淺析金屬礦山地下開采采空區(qū)的幾種治理方法

楊軍

摘要：分析闡述了傳統(tǒng)地下開采金屬礦山存在的主要問題及危害，詳細介紹了金屬礦山地下開采采空區(qū)的幾種治理方法。

關鍵詞：金屬礦山;采空區(qū);治理方法;

傳統(tǒng)的金屬礦山地下開采采選模式存在眾多的地質、環(huán)境問題和危害，尤其是經多年開采已經形成了較大范圍的地下采空區(qū)，對周圍居民、工廠構成威脅，為了解決采空區(qū)及地表陷落的安全隱患，同時為礦山生產的大量尾礦砂和廢石尋找堆存場地，某金屬礦山通過在礦山老區(qū)的使用充填采礦法的基礎上不斷完善，使用全尾砂膠結充填技術和塊石膠結充填技術對新礦山井下采空區(qū)進行充填處理，基本上消除了地表陷落及采空區(qū)垮塌安全隱患，取得了較好的經濟效益和社會效益，為小型礦山采空區(qū)治理工作提供了技術指導。

一、傳統(tǒng)地下開采金屬礦山存在的主要問題及危害

1.1能源消耗高，原材料消耗大，導致礦山的經濟效益低下。

1.2地下開采金屬礦山礦石回采率平均約60%，造成大量礦石永久性損失，采選回收率低造成資源、能源的浪費。

1.3環(huán)境污染嚴重。我國金屬礦山每年排放的廢石和尾礦約5×108t，廢渣量大且成分復雜，難處理，難回收，難復墾，污染地下水源。

1.4資源逐漸枯竭，開采條件日趨惡化。由于資源的不可再生性，高品位礦、淺部礦產資源越來越少，金屬礦山開采向深部地下開采和低品位礦開采發(fā)展，開采條件將日益復雜。

1.5破壞土地和生態(tài)環(huán)境。礦山開發(fā)不僅占用大量的土地，還對土地資源造成很大程度的破壞。露天采掘、傾卸固體廢石、尾礦壩和沉陷區(qū)等可使土地變成很難重新利用的不毛之地。礦山開采還會造成地表塌陷和地表景觀的破壞。

1.6引發(fā)多種工程災害和地質災害。開采時破壞巖石穩(wěn)定條件引起的滑坡、冒頂片幫;由于崩落法采礦引起的地陷;廢石堆、尾礦庫垮塌引起的泥石流;地下爆破引起的地面振動、空氣沖擊波等。

二、金屬礦山地下開采采空區(qū)的幾種治理方法

2.1尾礦（廢石）充填技術

充填采礦將尾礦（廢石）處理充入井下采空區(qū)，改善礦山的環(huán)境，節(jié)省污染治理費用，減少修筑廢料石場和占用農田。根據礦山的開采技術條件和采礦方法，采用工藝成熟的中深孔落礦一步回采方案，嗣后用井下掘進和采礦的廢石充填采空區(qū)。由于井下掘進和采礦的廢石量有限，確定井下廢石主要充填東部和西部的采空區(qū)，中部無礦帶附近的采空區(qū)采取封堵方法隔離空區(qū)，即采取“充兩頭封中間”的方法，實現(xiàn)井下廢石不出坑，全部用于井下采空區(qū)充填。該方法采場銜接順利，生產作業(yè)安全，能較好地回收礦石，提高勞動生產率，同時使采場地壓得到有效控制和轉移，既可保護地表環(huán)境，降低成本，又確保井下安全。

廢石不出坑，直接充填采空區(qū)，工藝簡單，效果明顯，適應性廣，易于推廣。這種方法只需要采礦方案設計規(guī)范、合理，便可實施，對設備、人員素質要求不高，適合中小型礦山采用。

2.2 全尾砂膠結充填技術

選礦廠尾礦部分或全部用作充填料，不僅可以解決充填料的來源問題，而且可省去建設尾礦壩，降低礦山尾礦處理帶來的成本，改善礦山環(huán)境，消除尾礦庫垮塌帶來的泥石流等安全隱患，對礦山采選節(jié)能減排具有重要的意義。20世紀80年代，凡口鉛鋅礦試驗充填料的動電固結工藝獲得成功，使全尾砂充填采礦成為現(xiàn)實。該法能有效地加速全尾礦充填料的脫水和固結硬化過程，可提高充填體的初始強度，為設備作業(yè)提供堅硬的底板。隨后，金川鎳礦高濃度膠結充填料管道輸送的研究獲得成功，為我國利用全尾砂充填采礦積累了成功的經驗為全尾砂充填的推廣起到了帶頭作用，為實現(xiàn)礦山采選節(jié)能減排開采提供了技術支持。銅陵有色公司在冬瓜山新開采的礦床高濃度全尾礦充填法也獲得成功，采用的采礦方法為階段空場嗣后充填采礦方法。回采結束，一步驟礦房采場采用全尾砂膠結充填，二步驟礦柱采場采用全尾砂充填，以保證采空區(qū)的穩(wěn)定和生產的銜接，控制深井回采地壓的安全。

在全尾礦充填法中存在兩個方面的難題制約著其推廣應用。首先由于尾礦的化學特性，難以短時間形成一種致密的渣，需要添加化學藥劑和增加處理設備來加速尾礦固結，實施工藝比較復雜。其次，尾礦充填需要配套的加壓、輸送設備和嚴格的操作管理，增加企業(yè)投入，尤其是加大了企業(yè)生產管理難度。因此，全尾礦充填法難以在中小型礦山中推廣。

2.3 塊石膠結充填技術

膠結塊石充填料是由塊石骨料、膠結料和水3種基本成分組成。膠結塊石充填料制備方法有2種：采用混凝土攪拌法，將所有的成分一起加入滾筒式、盤式或螺旋葉片式攪拌機內;用漿葉式攪拌機將水泥膠結料混合成水泥漿，而后將水泥漿噴射到充填骨料上。塊石膠結充填采礦法的實質是采用級配良好的塊石與水泥漿（或水砂漿）混合進行充填，形成的人工壁柱的強度和穩(wěn)定性都比細砂膠結的好。同時還能保證第二步回采的安全，相應減少坑下廢石的提升量。

我國很早就使用廢石充填采場，華錫集團銅坑礦采用井下機車、溜井分配系統(tǒng)、皮帶輸送機將廢石運送至采場口，然后與管道輸送來的水泥漿同時充入采場，在下落過程中自然混合充填，形成高強度的塊石膠結充填體。該法是一種高效率的充填法，日處理廢石量較大，較適用于大礦山、大礦體。另外，金山金礦、湘西金礦和錫礦山將廢石和水泥漿直接充填采場，用電耙混合，也取得了很好的效果。

塊石膠結充填法所需的塊石、水泥漿都可以在井下作業(yè)現(xiàn)場制備，實施工藝和所需設備條件比全尾礦充填法要簡單，膠結強度比單純的廢石直接充填高很多，也適合中小型礦山采用。

三結論

許多礦山的實際應用證明通過以上方法對采空區(qū)充填治理，使礦山開采形成的采空區(qū)得到了有效的治理，有效保護地表不塌陷和保護遠景資源，消除和大量減少了礦山固體廢料的排放，保持礦區(qū)生態(tài)體系完整，是一條變害為利、綜合利用、可有效控制和消除地壓危害、保證礦山安全生產、改善地質環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的有效途徑，從根本上最大限度地消除礦產資源開采帶來的負面影響，并且能使礦山效益最大化。

參考文獻

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