淺談潘洛鐵礦干尾充填采空區(qū)治理方案

楊羽慰

(福建省潘洛鐵礦有限責(zé)任公司， 福建 漳平市 364405)

隨著開采時(shí)間的延長(zhǎng)和開采范圍的不斷擴(kuò)大，許多地下礦山的空區(qū)規(guī)模和數(shù)量都在不斷擴(kuò)大，采空區(qū)范圍過大和存在時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)形成地壓危害，若不及時(shí)處理，就會(huì)導(dǎo)致空區(qū)、采場(chǎng)巷道等發(fā)生大量巖石冒落，引發(fā)空氣沖擊波和礦震繼而引發(fā)地表開裂、下沉、山體滑坡、地面建筑物倒塌與陷落等危害現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到礦山的安全生產(chǎn)。

1 礦山空區(qū)現(xiàn)狀

福建省潘洛鐵礦有限責(zé)任公司為采選聯(lián)合企業(yè)，下屬的洛陽鐵礦自1992年轉(zhuǎn)為地下開采以來，到目前為止，共形成了“洛陽一礦”和“洛陽二礦”2個(gè)地下開采系統(tǒng)。其中“洛陽一礦”于1992年建成投產(chǎn)，主要開采礦山深部的主礦體；“洛陽二礦”于2006年建成投產(chǎn)，開采主礦體外圍淺部零星礦體。因開采歷史較久，礦山井下形成了較多的采空區(qū)，做為省屬國(guó)有企業(yè)，潘洛鐵礦歷來重視采空區(qū)的治理，早在2012年即與長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司開展合作，對(duì)礦山采空區(qū)的充填處理和監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行研究，并對(duì)礦山施工1#和3#充填井進(jìn)行采空區(qū)治理，同時(shí)在洛陽一礦設(shè)有微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)的穩(wěn)定狀況。另外，因礦山現(xiàn)有尾礦庫(kù)庫(kù)容偏小，無法容納礦山服務(wù)年限內(nèi)排出的所有尾礦，為了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，潘洛鐵礦與福建省冶金工業(yè)設(shè)計(jì)院合作，于2016年4月啟動(dòng)了干尾利用環(huán)保工程，擬將選礦廠排出的尾砂，全部脫水壓濾，壓濾后的干尾砂除少量用作水泥廠的原料運(yùn)銷至水泥廠外，剩下全部用汽車運(yùn)送至井下充填采空區(qū)。目前，尾砂脫水系統(tǒng)(即井下采空區(qū)的尾砂干式充填站)已建成并投入使用。

(1) 1#采空區(qū)。該采空區(qū)平面上由4個(gè)礦塊(100中段3個(gè)礦塊，70中段一個(gè)礦塊)空區(qū)連成一片組成，頂板最高處標(biāo)高為+145 m；底板最低處標(biāo)高為+85 m；暴露面積為5032 m2；空區(qū)跨度30～50 m之間，采空區(qū)高度10～35 m，平均高度25 m，采空區(qū)體積約12.58×104m3，預(yù)計(jì)可干式充填體積約9.91×104m3。該采空區(qū)頂部已施工了與地表相通的1#干式充填井。

(2) 2#采空區(qū)。采空區(qū)沿礦體(向東)傾伏方向由130， 100， 70 m中段采空區(qū)連通組成，暴露面積總計(jì)8082 m2；空區(qū)垂直傾伏方向平均跨度36 m。該采空區(qū)未施工充填井，所需充填材料需要通過轉(zhuǎn)排，該采空區(qū)適合轉(zhuǎn)排充填區(qū)域在8～10勘探線間，可充填面積7042 m2，平均高度約33 m，可充填體積約17.43×104m3。

2 采空區(qū)干尾充填

(1) 1#采空區(qū)自然充填。該采空區(qū)頂部施工有與地表相通的1#干式充填井，充填井直徑1500 mm，可采用干式充填料直接充填，為防止溜井堵塞，井口設(shè)有400 mm×400 mm格篩。雖然目前采空區(qū)無滲水、積水現(xiàn)象，但為了保持充填后采空區(qū)的滲透性，防止采空區(qū)積水，本項(xiàng)目利用采礦掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石作為干尾砂的“攪拌”材料，與干尾砂一起形成混合充填料充填采空區(qū)，首先利用大塊廢石對(duì)采空區(qū)底部進(jìn)行鋪底形成廢石墊層，之后廢石和干尾砂交替充填采空區(qū)，廢石和干尾砂的充填體積比例按2∶1進(jìn)行，即廢石2車∶干尾砂1車交替充填。

