu)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(huán)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(tǒng)等設(shè)施的一次投資大；充填工藝技術(shù)管理要求嚴格?？諈^(qū)充填和回采工作應(yīng)協(xié)調(diào)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(qū)圍巖穩(wěn)定性較好，短期內(nèi)可以維持采空區(qū)穩(wěn)定性、不會對生產(chǎn)造成影響的采空區(qū)。

在地表移動帶范圍內(nèi)，如果有河流、農(nóng)田、居民區(qū)、公路、鐵路、風(fēng)景區(qū)、文化遺址和重要建筑物，或者由于環(huán)境保護的要求，地表不允許陷落，此時應(yīng)優(yōu)先考慮能保護地表的采空區(qū)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(shù)原因，充填工程實施前，不進行充填試驗，導(dǎo)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(huán)境，增加排水費用；充填接頂效果不好，影響頂板穩(wěn)定性。（2）北方冬季寒冷，充填料易凍結(jié)，入料設(shè)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(qū)治理建議

（1）政府應(yīng)加強全國的采空區(qū)全面摸查，探明各地采空區(qū)體積，做到采空區(qū)臺賬清晰，精準監(jiān)管。

（2）對排查出的采空區(qū)依據(jù)采空區(qū)規(guī)模大小、地質(zhì)狀況、巖石穩(wěn)固程度采取分級管理，針對不同的等級制定不同的采空區(qū)治理方案。

（3）加大采空區(qū)探測技術(shù)的研究力度，探索更為方便、安全的采空區(qū)探測手段。

（4）加強充填技術(shù)人才的培養(yǎng)，采用充填法開采的礦山應(yīng)加強技術(shù)力量，研究采空區(qū)充填新材料，充填之前應(yīng)進行充填試驗，優(yōu)化采空區(qū)充填工藝，降低采空區(qū)治理成本。

（5）采空區(qū)治理應(yīng)堅持預(yù)防為主，礦山在開采前應(yīng)加強地質(zhì)勘查的程度，摸清礦山的地質(zhì)情況，開采過程中應(yīng)嚴格按設(shè)計要求規(guī)范開采，做到礦石回采與采空區(qū)治理的同步進行，既保證開采礦石的質(zhì)量，又少留安全隱患。

[1]鄭懷昌，李明.地下采空區(qū)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(jié)充填在某金屬礦采空區(qū)處理中的應(yīng)用[J].有色金屬（礦山）.2013(7)