淺談潘洛鐵礦干尾充填采空區(qū)治理方案

楊羽慰

(福建省潘洛鐵礦有限責(zé)任公司， 福建 漳平市 364405)

隨著開采時間的延長和開采范圍的不斷擴(kuò)大，許多地下礦山的空區(qū)規(guī)模和數(shù)量都在不斷擴(kuò)大，采空區(qū)范圍過大和存在時間過長時，就會形成地壓危害，若不及時處理，就會導(dǎo)致空區(qū)、采場巷道等發(fā)生大量巖石冒落，引發(fā)空氣沖擊波和礦震繼而引發(fā)地表開裂、下沉、山體滑坡、地面建筑物倒塌與陷落等危害現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到礦山的安全生產(chǎn)。

1 礦山空區(qū)現(xiàn)狀

福建省潘洛鐵礦有限責(zé)任公司為采選聯(lián)合企業(yè)，下屬的洛陽鐵礦自1992年轉(zhuǎn)為地下開采以來，到目前為止，共形成了“洛陽一礦”和“洛陽二礦”2個地下開采系統(tǒng)。其中“洛陽一礦”于1992年建成投產(chǎn)，主要開采礦山深部的主礦體；“洛陽二礦”于2006年建成投產(chǎn)，開采主礦體外圍淺部零星礦體。因開采歷史較久，礦山井下形成了較多的采空區(qū)，做為省屬國有企業(yè)，潘洛鐵礦歷來重視采空區(qū)的治理，早在2012年即與長沙礦山研究院有限責(zé)任公司開展合作，對礦山采空區(qū)的充填處理和監(jiān)測預(yù)警進(jìn)行研究，并對礦山施工1#和3#充填井進(jìn)行采空區(qū)治理，同時在洛陽一礦設(shè)有微震監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測采空區(qū)的穩(wěn)定狀況。另外，因礦山現(xiàn)有尾礦庫庫容偏小，無法容納礦山服務(wù)年限內(nèi)排出的所有尾礦，為了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，潘洛鐵礦與福建省冶金工業(yè)設(shè)計院合作，于2016年4月啟動了干尾利用環(huán)保工程，擬將選礦廠排出的尾砂，全部脫水壓濾，壓濾后的干尾砂除少量用作水泥廠的原料運(yùn)銷至水泥廠外，剩下全部用汽車運(yùn)送至井下充填采空區(qū)。目前，尾砂脫水系統(tǒng)(即井下采空區(qū)的尾砂干式充填站)已建成并投入使用。

(1) 1#采空區(qū)。該采空區(qū)平面上由4個礦塊(100中段3個礦塊，70中段一個礦塊)空區(qū)連成一片組成，頂板最高處標(biāo)高為+145 m；底板最低處標(biāo)高為+85 m；暴露面積為5032 m2；空區(qū)跨度30～50 m之間，采空區(qū)高度10～35 m，平均高度25 m，采空區(qū)體積約12.58×104m3，預(yù)計可干式充填體積約9.91×104m3。該采空區(qū)頂部已施工了與地表相通的1#干式充填井。

(2) 2#采空區(qū)。采空區(qū)沿礦體(向東)傾伏方向由130， 100， 70 m中段采空區(qū)連通組成，暴露面積總計8082 m2；空區(qū)垂直傾伏方向平均跨度36 m。該采空區(qū)未施工充填井，所需充填材料需要通過轉(zhuǎn)排，該采空區(qū)適合轉(zhuǎn)排充填區(qū)域在8～10勘探線間，可充填面積7042 m2，平均高度約33 m，可充填體積約17.43×104m3。

2 采空區(qū)干尾充填

(1) 1#采空區(qū)自然充填。該采空區(qū)頂部施工有與地表相通的1#干式充填井，充填井直徑1500 mm，可采用干式充填料直接充填，為防止溜井堵塞，井口設(shè)有400 mm×400 mm格篩。雖然目前采空區(qū)無滲水、積水現(xiàn)象，但為了保持充填后采空區(qū)的滲透性，防止采空區(qū)積水，本項目利用采礦掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石作為干尾砂的“攪拌”材料，與干尾砂一起形成混合充填料充填采空區(qū)，首先利用大塊廢石對采空區(qū)底部進(jìn)行鋪底形成廢石墊層，之后廢石和干尾砂交替充填采空區(qū)，廢石和干尾砂的充填體積比例按2∶1進(jìn)行，即廢石2車∶干尾砂1車交替充填。

