鎢礦山薄礦體采空區治理技術研究

瞿秀文，許 霖

（廣西桂華成有限責任公司，廣西 賀州 542800）

珊瑚鎢礦于1979 年設計施工，1981 年正式投產，1993 年停產，2007 年恢復，2009 年投產，珊瑚礦面積2.9128/km 平方，生產能力33 萬t/a 采礦方法；淺孔留礦法；開拓方式：主、副豎井+盲斜井。礦脈屬于極薄急傾斜礦體，礦脈平均厚度0.42m，礦脈平均傾角70°。

1 采空區的現狀及其產生原因

珊瑚鎢礦已有幾十年的開采歷史，一直采用淺孔留礦法進行開采作業。經多年的空場法開采，井下形成一定數量的采空區，需要對空區進行治理。采空區主要分布在175 中段、125 中段、75中段、35 中段、-5 中段，除35 中段和-5 中段段高40m，其他中段段高均為50m，采場：長度50m，高度50m，采幅1.1m～1.2 m 底部采用漏斗方式放礦，有3m 底部結構，頂柱留2m～3m。

2 采空區的危害程度和治理難易程度分析

2.1 采空區的危害程度

（1）應力破壞。前期礦山采用了鋼筋混凝土進行支護，到后期現場觀察到這些支護結構大部分有變形，最大的裂縫寬度已超過四十公分并有錯位情況。

（2）沖擊氣浪破壞。采空區垮落急劇壓縮空區內空氣形成沖擊氣浪，會直接危害井下作業人員和設備、設施。

（3）機械破壞。采空區巖石垮落造成機械沖擊，導致巖體裂隙發育以及底柱破壞。

2.2 采空區治理難度分析

由于空區分布較廣，老空區較多，治理難度相對增大，而公司規模不是很大，公司效益不高導致資金不寬裕，故采空區治理必然是一個長期且艱難的過程。

3 采空區的治理技術研究

3.1 治理的目標和任務

有效控制和管理地壓，防止災害性地壓事故發生，為安全生產提供保障和有力條件。

3.2 治理方案比較分析

對于礦山井下采空區的治理，目前國內外主要有崩落法、充填法、封閉法三種治理方案，下面就三種方案的特點進行分析。

（1）崩落圍巖法。崩落圍巖處理空區是通過爆破手段崩落空區周邊或頂部圍巖，利用爆落圍巖充填空區形成緩沖巖石墊層，防止圍巖大面積突然崩落產生氣浪對空區周邊的井下工程、構筑物、機械設備和人員產生危害的一種空區處理方式。其優點在于施工過程簡單，空區處理速度快，往往一次或幾次大爆破就可以處理采空區。其缺點在于其適用條件比較苛刻。崩落圍巖法適用于空區上部(特別是地表)允許崩落，若地表不允許崩落則需要空區與地表之間有較深的保護厚度，保證崩落后不影響地表。

初姓是中國各類古籍中出現次數較少的姓氏，在初彭齡登上政治舞臺前，該宗族在歷朝正史中僅記載兩次，首次出現在北齊魏收《魏書》中，其次出現于元代托克托《宋史》里，其后直至乾隆三十六年（1771年）以前的官修史書，從未記載任何初姓族人。乾隆三十六年以后，《清實錄》《清史列傳》《清史稿》等著作中才陸續頻繁出現初姓，但無論頻率多高，這些相關材料始終只圍繞一個人，即本文研究對象初彭齡。

（2）充填法。充填處理空區可以減小并減緩圍巖或地表移動的幅度，防止大面積地壓活動，減弱地壓活動對空區周邊巷道的影響，確保空區周邊生產作業的安全，同時它可以解決尾礦和采掘廢石的堆放問題。按治理空區的充填料進行分類，充填法又分廢石干式充填和尾砂膠結充填兩種，兩種方法各有優缺點。

廢石干式充填的優點在于充填系統大部分利用原來的廢石運輸系統，不需要增加設施設備，充填料為廢石不需要增加原料成本，所以總體充填成本低，系統簡單。缺點在于廢石塊度較大流動性不強，難以將空區充滿，因此不能有效支護空區頂板。

尾砂膠結充填的優缺點與廢石干式充填幾乎正好相反，其優點在于充填體流動性好，充填較致密，因此可以很好的接頂，對空區的頂部進行有效控制；由于膠結體板塊性好，可以在膠結充填后回收空區周邊的殘余礦塊，減少井下礦石損失。缺點在于需要在井下（部分可設于地表）建立一整套設施設備，前期投入高；在充填中需要添加水泥等膠結料，充填過程中的成本也高。從適用條件上看，充填法幾乎可以適用與所有地下礦山空區的治理。

（3）封閉法。封閉法處理空區實質上是將空區與周邊正在使用的巷道隔離開，避免空區冒落對空區周邊的人員和機械設備帶來影響。其優點在于施工簡單，處理速度快，連通空區的巷道往往不多，只要把通往空區的巷道封堵住，避免人員設備靠近即可。其缺點在于空區沒有得到徹底解決，無法整治大規模連片的空區冒落。采用封閉法治理空是將礦石采出后立即封閉空區，任由空區存在或崩落，由于其施工簡單，經濟，施工速度快等優點，越來越多的國內外礦山將其應用到規模較大的采空區中，它的使用范圍得到了進一步的推廣。所以封閉法適用性上幾乎可以用于所有地下礦山的空區治理，它經常跟廢石干式充填法等其他空區治理方法共同使用。

