山東省萊蕪市馬莊鐵礦采空區塌陷治理工程實踐

劉明海

摘 要：萊蕪馬莊鐵礦作為建礦50多年的老礦山，90年代以前的采礦形成大量地下采空區和地表塌陷區，為恢復地貌和消除塌陷危害，先后進行了物探工程探測、鉆探工程揭露、充填系統建設和膠結充填材料充填等工程施工，通過對工程施工的總結，闡述了工程施工方法、工程施工特點和施工的一些工藝技術參數，為國內相似礦山塌陷區治理提供了可參考的借鑒經驗。

關鍵詞：采空區；地層；物探工程；鉆探施工；充填工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.102

隨著國民經濟和社會的發展，人口稠密地區土地資源越來越成為稀缺資源，保護土地、保護環境已成為國家政策的重點。作為礦山企業，采礦后遺留的采空區一定年限后會使地表形成塌陷，不僅破壞地形地貌，導致土地閑置浪費，還會因地質災害造成危險。所以，保護礦山地質環境，積極進行塌陷區治理，既是國家地質環境保護政策的要求，也有著積極的現實意義。萊蕪市馬莊鐵礦建于1958年，作為50多年的老礦山，90年代以前采取的崩落法采礦，在地下形成大量老采空區，并逐漸在地表出現塌陷坑。為進行采空區、塌陷區治理，采取了以下方法。

1 地質及工程概況

馬莊鐵礦區內出露地層為中奧陶統馬家溝組、中石炭統本溪組、下第三系官莊組及第四系。第四系主要為沖積物和坡積物，厚度0～20米；下第三系官莊組上部為淡黃色、紫紅色粗～中粒砂巖和薄層粘土，中部為棕紅色細粒砂巖，底部為礫巖和砂巖，厚度20～40米；中石炭統本溪組以灰綠色砂頁巖為主，厚度30～50米；中奧陶統馬家溝組地層由下至上為大理巖、結晶灰巖。礦床為燕山期閃長巖類雜巖體與中奧陶統碳酸鹽類巖石接觸交代形成的高溫熱液矽卡巖類型。

2 物探工程探測地下采空區

馬莊鐵礦0米以上采空區形成因年代較久，加之地層塌陷變化，對采空區位置及冒落塌陷后空間大小需通過探測以便于治理，故進行物探施工。

工程物探投入的主要方法為大地電磁層析法。該方法以大地電磁場為場源，利用采空區不充水具有高阻電性的物理特征進行測量，通過地表測量不同頻率的大地電磁場的電場分布，確定地下不同深度的地電性質變化而產生的地質變化。經微機處理、分析了解地下不同深度范圍內地層導電性質變化，對地電斷面進行地質解釋，當地下存在斷層構造、采空區時，因斷裂帶、采空區中充填的物質（介質）與兩側的巖石（介質）物理性質不同，主要是導電性、介電常數等存在較大差異，在大地電磁探測數據上有明顯反映，可得到各測線大地電磁電分量斷面圖，通過分析斷面圖電分量異常，獲得采空區資料數據。分析各測線采空區分布特征，提出了物探成果報告，為采空區鉆探布孔提供前期依據。

3 地表布置鉆孔鉆探揭露采空區

鉆孔一般布置于勘探線整線和半線位置，根據物探結果，盡量選擇采空區空頂最高位置對應的地表位置，因地表塌陷許多地方設備難以進入，需布置一定數量的斜孔。采空區上覆巖層地理環境特殊，地質條件復雜，鉆探施工不同于一般地層。

（1）巖石破碎：在礦石采掘過程中，由于炸藥爆破采礦的爆破震動，使上覆巖層產生縱橫交錯的裂隙，巖石失去完整性，距離采空區越近破碎程度越高；采空區形成已多年，許多地方地層塌陷錯動，地層已不是天然地層結構，地層穩定性差；地層距離地表近，風化裂隙發育，巖石破碎使形成鉆孔后孔壁掉塊易導致卡鉆、下鉆障礙，影響正常生產。

（2）地層風化松散：采空塌陷區原先礦體埋藏較淺，礦體上盤灰巖總體較薄、形態變化較大，或數層薄層灰巖夾風化巖層，巖石風化蝕變形成松散砂狀、土狀，鉆進過程中不易成孔，常常巖心管提出后鉆孔隨即坍塌，再下鉆無法下入，只能掃孔反復鉆進，不能實現進尺或進尺緩慢。

（3）沖洗液漏失：采空區上盤灰巖主要為奧陶系灰巖，天然巖石中發育溶洞溶孔，加之采礦爆破形成的大量巖石裂隙，使鉆進過程中揭露這些溶洞溶孔和裂隙后出現沖洗液漏失，無法實現孔內沖洗液循環鉆進。

（4）鉆桿斷鉆：由于采空區上覆巖層復雜的地質條件，鉆進過程孔內情況往往比較復雜，鉆桿工作狀態不穩定，受震動力、沖擊力加大，加劇了鉆桿柱的損壞。用充填配合的方法，即先充填治理漏失再掃孔鉆進，雖工序復雜，但提供了一個可行的辦法。

（5）鉆柱在孔內高速回轉要不斷的產生磨損，鉆柱聯接處車有螺紋，是相對的薄弱環節。使用過程中注意保護鉆桿聯接端部，用卡鉗或卡瓦夾巖心管、鉆桿時，離開接頭處，避免破壞外表面而發生應力集中；要定期對所有鉆柱接頭處壁厚進行檢查測量，發現端部壁厚不合要求者，及時替換。采空區從井下相應位置對所有出口進行封堵。封堵位置要選擇巖石相對完整的較佳位置。封堵墻可用磚、水泥砌墻，墻面水泥抹面，用圓木做立柱、木板做橫撐對墻體加固，立柱下部起槽，深度不小于25mm，上部按打點柱的方法砸入木楔。封堵墻整體強度要滿足空區內充填漿液壓力需要。

4 結語

馬莊鐵礦老采空區經過兩年多的治理，取得了較明顯的效果，較大采空區已基本探明并通過充填密實，地表不再出現新的塌陷.城區整體規劃有兩條城市道路從該區域通過，而且對城市地質公園的建設和綠地備用儲備創造了統計，。這樣，既解決了土地不再閑置的問題，同時，解除了礦山的安全隱患，使礦山變為綠色礦山，企業效益和社會效益巨大，符合科學發展觀和新的發展理念的要求。

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