(2) 轉(zhuǎn)排通道。洛陽一礦目前僅施工有一口干

式充填井，位于1#采空區(qū)上部，其余采空區(qū)所需的充填料須通過機(jī)械設(shè)備從該采空區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)，各采空區(qū)充填后內(nèi)部的平整也需機(jī)械設(shè)備進(jìn)入。洛陽一礦目前井下采用有軌設(shè)備運(yùn)輸，若充填料轉(zhuǎn)排和空區(qū)內(nèi)平整也采用有軌設(shè)備，需要較多的輔助設(shè)施，受到較多的限制。而洛陽二礦南采場(chǎng)現(xiàn)有的斜坡道工程最低已開拓至+65 m標(biāo)高，結(jié)合洛陽二礦已有的無軌運(yùn)輸斜坡道工程施工尾砂轉(zhuǎn)排通道，轉(zhuǎn)排通道施工后，無軌設(shè)備可通過洛陽二礦的斜坡道硐口直接進(jìn)入井下，今后采空區(qū)充填過程中為充分回收國(guó)家資源而回采的部分殘礦也可以利用該通道運(yùn)出地表。根據(jù)已有斜坡道和擬充填處理的采空區(qū)的位置和標(biāo)高，在洛陽二礦現(xiàn)有斜坡道+161.7 m標(biāo)高處向下施工斜坡道至+122 m標(biāo)高和1#采空區(qū)相通，并在斜坡道中部對(duì)應(yīng)的+146 m標(biāo)高與2#采空區(qū)相通，作為機(jī)械設(shè)備出入及尾砂轉(zhuǎn)排的通道。轉(zhuǎn)排通道施工過程中掘進(jìn)的廢石直接運(yùn)至已貫通的采空區(qū)回填作為底部墊層。

(3) 尾砂轉(zhuǎn)排充填2#采空區(qū)。1#采空區(qū)頂板最高處標(biāo)高為+145 m，底板最低處標(biāo)高為+85 m，充填井位置基本位于該空區(qū)的最高點(diǎn)。1#采空區(qū)頂板標(biāo)高大部分在+129 m以下，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)排通道與該采空區(qū)在+122 m標(biāo)高處相通，使進(jìn)入采空區(qū)作業(yè)的設(shè)備與采空區(qū)頂板的高差大部分控制在7 m以下，有利于觀察頂板狀況并及時(shí)處理。轉(zhuǎn)排通道施工完成后，用自卸汽車從地表廢石臨時(shí)堆場(chǎng)運(yùn)送廢石至1#采空區(qū)，從采空區(qū)邊緣開始逐步將自然充填未填滿的周邊區(qū)域回填至+122 m標(biāo)高，并利用裝載機(jī)將自然充填的廢料整平，形成轉(zhuǎn)載平臺(tái)。+122 m標(biāo)高以上的空間作為充填料的臨時(shí)堆場(chǎng)，洛陽一礦其余采空區(qū)充填所需充填料均從該堆場(chǎng)轉(zhuǎn)載。2#采空區(qū)充填所需的充填料在1#采空區(qū)充填料臨時(shí)堆場(chǎng)裝自卸汽車后，經(jīng)轉(zhuǎn)排通道從+146 m標(biāo)高運(yùn)至2#采空區(qū)充填，從采空區(qū)邊緣開始逐步向采空區(qū)中部推進(jìn)，最終將采空區(qū)回填至相應(yīng)的標(biāo)高。

3 結(jié) 論

(1) 通過干尾充填采空區(qū)，最大限度地縮小采空區(qū)的高度和體積，杜絕采空區(qū)突然垮塌對(duì)礦井造成毀滅性破壞的可能性，防止造成地面塌陷。

(2) 充填料來自地表廢石場(chǎng)和選礦廠排放的干尾砂，方案實(shí)施后，將最大限度減少進(jìn)入尾礦庫(kù)的尾砂，在解決采空區(qū)治理問題的同時(shí)，減緩了尾礦庫(kù)的庫(kù)容壓力和尾礦庫(kù)下游的安全壓力，并減少了占用土地，在廢石臨時(shí)堆場(chǎng)堆存的廢石被運(yùn)走后，還可以及時(shí)恢復(fù)地表植被，美化礦山環(huán)境。