香爐山鎢礦采空區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查及治理建議?

劉冬春，羅 佳

(1.江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司, 江西,九江市 332400；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

香爐山鎢礦采空區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查及治理建議?

劉冬春1，羅 佳2

(1.江西省修水香爐山鎢業(yè)有限責(zé)任公司, 江西,九江市 332400；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

針對(duì)香爐山鎢礦復(fù)雜采空區(qū)治理難題，采用現(xiàn)場(chǎng)編錄的方法，從礦柱高度、空區(qū)頂板跨度、空區(qū)暴露面積三個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)查分析，結(jié)果顯示:礦柱以5～10 m為主，占51%；頂板跨度以10～20 m為主，占73%；空區(qū)頂板主要在1000 m2以下，占83%。根據(jù)調(diào)查結(jié)果對(duì)空區(qū)治理提出建議:采用逐步治理的方法，優(yōu)先治理高大高危采空區(qū)，空區(qū)治理的重點(diǎn)為五坑口和二坑口，同時(shí)也是礦石回采的重點(diǎn)區(qū)域，為礦山采空區(qū)治理和殘礦回采指明了方向。

礦柱高度；頂板跨度；暴露面積；采空區(qū)

0 引 言

井下采空區(qū)問題,一直是影響礦山企業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題[1]。隨著國家對(duì)井下安全和環(huán)保治理的力度不斷加強(qiáng),采空區(qū)問題顯得日益突出。采空區(qū)治理的前提是掌握空區(qū)情況,摸清采空區(qū)的分布形態(tài),方可采取措施治理采空區(qū)。隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,很多新的技術(shù)方法已應(yīng)用到采空區(qū)的治理中。礦山采空區(qū)調(diào)查采用的主要手段有激光3D法、高密度電阻率法、地震映象法、探地雷達(dá)法、鉆探、地球物理、遙感、現(xiàn)場(chǎng)編錄等[2-7]。現(xiàn)場(chǎng)編錄是采空區(qū)調(diào)查最簡(jiǎn)單成本最低的調(diào)查方法,該方法一般適用于采空區(qū)、成型穩(wěn)定性較好,人員可進(jìn)入空區(qū)作業(yè)的情況。

香爐山鎢礦具有礦石品位高、礦體厚度大、礦體及頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)固、分布范圍廣、連續(xù)性好、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[8]。原先由多家單位開采,存在采富棄貧,過度開采的情況；采礦方法主要是留不規(guī)則點(diǎn)柱、條柱的全面法,因此,留下了復(fù)雜的采空區(qū)群。采空區(qū)相互貫通、重疊,相互聯(lián)系、相互制約,形成了復(fù)雜的地壓系統(tǒng)。由于礦巖性質(zhì)好,現(xiàn)有采空區(qū)基本保持穩(wěn)定,若不及時(shí)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理,將存在安全隱患,一個(gè)采空區(qū)破壞可能引起周邊采空區(qū)的破壞,引發(fā)連鎖反應(yīng),造成大規(guī)模的地下地壓活動(dòng),影響礦山正常的生產(chǎn)活動(dòng)。由于,礦山對(duì)采空區(qū)的了解主要以前單位留下的圖紙資料為主,沒有進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查,因此,有必要對(duì)礦山現(xiàn)有的采空區(qū)情況進(jìn)行詳細(xì)摸底,統(tǒng)計(jì)分析采空區(qū)現(xiàn)狀,為下一步采空區(qū)治理提供數(shù)據(jù)參考。

1 采空區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查

礦山現(xiàn)有采空區(qū)基本保持穩(wěn)定,人員基本上可進(jìn)入采空區(qū)工作,因此,采用比較簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)編錄方法對(duì)采空區(qū)進(jìn)行調(diào)查。本研究分別從采空區(qū)頂板跨度、采空區(qū)內(nèi)礦柱數(shù)量高度、采空區(qū)頂板面積3個(gè)方面,對(duì)采空區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行了全面摸底。

1.1 采空區(qū)頂板跨度及暴露面積調(diào)查

1.1.1 五坑口

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及礦山提供的實(shí)測(cè)圖,可以計(jì)算出五坑口各采空區(qū)的頂板暴露面積及跨度,根據(jù)計(jì)算,五坑口共有124個(gè)采空區(qū),頂板跨度小于10 m的采空區(qū)有10個(gè),頂板跨度10～15 m的采空區(qū)有54個(gè),頂板跨度15～20 m的采空區(qū)有37個(gè),頂板跨度大于20 m的采空區(qū)有23個(gè),分別占空區(qū)總數(shù)的8%,43%,31%,18%。