(2) 轉(zhuǎn)排通道。洛陽一礦目前僅施工有一口干

式充填井，位于1#采空區(qū)上部，其余采空區(qū)所需的充填料須通過機(jī)械設(shè)備從該采空區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)，各采空區(qū)充填后內(nèi)部的平整也需機(jī)械設(shè)備進(jìn)入。洛陽一礦目前井下采用有軌設(shè)備運(yùn)輸，若充填料轉(zhuǎn)排和空區(qū)內(nèi)平整也采用有軌設(shè)備，需要較多的輔助設(shè)施，受到較多的限制。而洛陽二礦南采場現(xiàn)有的斜坡道工程最低已開拓至+65 m標(biāo)高，結(jié)合洛陽二礦已有的無軌運(yùn)輸斜坡道工程施工尾砂轉(zhuǎn)排通道，轉(zhuǎn)排通道施工后，無軌設(shè)備可通過洛陽二礦的斜坡道硐口直接進(jìn)入井下，今后采空區(qū)充填過程中為充分回收國家資源而回采的部分殘礦也可以利用該通道運(yùn)出地表。根據(jù)已有斜坡道和擬充填處理的采空區(qū)的位置和標(biāo)高，在洛陽二礦現(xiàn)有斜坡道+161.7 m標(biāo)高處向下施工斜坡道至+122 m標(biāo)高和1#采空區(qū)相通，并在斜坡道中部對應(yīng)的+146 m標(biāo)高與2#采空區(qū)相通，作為機(jī)械設(shè)備出入及尾砂轉(zhuǎn)排的通道。轉(zhuǎn)排通道施工過程中掘進(jìn)的廢石直接運(yùn)至已貫通的采空區(qū)回填作為底部墊層。

(3) 尾砂轉(zhuǎn)排充填2#采空區(qū)。1#采空區(qū)頂板最高處標(biāo)高為+145 m，底板最低處標(biāo)高為+85 m，充填井位置基本位于該空區(qū)的最高點。1#采空區(qū)頂板標(biāo)高大部分在+129 m以下，設(shè)計轉(zhuǎn)排通道與該采空區(qū)在+122 m標(biāo)高處相通，使進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)的設(shè)備與采空區(qū)頂板的高差大部分控制在7 m以下，有利于觀察頂板狀況并及時處理。轉(zhuǎn)排通道施工完成后，用自卸汽車從地表廢石臨時堆場運(yùn)送廢石至1#采空區(qū)，從采空區(qū)邊緣開始逐步將自然充填未填滿的周邊區(qū)域回填至+122 m標(biāo)高，并利用裝載機(jī)將自然充填的廢料整平，形成轉(zhuǎn)載平臺。+122 m標(biāo)高以上的空間作為充填料的臨時堆場，洛陽一礦其余采空區(qū)充填所需充填料均從該堆場轉(zhuǎn)載。2#采空區(qū)充填所需的充填料在1#采空區(qū)充填料臨時堆場裝自卸汽車后，經(jīng)轉(zhuǎn)排通道從+146 m標(biāo)高運(yùn)至2#采空區(qū)充填，從采空區(qū)邊緣開始逐步向采空區(qū)中部推進(jìn)，最終將采空區(qū)回填至相應(yīng)的標(biāo)高。

3 結(jié) 論

(1) 通過干尾充填采空區(qū)，最大限度地縮小采空區(qū)的高度和體積，杜絕采空區(qū)突然垮塌對礦井造成毀滅性破壞的可能性，防止造成地面塌陷。

(2) 充填料來自地表廢石場和選礦廠排放的干尾砂，方案實施后，將最大限度減少進(jìn)入尾礦庫的尾砂，在解決采空區(qū)治理問題的同時，減緩了尾礦庫的庫容壓力和尾礦庫下游的安全壓力，并減少了占用土地，在廢石臨時堆場堆存的廢石被運(yùn)走后，還可以及時恢復(fù)地表植被，美化礦山環(huán)境。