某礦山地下采空區(qū)治理充填方法

王文軍

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概況

某礦山改造工程井下深部挖潛擴(kuò)產(chǎn)技術(shù)改造項(xiàng)目和新選礦廠建設(shè)工程的配套工程需新建一座選礦尾水處理的酸性水庫，占地71821m2。擬建主水壩按不透水碾壓土石壩設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)最大壩高21m，壩長約88.0m。為防止壩基滲漏，需先對庫區(qū)內(nèi)的下覆采空區(qū)充填，以阻止空區(qū)圍巖崩落。根據(jù)本工程勘察資料，庫區(qū)內(nèi)下覆采空區(qū)按照山谷地理位置可分為3處，分別為主壩基空區(qū)兩條，攔石壩基空區(qū)兩條，填方區(qū)空區(qū)6條。空區(qū)圍巖為微風(fēng)化千枚巖。

2 采空區(qū)形態(tài)

（1）主壩附件下覆采空區(qū)。

表1 主壩基附近采空區(qū)要素

（2）攔石壩下覆采空區(qū)。

表2 攔石壩基采空區(qū)要素

（3）填方區(qū)下覆采空區(qū)。

表3 填方區(qū)采空區(qū)要素

3 充填方法的選擇

3.1 充填途徑的選擇

一般礦山采空區(qū)充填方法途徑主要有以下兩種。結(jié)合本礦山實(shí)際情況，連接采空區(qū)的巷道已廢棄，修復(fù)較困難，已無法直接進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)，且采空區(qū)離地表的距離較近，充填質(zhì)量要求不高。綜合情況，決定采用地表鉆孔充填施工。

表4 常用采空區(qū)充填方法

3.2 充填材料的選擇

目前，空區(qū)充填的主要材料有尾砂、工業(yè)廢渣、碎石、河沙、井下廢石。對于本礦山老采空區(qū)可以采用的充填材料有尾砂和廢石，以及混凝土和砂漿。考慮成本因素，不考慮混凝土充填，純水泥砂漿只作為裂隙注漿和空區(qū)接頂使用。

老采空區(qū)的運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)撤退，巷道閉坑，已經(jīng)不可能從平巷運(yùn)輸廢石進(jìn)入空區(qū)。所以，可能的充填料為尾砂。本礦山選廠尾砂和尾砂壩堆積尾砂均可以利用和足量供應(yīng)。

根據(jù)本礦山充填材料的來源情況以及礦山生產(chǎn)實(shí)際情況，本著采集方便，成本低，優(yōu)先消納礦山固廢排放的原則，本設(shè)計(jì)選擇礦山尾砂作為充填骨料。

3.3 充填方式

尾砂充填可以選擇的方式有分級尾砂充填、全尾砂充填、高水固結(jié)尾砂充填、高濃度全尾砂充填等。由于礦山反映原有井巷塌落破壞嚴(yán)重，不能進(jìn)人，所以老空區(qū)尾砂充填的最大困難是不能封閉空區(qū)，在崩落圍巖的亂石堆下部必然跑砂，污染下部作業(yè)中段。

不推薦全尾砂充填和分級尾砂充填。采用地表鉆探揭露采空區(qū)頂板，使用膏體尾砂膠結(jié)充填。膏體材料含水少，不易流動(dòng)，堆積在空區(qū)崩落碎石堆上 ；待水泥膠結(jié)后形成整體，能夠支撐圍巖。對頂板沉降裂隙采用純砂漿地表注漿，形成帷幕地層。

3.4 充填工藝

本項(xiàng)目采用一次性集中處理空區(qū)4.8萬m3，空區(qū)分布在地面相距200m ～ 400m的一條溝谷內(nèi)。本方案推薦在空區(qū)地表建立兩個(gè)流動(dòng)簡易充填站，工后拆除恢復(fù)植被。集中國內(nèi)礦山生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，節(jié)約投資，推薦的充填工藝為四個(gè)工序。