五坑口采空區(qū)頂板暴露面積小于500 m2的空區(qū)有55個(gè),占空區(qū)總數(shù)的44%,約為五坑口采空區(qū)整體暴露面積的28%；暴露面積在500～1000 m2的空區(qū)有51個(gè),占空區(qū)總數(shù)的41%,約為五坑口采空區(qū)整體暴露面積的48%；暴露面積大于1000 m2的空區(qū)有18個(gè),占空區(qū)總數(shù)的15%,約為五坑口采空區(qū)整體暴露面積的24%。

1.1.2 二坑口

同樣,計(jì)算得二坑口共有106個(gè)采空區(qū),頂板跨度小于10 m的采空區(qū)有4個(gè),頂板跨度10～15 m的采空區(qū)有35個(gè),頂板跨度15～20 m的采空區(qū)有41個(gè),頂板跨度大于20 m的采空區(qū)有26個(gè),分別占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的4%,33%,39%,24%。

二坑口采空區(qū)頂板暴露面積小于500 m2的空區(qū)有42個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的40%,約為二坑口空區(qū)整體暴露面積的19%；暴露面積在500～1000 m2的空區(qū)有39個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的37%,約為二坑口空區(qū)整體暴露面積的36%；暴露面積大于1000 m2的空區(qū)有25個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的23%,約為二坑口空區(qū)整體暴露面積的45%。

1.1.3 四坑口

四坑口共有41個(gè)采空區(qū),頂板跨度小于10 m的采空區(qū)有2個(gè),頂板跨度介于10～15 m的采空區(qū)有12個(gè),頂板跨度介于15～20 m的采空區(qū)有18 個(gè),頂板跨度大于20 m的采空區(qū)有9個(gè),分別占該坑口采空區(qū)總數(shù)的5%,29%,44%,22%。

四坑口采空區(qū)頂板暴露面積小于500 m2的空區(qū)有14個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的34%,約為四坑口空區(qū)頂板整體暴露面積的17%；頂板暴露面積在500～1000 m2的空區(qū)有23個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的56%,約為四坑口空區(qū)頂板整體暴露面積的63%；暴露面積大于1000 m2的空區(qū)有4個(gè),占該坑口空區(qū)總個(gè)數(shù)的10%,約為四坑口空區(qū)頂板整體暴露面積的20%。

1.2 采空區(qū)礦柱調(diào)查

(1)五坑口。根據(jù)統(tǒng)計(jì)五坑口礦柱總計(jì)有181 個(gè),其中礦柱高小于5 m有32個(gè),介于5～10 m之間的有99個(gè),介于10～15 m之間的有44個(gè),介于15～20 m之間的有5個(gè),分別占礦柱總數(shù)的18%, 55%,24%,3%,大于20 m的有1個(gè)。

(2)二坑口。根據(jù)統(tǒng)計(jì)二坑口礦柱總計(jì)有150 個(gè),其中礦柱高度小于5m的有26個(gè),介于5～10m之間的有59個(gè),介于10～15 m之間的有41個(gè),介于15～20 m之間的有18個(gè),大于20 m的有6個(gè),分別占礦柱總數(shù)的17%,40%,27%,12%,4%。

(3)四坑口。據(jù)統(tǒng)計(jì),四坑口礦柱總計(jì)有78 個(gè),其中礦柱高度小于5 m的有9個(gè),占該坑口總數(shù)的11%,介于5～10 m之間的有49個(gè),占該坑口總數(shù)的63%,介于10～15 m之間的有17個(gè),占該坑口總數(shù)的22%,介于15～20 m之間的有2個(gè),占該坑口總數(shù)的3%,大于20m的有1個(gè),占該坑口總數(shù)的1%。

1.3 采空區(qū)調(diào)查匯總

對(duì)上述分區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì),見表1。從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,五坑口礦柱181個(gè),二坑口150個(gè),四坑口78個(gè),礦山現(xiàn)有礦柱共409 個(gè),根據(jù)經(jīng)驗(yàn)劃分采空區(qū)頂板271個(gè)。分別對(duì)礦柱、頂板跨度和頂板暴露面積進(jìn)行百分比分析,見圖1-圖4。

