陳耳金礦采空區(qū)處理的必要性及方法探討

孫 誠

（陜西鑫元科工貿(mào)股份有限公司，陜西 洛南 726104）

空場法采礦具有開采效率高、投資少見效快等優(yōu)點，在我國穩(wěn)固巖體采礦中廣泛應用。此法采礦過程中勢必產(chǎn)生大面積采空區(qū)，通常都應當處理采空區(qū)，消除頂板沖擊地壓隱患。否則，僅靠礦柱支撐、隔離等不當處理方法，以后很容易發(fā)生頂板沖擊地壓災害，同時使資源永久性的損失在空區(qū)中。

1 陳耳金礦采空區(qū)賦存狀況

陳耳金礦屬緩傾斜-薄礦脈，圍巖相對較穩(wěn)固，應用空場法采礦。經(jīng)近三十年的開采，在1500m標高以上形成了多個中段，各中段內(nèi)保有資源已回采完畢，每個中段內(nèi)空區(qū)面積約28000-45000m2，形成了大規(guī)模的采空區(qū)，空區(qū)內(nèi)留設的礦柱多次回收。1500m-1420m標高空區(qū)內(nèi)留設的礦柱相對較完整，大部分沒有回收。空區(qū)只是經(jīng)過封堵等簡單的處理，局部有少量空區(qū)是將廢石填入，充填效果不好。空區(qū)對1500m標高以下礦體形成水力通道，老隆水是影響礦床開采的重要因素。

2 采空區(qū)處理的必要性

2.1 采空區(qū)的危害

應用空場法采礦，礦體回采后必然形成空區(qū)?？康V柱維護空區(qū)穩(wěn)定，一旦某些礦柱出現(xiàn)破壞，其所承受的載荷將轉(zhuǎn)由其它礦柱承擔；其它礦柱也難以承受附加載荷時，這些礦柱也將被破壞，迅速擴展到整個空區(qū)礦柱。礦柱失穩(wěn)的過程具有突發(fā)性，造成的破壞和危害程度難以控制。頂板突然大面積冒落，產(chǎn)生沖擊波，破壞力極強。頂板沖擊地壓還可能造成地表開裂、塌陷等危害。上部空區(qū)未及時有效的治理，必將導致下部高地壓，威脅深部作業(yè)安全。采空區(qū)內(nèi)易形成積水，易誘發(fā)透水事故。

2.2 采空區(qū)處理的必要性分析

從采空區(qū)的危害來看，采空區(qū)的存在制約了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，陳耳金礦完全有必要處理采空區(qū)。

1500m標高以上礦體已回采結(jié)束，空區(qū)礦柱多次回收，空區(qū)頂板穩(wěn)定性遭到破壞，且空區(qū)距地表較近。1500m標高以上開采，過去由于技術和管理落后，沒有正規(guī)開采和按設計回收礦柱，巖體移動范圍沒有經(jīng)過科學論證。1500m-1420m空區(qū)內(nèi)的留設的礦柱品位高，有回收的價值。1500m標高以上采空區(qū)，經(jīng)勘查存在積水，下部工程施工時有透水事故發(fā)生風險。1500m標高以下資源前景可觀，現(xiàn)正在探礦，上部采空區(qū)危及下部探礦工程的施工安全。近年來，國家加大了秦嶺生態(tài)環(huán)境保護力度，一定程度上制約了企業(yè)的發(fā)展。由于未處理的空區(qū)存在，地表有塌陷、開裂風險，破壞周邊生態(tài)環(huán)境。采空區(qū)已成為一項礦山生產(chǎn)中的重大危險源。國家應急管理部門三令五申強調(diào)加強采空區(qū)治理，對治理不力企業(yè)追究法律責任。

同時，陳耳金礦地處豫陜交界的小秦嶺金礦田，周邊礦權(quán)復雜。受利益驅(qū)動，陳耳金礦資源時有被盜采、越界開采的發(fā)生，嚴重損害企業(yè)利益及開采安全?？諈^(qū)的處理能一定程度上保護資源，防范和攔截不法分子的偷盜、越界行為。相鄰企業(yè)的未處理空區(qū)，與陳耳金礦空區(qū)相串聯(lián)，存在重大安全隱患。以現(xiàn)有探獲的資源量及生產(chǎn)能力，陳耳金礦在未來五年內(nèi)，空區(qū)的增量在約32000m2/年。

3 采空區(qū)處理的方法

3.1 處理的方法概述

采空區(qū)處理就是為了緩和巖體應力集中程度，轉(zhuǎn)移應力集中的部位，或使圍巖中的能量得到釋放，使應力重新分布，達到礦山安全生產(chǎn)的目的[1]。

