排山樓金礦采空區(qū)充填技術(shù)研究

任鳳玉，翟會超，曹建立，常 帥

(東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110819)

1 概 述

排山樓金礦露天轉(zhuǎn)地下開采后，應(yīng)用有底柱空場法開采露天境界外礦體，露天坑作為尾礦庫堆存含毒尾沙。隨著回采工作面的下降，頂板圍巖懸空，形成了規(guī)模較大的不連續(xù)的復(fù)雜采空區(qū)。為便于控制空區(qū)之下品位較低礦石的回采指標(biāo)，原用監(jiān)控強(qiáng)采與適時(shí)誘導(dǎo)冒落的方法處理采空區(qū)，后因深部開采設(shè)計(jì)中需要繼續(xù)利用露天坑作為尾礦庫，從而使尾礦存放高度超過空區(qū)冒落的影響范圍。為保障尾礦庫安全，最好保護(hù)采空區(qū)不冒透地表，為此提出留礦柱與監(jiān)控充填的處理方案。即在空區(qū)頂板適當(dāng)?shù)奈恢么蜚@孔，使用RG井下錄像系統(tǒng)對空區(qū)頂板圍巖裂隙發(fā)育狀態(tài)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，并在井下VI線附近留下寬15～17m的垂直走向礦柱，在VI～XIV線之間留下寬10m的沿走向礦柱，以維持采空區(qū)頂板圍巖的穩(wěn)定性。這些保安礦柱將空區(qū)劃分為南北兩部分，其中北側(cè)空區(qū)埋深56～96m，南側(cè)空區(qū)埋深96～110m。經(jīng)過近二年的監(jiān)測，北側(cè)空區(qū)頂板始終未發(fā)生變化，整體穩(wěn)定性良好。而南側(cè)空區(qū)頂板在其下礦體回采爆破中發(fā)生兩次冒落，之后通過控制爆破參數(shù)與采場回采順序至今未發(fā)現(xiàn)任何變化，目前基本處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。

2 采空區(qū)處理技術(shù)研究

根據(jù)排山樓金礦的空區(qū)現(xiàn)狀，采取對南北兩側(cè)空區(qū)進(jìn)行分區(qū)充填的治理方案。北側(cè)空區(qū)采取地表打井充填方案，而南側(cè)空區(qū)則需在監(jiān)控狀態(tài)下逐步充填以保障施工安全，方法是沿礦體走向從穩(wěn)定性較好部位向穩(wěn)定性較差部位依次打井充填，每個(gè)充填井都用充填料最大限度地充填空區(qū)；前一充填井充填完畢后，將后一充填井部位的冒落風(fēng)險(xiǎn)降低到不妨礙安全生產(chǎn)的程度時(shí)，再施工后一充填井。在充填井的施工與充填過程中，用鉆孔監(jiān)測空區(qū)冒落狀況，建立報(bào)警系統(tǒng)，確保施工安全。

2.1 北側(cè)采空區(qū)處理技術(shù)

北側(cè)空區(qū)利用廢石+碎石混凝土充填空區(qū)的處理方案。露天廢石作為主體充填料，通過地表充填井充入空區(qū)；碎石混凝土作為接頂材料，用于充填接頂，最大限度地保護(hù)礦柱與限制空區(qū)的暴露面積，由此控制空區(qū)頂板的變形，保持頂板圍巖的穩(wěn)定性。

根據(jù)空區(qū)形態(tài)，設(shè)計(jì)在IV線附近開掘充填井進(jìn)行充填。充填井設(shè)計(jì)斷面直徑φ3.0m，從地表鉆鑿11個(gè)豎直平行孔，采用VCR法自下而上分層爆破成井。在充填井施工期間，從觀測孔每天量測空區(qū)頂板的厚度變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)空區(qū)頂板處于冒落活動狀態(tài)時(shí)，或充填井頂蓋厚度小于20m時(shí)，施工人員需配帶一端固定于Ⅱ線方向的安全繩作業(yè)，以確保施工安全。

充填井VCR法爆破參數(shù)通過現(xiàn)場倒置爆破漏斗試驗(yàn)與利文斯頓原理確定，每次分層高度2.5～3m。當(dāng)爆破至距地表6～8m時(shí)，采取層間微差分段一次崩透地表。目前，VCR法已經(jīng)施工42m，平均一次爆破層高可達(dá)2.5～4m，每日可爆1～2層，爆后孔深基本切齊，相差不超過0.5m。并且施工安全條件較好，掘井費(fèi)用也較低廉。

充填井掘成后，可進(jìn)行廢石充填作業(yè)。在廢石充填結(jié)束后，進(jìn)行碎石混凝土充填接頂。

2.2 南側(cè)采空區(qū)處理技術(shù)

