采空區(qū)充填接頂控制措施及效果監(jiān)測(cè)

楊岳陽(yáng)，毛建華

(1.柳州華錫有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，廣西 柳州市 545000；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

地下礦山開(kāi)采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量采空區(qū)，空區(qū)的存在會(huì)對(duì)礦山井下安全生產(chǎn)產(chǎn)生威脅，同時(shí)有可能導(dǎo)致地表塌陷，造成安全問(wèn)題和地面生態(tài)環(huán)境破壞。隨著安全和環(huán)保要求的提升，充填采礦法在礦山得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。充填采礦法能較好地適應(yīng)各種條件下的礦體開(kāi)采，具有礦石回采率高、貧化率低，地壓易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但充填采礦法能否有效控制地壓?jiǎn)栴}與其充填接頂效果有直接關(guān)系，充填接頂效果是評(píng)價(jià)充填效果優(yōu)劣的重要因素之一，如何采用相關(guān)技術(shù)措施，使充填采礦法實(shí)現(xiàn)良好的接頂，是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵。本文針對(duì)充填接頂技術(shù)問(wèn)題，分析總結(jié)了相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)措施，并對(duì)采用技術(shù)措施優(yōu)化充填的礦山井下進(jìn)行實(shí)例監(jiān)測(cè)，評(píng)判其充填效果。

1 影響充填接頂效果的因素

1.1 充填料漿沉降

充填料漿在向空區(qū)充填的過(guò)程中，大顆粒的充填料沉降速度相對(duì)較快，充填料漿因此產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，并產(chǎn)生水離析在充填料上部，當(dāng)水排除后就會(huì)與頂板產(chǎn)生相對(duì)距離。另外，充填料固體間的水在滲透排出后，充填體沉降，也會(huì)降低接頂效果。

1.2 自流坡度的影響

自流充填充填料會(huì)產(chǎn)生自流坡度，此時(shí)充填料漿從出口接頂?shù)倪^(guò)程受坡度影響，在充填采場(chǎng)邊緣等局部位置不能實(shí)現(xiàn)接頂。

1.3 不規(guī)則頂板影響

空區(qū)形狀各不相同，頂板也是如此。在充填過(guò)程中充填料漿單點(diǎn)下料，自然堆積成形，而空區(qū)及頂板屬于不規(guī)則形狀，部分區(qū)域必然存在未能充滿的問(wèn)題。

1.4 充填井布置影響

充填井若不在頂板的最高位置，就會(huì)使采場(chǎng)空區(qū)部分位置較高的區(qū)域無(wú)法充滿，距離充填井較近的區(qū)域充填接頂狀況較為理想，距離充填井較遠(yuǎn)且較高位置的區(qū)域則無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效接頂。

1.5 人的影響

人的影響是充填接頂過(guò)程中最為主觀的因素，也是一種人可主動(dòng)控制的因素，主要包括充填工人的操作熟練程度、操作技術(shù)水平、充填相關(guān)管理人員的管理水平、充填工藝中充填時(shí)間控制水平等等，這些均會(huì)對(duì)充填接頂?shù)暮脡漠a(chǎn)生影響。

2 充填接頂效果提升技術(shù)方法

2.1 人工接頂方法

人工接頂主要應(yīng)用于緩傾斜礦體開(kāi)采中，主要采用的方法是把最后的充填分層劃分為若干分條，對(duì)每一分條充填接頂時(shí)，預(yù)先設(shè)立模板，并隨澆注體逐漸加高，在充填料靠近頂板時(shí)（約 0.5 m）使用塊石或碎石接頂?shù)姆椒?。此作業(yè)方法使人工勞動(dòng)消耗巨大，且效率較低。

2.2 優(yōu)化充填料漿

充填料漿的相關(guān)參數(shù)比如充填料粒徑分布、透水性、流動(dòng)性等都會(huì)對(duì)實(shí)際充填接頂效果產(chǎn)生影響，因此，應(yīng)根據(jù)礦山實(shí)際，選擇適合實(shí)際的自然沉降小、透水性強(qiáng)同時(shí)具有一定流動(dòng)性的充填料漿，使充填料各指標(biāo)性能實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)。

2.3 多點(diǎn)下料

在單通路充填時(shí)，充填料漿在距離充填井較近的區(qū)域充填效果相對(duì)較好，對(duì)距離較遠(yuǎn)的位置往往會(huì)出現(xiàn)局限性。按照一定的先后順序，采用多點(diǎn)管道充填能夠有效提高充填接頂效果。

2.4 加強(qiáng)脫水效果

為保障充填料漿具有一定的流動(dòng)性，充填料漿中會(huì)含有部分水，致使充填過(guò)后往往有積水，為保障有效接頂，需要將水排出，一般采用濾管排水或水泵抽水的方式。