表1 采空區(qū)調(diào)查

2 采空區(qū)治理的建議

根據(jù)采空區(qū)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,對(duì)采空區(qū)治理提出如下建議:

(1)采空區(qū)主要分布在五坑口和二坑口,五坑口采空區(qū)有124個(gè),二坑口采空區(qū)有106個(gè),分別占總數(shù)的45.8%和39.1%。從采空區(qū)分布情況可以看出,礦山采空區(qū)治理的重點(diǎn)是在五坑口和二坑口,建議下一步空區(qū)治理的重點(diǎn)放在五坑口和二坑口。

(2)礦山共有采空區(qū)271個(gè),暴露面積主要分布在500～1000 m2和＜500 m2區(qū)間之間,分別占采空區(qū)數(shù)量的42%和41%,礦山采空區(qū)暴露面積在＞1000 m2區(qū)間的數(shù)量較少；但是,從圖4可以看出, ＞1000 m2的空區(qū)總面積占整個(gè)礦山空區(qū)面積的36%,＜500 m2的空區(qū)總面積占礦山總空區(qū)面積的20%,因此,建議礦山采空區(qū)重點(diǎn)治理面積＞1000 m2的空區(qū)。

(3)頂板跨度主要以10～20 m為主,跨度大于20 m的采空區(qū)也不在少數(shù),主要分布在五坑口和二坑口。采空區(qū)頂板跨度是影響采空區(qū)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,因此,有必要對(duì)跨度較大的采空區(qū)進(jìn)行優(yōu)先處理。

圖1 礦柱數(shù)量百分比

圖2 采空區(qū)頂板跨度數(shù)量百分比

圖3 空區(qū)頂板暴露面積數(shù)量百分比

圖4 不同頂板暴露面積占采空區(qū)總面積百分比

(4)從礦柱統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,礦山礦柱高度主要以5～10 m為主,占整個(gè)礦柱數(shù)量的51%,其次為10～15 m高度的礦柱,占25%；礦山存在高度大于20m的礦柱,主要在二坑口,礦柱高度越大,安全隱患越大,因此,建議加強(qiáng)對(duì)二坑口高度礦柱的監(jiān)控,及時(shí)處理處于高危狀態(tài)的礦柱。

(5)從礦柱分布情況可以看出,五坑口和二坑口礦柱數(shù)量較多,意味著這2個(gè)坑口礦柱賦存礦石量大,并且該區(qū)域礦石品位高,該部分礦柱礦石是礦山下一步礦石回采的主要資源儲(chǔ)備。建議下一步殘礦回采,主要以五坑口和二坑口礦柱為主。

(6)從采空區(qū)勘探調(diào)查結(jié)果可以看出,采空區(qū)數(shù)量巨大,分布范圍廣,采空區(qū)面積大,危害性大。由于采空區(qū)治理成本高,任務(wù)重,因此,建議按照采空區(qū)危險(xiǎn)性逐步治理的方法,優(yōu)先處理大跨度、高礦柱、大暴露面積空區(qū),逐步實(shí)現(xiàn)全部治理采空區(qū)的目的。

3 結(jié) 論

(1)通過對(duì)礦山采空區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摸底,得出了礦山采空區(qū)賦存現(xiàn)狀,為下一步采空區(qū)治理提供數(shù)據(jù)參考。

(2)通過采空區(qū)摸底調(diào)查,為采空區(qū)治理和殘礦回采指明了方向。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出,五坑口和二坑口是空區(qū)治理的重點(diǎn),高大采空區(qū)主要分布在這2個(gè)坑口；同時(shí),該區(qū)域礦柱數(shù)量多,礦石儲(chǔ)量較大,也是礦山下一步開采的重點(diǎn)。

(3)根據(jù)調(diào)查結(jié)果,結(jié)合礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀,建議采取逐步治理的方法,優(yōu)先處理高危采空區(qū),逐步推進(jìn),最后實(shí)現(xiàn)全部治理的目的。

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2015-03-25)

劉冬春(1991-)，男，江西贛州人，大學(xué)本科，主要從事礦山開采與管理工作。

羅 佳(1987-)，男，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，主要從事采礦技術(shù)研究工作，Email:Ljia2019＠163.com。

"十二五"國家科技支撐計(jì)劃課題項(xiàng)目(2012BAB21G01)；中央駐湘科研機(jī)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目(2013TF3001).