3.3 治理方案選擇

尾砂膠結充填法的投資成本和運營成本都很高，公司資金壓力大，經濟條件不允許，所以它不適用于該礦山的空區治理。

崩落圍巖法要求空區上部(特別是地表)允許崩落，若地表不允許崩落則需要空區與地表之間有較深的保護厚度，保證崩落后不影響地表。該礦山地表不允許塌陷，空區與地表之間的保護層厚度也不允許進一步崩落，顯然崩落圍巖法也不適合該礦山的空區治理。

目前井下-5 中段以上回采結束形成采空區，掘進及回采作業基本都在-5 及以下中段，作業點和空區在上下方向總體分隔開來。但在-5 中段和-55 中段為空區與作業面的接觸中段，按照《金屬非金屬礦山安全規程》的規定，采場回采結束后應及時密閉采空區，即是為了防止人員進入采空區引起傷害，也是為了保持井下通風的需要。井下掘進作業可提供廢石，因此井下空區處理方法以封閉法為主，廢石干式充填法為輔。

3.4 治理方案細述

（1）封閉法治理采空區。在連通空區的各巷道內構筑一定厚度的封堵墻，避免采空區冒落產生的沖擊氣浪對空區周邊人員和設施設備造成傷害。分析頂板冒落時的沖擊波能量并參考其他礦山的經驗，設計封堵墻的厚度為1m，使用鋼筋混凝土進行封堵。鋼筋主筋直徑為16mm～18mm 的螺紋鋼，布置間距0.2m；副筋直徑為6mm～8mm 的光圓鋼筋，配置間距0.4mm。封堵墻留有直徑0.2m～0.3m 的疏水孔和觀察孔。封堵剖面圖見圖1。

圖1 封堵剖面圖

實例說明：-5 中段3468 采場空區，位于-5 中段6 線與8 線之間，標高-5m 至35m 之間，空區長度98m，平均寬1.1m，高35m，空區體積約3456m3，施工封堵墻封閉通往空區的巷道。封堵平面圖見圖2。

圖2 封堵平面圖

（2）廢石干式充填法治理空區。利用中段掘進產生的廢石作為充填料，倒入所需治理的采空區，充填下去的廢石形成緩沖層，達到一定高度后，滿足空區頂板冒落所產生沖擊能量的緩沖作用，確保采空區周邊工程的安全穩定。

實例說明：-5 中段3468 采場空區，由淺孔留礦法采礦形成的空區，位于-5 中段6 線與8 線之間，標高-5m 至35m 之間，空區長度98m，平均寬1.1m，高35m，空區體積約3456m3。采用封閉法封堵通往空區的巷道的同時，在35 中段利用采場先進天井安裝格篩改造為充填井，將井下掘進產生的廢石運至該處充填，對該空區進行處理，進一步處理采空區。廢石充填采空區平面圖見圖3。

圖3 廢石充填采空區平面圖

（1）井下空區形態狹長，只進行單邊充填的情況下充滿率不高，但由于空區寬度小，總體積不大，單邊充填亦可形成一定的緩沖墊層從而達到空區治理的目標。為提高充填效率，可在采礦時將順路天井也打透上中段，這樣順利天井也可改造為充填天井，由單邊充填變為雙邊充填，提高空區充滿率。

（2）廢石充填后，空區周圍的礦石將不能回采，所以廢石充填前要確定采場周圍礦石已經采完出空，在安全的前提下回收部分礦柱，減少礦石損失。

（3）廢石干式充填法是封閉法的輔助方法，對于一些較大的采空區，在封閉法的前提下輔以廢石充填是確保空區安全的有力措施。

4 空區監測

空區監測是空區治理的必要手段。根據（《國家安全監管總局關于印發非煤礦山領域遏制重特大事故工作方案的通知》安監總管一〔2016〕60 號中“一·（四）·1”規定，全國范圍內800m以上深井必須采用實時在線地壓監測系統，以防范巖爆等應力災害發生。

珊瑚鎢礦開采深度雖不及800m，但由于巖石穩固性不高及空區暴露范圍總面積較大等原因，出現了一些地壓活動。公司于2019 年10 月委托北京礦冶科技集團有限公司開展珊瑚鎢礦開采過程地壓活動規律研究，在鎢礦建設一套地壓監測系統（微震監測系統），可監測到鎢礦主要采空區及開采范圍內的有效微震事件分布，分析礦區微震活動性，描述礦井應力場、能量場的遷移過程，掌握深部開采地壓活動規律，分析研究適合于本礦山的監測預警敏感值，為礦山安全管理提供科學手段，預防安全事故的發生，為制定礦山地壓治理措施提供技術支撐，為解決礦山地壓問題提供數據參考，指導礦山安全避險。為實現礦區安全生產提供先進手段和技術支撐，并將顯著提高鎢礦的地壓控制水平，大幅降低后續深部開采的安全風險。

5 安全措施

采空區處理是一項相對危險系數較高的工作，它可能面臨冒頂片幫、高處墜落、中毒窒息等事故風險，因此作業人員要特別注意安全，須注意以下幾點：①對施工地點進行地壓監測，根據微震監測系統進行有效預警和監護。②掛設安全警示標志，作業人員暫停不進入時要進行臨時封堵，以引起進入人員的注意，禁止無關人員進入。③加強頂板分級管理，確保作業區域和附近的頂板安全。④封閉法作業中，使用后退法施工，確保作業區域氣體合格。⑤充填作業中，充填格篩必須安裝穩固，網度小于0.3m*0.3m。⑥封堵墻應設置泄水孔，避免水貯存空區內形成隱患。

6 結論

根據鎢礦采空區存在的現狀，分析了三種不同治理方案的優缺點和適用條件，選擇封閉法為主，廢石干式充填法為輔，并用微震監測系統對采空區進行的監控空區治理方案，針對薄礦體采空區專項治理取得了較為良好的效果，為其他同類型礦山空區治理提供了借鑒與參考。