（1）備料。在礦山尾砂庫排沙口的尾砂經(jīng)過篩分后用裝載機(jī)裝車，汽車運(yùn)輸?shù)娇諈^(qū)充填站的臥式砂倉待用。膏體充填料配料的最大粒徑與輸送管徑之比不宜大于1：5；尾砂最大粒徑控制在15mm以下，超細(xì)顆粒-20um控制在20%以下，不宜小于15%。穩(wěn)定性要求較高時(shí)，-20um的超細(xì)粒級含量不宜小于25% ；如有在管道中停留時(shí)間較長的膏體，其分層度不宜大于2.0cm ；膏體的動(dòng)力粘性系數(shù)不宜過大。采用P0425硅酸鹽水泥。為了提高充填料漿體的和易性和固結(jié)性能，經(jīng)過充填材料配比實(shí)驗(yàn)后，決定采用石膏粉的比例。

（2）制漿。配料倉的尾砂、水泥、石膏粉經(jīng)過配料機(jī)和配料皮帶進(jìn)入雙輥強(qiáng)制式連續(xù)攪拌機(jī)，加水后經(jīng)強(qiáng)力活化攪拌機(jī)進(jìn)入增壓泵。按照環(huán)管試驗(yàn)決定的充填參數(shù)控制膏體骨料配比和含水量。保證膏體骨料質(zhì)量比75%以上，塌落度15mm～25mm；可按采空區(qū)重要性調(diào)控灰砂比。控制灰砂比在1 ：5 ～ 1 ：7，但必須滿足充填體強(qiáng)度(≥2Mpa)需求。

（3）泵送。膏體自流輸送容易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，建議不采用自流輸送。按照本工程充填空區(qū)高差小，管路短，彎管少的特點(diǎn)，根據(jù)空區(qū)充填倍線選擇尾砂膏體充填增壓泵。充填料的管道輸送參數(shù)。高濃度充填管道一般管徑為100mm ～ 200mm。本方案考慮設(shè)備配套，高濃度充填料漿流速不宜超過4m/s，推薦充填管道直徑不宜小于125mm。主充填管垂直段宜采用耐磨性能好的錳鋼管或耐磨復(fù)合管 ；主充填管水平段宜采用無縫鋼管或耐磨復(fù)合管 ；充填工作面的充填管宜采用鋼編復(fù)合管或鋼塑復(fù)合管。主充填管垂直段上口與水平主充填管連接處宜設(shè)伸縮管 ；主充填管垂直段下口與水平主充填管連接處及反向敷設(shè)的水平主充填管最低處應(yīng)設(shè)排砂閥 ；充填管道連接件的強(qiáng)度不應(yīng)低于所連接管材的強(qiáng)度。

（4）充填接頂。采用純水泥漿或稀釋后低濃度的充填料高壓輸送到采空區(qū)，使充填料填塞高度能滿足空區(qū)圍巖穩(wěn)定自立的支撐要求。

（5）充填料配比。本次空區(qū)充填，設(shè)計(jì)充填料最終的強(qiáng)度為2Mpa，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，應(yīng)盡量降低水泥的產(chǎn)量，降低成本，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，充填料配比及強(qiáng)度推薦使用灰料比為1 ：6的充填體，該充填體28d強(qiáng)度基本滿足要求。

表6 充填料配比參數(shù)表

3.5 充填系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)推薦使用流動(dòng)膏體制備站，選擇在平坦、寬敞、運(yùn)料便捷的山坡地，管路在山谷平地敷設(shè)，進(jìn)入地表鉆孔。該系統(tǒng)采用連續(xù)制漿，連續(xù)充填，料漿攪拌均勻，充填能力較大。每班充填結(jié)束后采用清水沖洗管路，其水壓不應(yīng)小于0.15MPa。

圖1 簡易充填站平面布置圖

4 結(jié)束語

結(jié)合本礦山實(shí)際情況，采用地表鉆孔施工充填尾砂膠結(jié)膏體的充填方法適宜，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上取得了較好的協(xié)調(diào)，通過項(xiàng)目施工過程及結(jié)果，充填治理效果好，充填方案及材料等合理。