首先，南側(cè)空區(qū)底部礦塊的回采工作，安排在北側(cè)空區(qū)底部礦塊回采結(jié)束之后。由于有Ⅵ線附近的礦柱相隔，兩空區(qū)可獨(dú)立處理，但越早施工越有利于安全。根據(jù)南側(cè)空區(qū)形態(tài)初步確定，采用兩井充填方案，第一個(gè)充填井設(shè)計(jì)在Ⅷ線鉆孔位置，井深56m左右。該充填井直徑為4m，用VCR法施工，施工方法與北空區(qū)充填井相同。Ⅷ線充填井形成后，從407m臺階立即采用廢石+碎石混凝土接頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行充填。該充填井對空區(qū)的充填程度，預(yù)計(jì)充填量可達(dá)20萬～22萬m3。

在Ⅷ線充填井施工與充填期間，利用Ⅹ線鉆孔建立空區(qū)冒落監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，以保障施工安全。在Ⅷ線充填井充填結(jié)束后，視空區(qū)頂板冒落狀態(tài)，確定是否開掘與在何處開掘第二個(gè)充填井。完成整個(gè)空區(qū)的廢石充填工作，之后再從Ⅷ線與后續(xù)充填井兩井用碎石混凝土接頂。值得注意的是，在空區(qū)下部礦體回采過程中，要做到上部地表廢石充填的反復(fù)跟進(jìn)，保持廢石充滿空區(qū)，在下部礦體回采結(jié)束后，再用碎石混凝土充填接頂。

其中，廢石充填是用推土機(jī)將露天廢石經(jīng)格篩、漏斗放入寬為1.2m的皮帶運(yùn)輸機(jī)，再由皮帶運(yùn)輸至充填井充入采空區(qū)。格篩上的廢石大塊，可集中使用破碎機(jī)進(jìn)行處理再利用。漏斗及推土機(jī)作業(yè)面，應(yīng)距離預(yù)測首次冒落線10m遠(yuǎn)，以有效保障廢石充填的作業(yè)安全。

其次，如果在實(shí)施上述充填方案的過程中，南側(cè)空區(qū)冒透地表，則實(shí)施地表充填與防滲預(yù)案。即在剛冒透地表時(shí)，用廢石充填塌陷坑。在充填過程中，每隔8m間距，鉛直埋置一根10寸帶孔鋼管于充填散體中。當(dāng)下部采場出礦引起充填體表層出現(xiàn)凹坑時(shí)，立即充填凹坑，使散體堆的高度保持不降低。廢石充填與鋼管埋設(shè)一直到尾礦庫的設(shè)計(jì)高度(420m)為止，此后利用預(yù)埋帶孔鋼管向充填散體內(nèi)注入黃泥，并在露天坑邊幫適時(shí)鉆孔注漿塌陷坑邊緣的開裂巖體，為尾礦庫擴(kuò)容形成較好的防滲基層。

研究表明，上述監(jiān)控充填方法能夠較好地適應(yīng)空區(qū)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，可使空區(qū)得到安全、經(jīng)濟(jì)、高效治理，并可減小空區(qū)處理對采礦生產(chǎn)的影響，保障礦山生產(chǎn)的平常進(jìn)行。

3 結(jié) 論

1)排山樓金礦露天邊幫之下的采空區(qū)，處于穩(wěn)定-亞穩(wěn)定狀態(tài)。由于利用露天坑作為尾礦庫，需要保護(hù)空區(qū)頂板圍巖的穩(wěn)定性。為在安全與便于生產(chǎn)的條件下最大限度地保護(hù)空區(qū)不冒透地表，適合采用留礦柱與監(jiān)控充填的空區(qū)處理方案。

2)北側(cè)空區(qū)圍巖穩(wěn)定性較好，采取從地表用VCR法打充填井、利用露天坑廢石充填、碎石混凝土填接的處理方案。根據(jù)北側(cè)空區(qū)形態(tài)，通過碎石混凝土接頂，可使空區(qū)基本充滿，能夠滿足保護(hù)頂板圍巖穩(wěn)定性需要。

3)南側(cè)空區(qū)處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，需在監(jiān)控下逐步充填。根據(jù)空區(qū)形態(tài)和巖體穩(wěn)定程度，可選用2～3井逐漸充填方案，首次充填井宜選擇在VIII線附近，根據(jù)充填效果與監(jiān)測結(jié)果，確定后續(xù)充填井的位置。此外，南北空區(qū)廢石充填，采用皮帶運(yùn)輸方式，以確保施工安全。

4)用VCR法開掘充填井，爆破參數(shù)由現(xiàn)場倒置漏斗爆破試驗(yàn)和利文斯頓原理確定，初步試驗(yàn)爆破效果良好。分析表明，在排山樓金礦條件下，用VCR法開掘地表充填井，是一項(xiàng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)措施。

5)南側(cè)空區(qū)不能排除鑿井與充填過程中冒透地表的可能性，為此需用鉆孔監(jiān)控空區(qū)頂板圍巖的冒落狀態(tài)并建立報(bào)警系統(tǒng)，以確保施工安全，此外，還需研究冒透地表后的防滲措施。本文給出的及時(shí)用廢石充填塌陷坑、預(yù)埋充填管向散體注黃泥、對邊緣開裂巖體鉆孔注漿的技術(shù)方案，可作為空區(qū)一旦冒透地表的防滲預(yù)案。

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