3 充填接頂監(jiān)測(cè)實(shí)例

實(shí)例監(jiān)測(cè)礦山位于廣西壯族自治區(qū)大廠礦區(qū)，該礦目前主要開(kāi)采92號(hào)礦體，該礦體為緩傾斜厚大礦體，位于已經(jīng)充填完畢的91號(hào)采空區(qū)下部，兩礦體重疊區(qū)域有圍巖隔開(kāi)。92號(hào)礦體原采用崩落法，因安全、環(huán)保要求，采礦方法由崩落法逐漸向充填法轉(zhuǎn)變，以有效抑制巖體應(yīng)力破壞和巖層內(nèi)部移動(dòng)引起的地壓活動(dòng)，目前礦山產(chǎn)能約140萬(wàn)～160萬(wàn)t/a。

3.1 充填接頂質(zhì)量控制方式

礦山根據(jù)實(shí)際情況，采用有利于接頂?shù)某涮罘桨福湍軓母旧媳Ｕ铣涮罱禹斝Ч?/p>

實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，為了保證充填效果，首先統(tǒng)計(jì)充填量，估算空區(qū)初始和結(jié)束資料，對(duì)不明空區(qū)充分估計(jì)，事先對(duì)周邊空區(qū)進(jìn)行分析，避免可能出現(xiàn)的充填料跑漿，在充填過(guò)程中觀測(cè)漏漿情況，監(jiān)測(cè)充填體頂部位置。

充填時(shí)，從有一定坡度的采空區(qū)頂板上方通過(guò)充填井或鉆孔，將充填管直接導(dǎo)入空區(qū)最上部進(jìn)行充填，通過(guò)充填料漿自流，保持充填體與采空區(qū)頂板大面積接觸。對(duì)于部分接頂?shù)某涮铙w，如果還有空隙可加注充填料漿，直接從上方灌注流動(dòng)性好的料漿加強(qiáng)接頂。當(dāng)充填井不在空區(qū)最高點(diǎn)時(shí)，則高于充填料口以上的區(qū)域視為未接頂，可采用壓力泵將充填料漿擠入，同時(shí)迅速堵塞充填口。

3.2 充填接頂情況監(jiān)測(cè)

充填接頂情況監(jiān)測(cè)可采用諸多手段，其中包括鉆孔觀測(cè)法、聲-光-電-磁相關(guān)的物探法（聲波法測(cè)試接頂或淺震法測(cè)試接頂）等。結(jié)合礦山實(shí)際條件，本文選擇經(jīng)濟(jì)適用且直觀的鉆孔觀測(cè)法對(duì)礦山充填接頂情況和充填效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)、評(píng)估。

針對(duì)礦山編號(hào)T611和T610采空區(qū)充填接頂情況進(jìn)行檢測(cè)，在充填體上方利用充填口或充填轉(zhuǎn)孔直接采用鉆孔窺視儀的檢測(cè)方法觀測(cè)探查。

前期對(duì)T611和T610采空區(qū)進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填后，因T610東部充填井已滿，在455 m中段T610和T611采場(chǎng)頂部向下施工Φ90 mm充填鉆孔，如圖1所示。為了掌握充填質(zhì)量和穩(wěn)定性，便于地壓管理和下一步開(kāi)采，對(duì)接頂情況進(jìn)行觀測(cè)，利用鉆孔窺視儀（微拍及遠(yuǎn)拍）探測(cè)充填體接頂狀況，包括充填體頂板空隙和空區(qū)頂板垮落情況。

圖1 充填鉆孔位置

實(shí)際觀測(cè)中，455 m中段下方T610鉆孔觀測(cè)充填體接頂情況見(jiàn)圖2，455-206#東盤區(qū)邊部空區(qū)鉆孔1觀測(cè)空區(qū)及垮落體接頂狀態(tài)見(jiàn)圖3。

圖2 T610鉆孔觀測(cè)充填體接頂鉆孔現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)照片

圖3 455-206#東盤區(qū)邊部空區(qū)鉆孔觀測(cè)照片

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)充填孔觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)大部分已接頂，未接頂區(qū)面積較小，除頂板局部垮落體少量堆積在充填體北面外，可見(jiàn)充填體頂平整，距離頂板約1.5 m，整體接頂效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著礦山環(huán)保和安全要求的提高，充填采礦方法在礦山應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而充填接頂效果是影響充填質(zhì)量的重要因素。本文對(duì)影響充填接頂效果的各影響因素（充填料漿沉降、自流坡度、頂板形狀、充填井位置）等進(jìn)行了分析，進(jìn)而提供了提高接頂效果的各種技術(shù)方法，并以廣西采用充填采礦法的某礦山為實(shí)例，針對(duì)礦山實(shí)際情況采取相應(yīng)的充填接頂技術(shù)進(jìn)行充填接頂控制，為檢測(cè)充填接頂效果，采用鉆孔觀測(cè)法對(duì)接頂效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示采取措施后充填接頂效果良好。