我國采礦工業(yè)經(jīng)過這么多年的發(fā)展，總體上形成了兩大類空區(qū)處理方法：基本法、聯(lián)合法。基本法分為崩落圍巖處理采空區(qū)，充填采空區(qū)，支撐法處理空區(qū)和封閉空區(qū)。由于每種基本法處理空區(qū)均有局限性，因而產(chǎn)生了聯(lián)合法。分為支撐充填法，崩落隔離法，礦房崩落充填法，支撐片落法，切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法。

3.2 處理方法的優(yōu)缺點及適用條件對比（表1）

表1 采空區(qū)處理方法優(yōu)缺點及適用條件對比表

3.3 適合陳耳金礦的采空區(qū)處理方法分析

各類空區(qū)處理方法都有其特定的適用條件，各有利弊[2]。支撐充填、崩落隔離、礦房崩落充填、支撐片落只是四種基本方法中某兩種方法的簡單結(jié)合，還不能通過一種工藝而達到多種采空區(qū)處理的基本方法的功效，且費用還較昂貴，更不能借助誘導崩落或松動而實現(xiàn)圍巖應力集中向有利于安全生產(chǎn)的方向重分布。不難看出，只有切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法處理采空區(qū)可通過一種工藝（如：爆破），誘導崩落或松動而實現(xiàn)圍巖應力集中向有利于安全生產(chǎn)的方向重分布，達到采空區(qū)處理的目的。

根據(jù)陳耳金礦采空區(qū)賦存狀況及對采空區(qū)處理的特殊要求，結(jié)合切槽放頂法和切頂與礦柱崩落法的優(yōu)缺點及應用情況，進一步分析，切槽放頂法更適合陳耳金礦。下面就切槽放頂法處理采空區(qū)作以詳細論述[3]。

（1）通過控制爆破，既達到使頂板應力向有利于安全開采的方向重分布，又實現(xiàn)封閉、隔離和小型化采空區(qū)的目的，消除頂板沖擊地壓隱患，促進安全生產(chǎn)。陳耳金礦深部地壓顯現(xiàn)突出，巖爆等災害時有發(fā)生。封閉、隔離采空區(qū)，一定程度上能阻斷盜采、越界開采等不法開采的通道，同時還可以排疏空區(qū)積水。

（2）成本低，工藝簡單。陳耳金礦資金流目前并不充足，技術裝備相對落后。

（3）采空區(qū)處理和礦柱回收可同時進行，減少資源損失，增加企業(yè)效益。1500m-1420m空區(qū)內(nèi)留有高品位礦柱未回收，1500m以上空區(qū)也有極少部分殘留礦柱。在以后深部開采中也可應用，邊采礦邊處理采空區(qū)，礦柱也隨之回收。

（4）采空區(qū)處理不會引起地表發(fā)生明顯的巖移，并可有計劃地將采掘廢石排入處理過的采空區(qū)。1500m標高以上采空區(qū)離地表較近，極易引起地表塌陷、開裂。秦嶺生態(tài)環(huán)境保護力度不斷加大，排渣場建設、地表生態(tài)環(huán)境保護等限制，制約陳耳金礦持續(xù)發(fā)展。

（5）切槽放頂法實際應用技術比較成熟。在東桐峪金礦、遼寧金鳳公司等[4]多個礦山采空區(qū)處理、安全評價，及雞西礦業(yè)集團沿空留巷的巷道地壓控制的應用中，經(jīng)濟效益和社會效益可觀。

（6）適用于處理傾角40°至水平礦體開采所形成的采空區(qū)。陳耳金礦屬于緩傾斜礦體。

4 結(jié)語

目前，許多礦山都面臨著采礦與采空區(qū)處理兩者失調(diào)的問題，已經(jīng)危及整個礦山的安全生產(chǎn)和持續(xù)開采，更有甚者已危及整個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全和穩(wěn)定。筆者認為，一方面著手處理歷史欠賬存留的老采空區(qū)，另一方面采礦與新空區(qū)的處理同步進行，把空區(qū)處理作為采礦計劃的一部分，做在計劃里，落實在采礦里。這樣才能從根本上解決采礦與空區(qū)處理失調(diào)的問題。同時，探索更加環(huán)保、高效、安全、可靠的采礦方法和采空區(qū)處理方法，實現(xiàn)采礦與空區(qū)處理同步、礦山生產(chǎn)全過程綠色開采的目標。