某鐵礦山采空區(qū)治理方案研究

王俊虎

(山西中條山工程設(shè)計研究有限公司， 山西 運城 043700)

1 前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對鐵礦資源的需求持續(xù)增產(chǎn)，在此背景下對鐵礦山企業(yè)提出了更高的要求。部分鐵礦山由于歷史原因，開采中形成了大量的采空區(qū)，其對礦山深部礦體充分開發(fā)利用形成了巨大的威脅。某鐵礦山于20世紀90年代建礦，2002年5月投產(chǎn)，年生產(chǎn)規(guī)模為15萬t/a、采用留礦法開采。礦山采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓方式，坑內(nèi)運輸采用無軌運輸，礦石分別卸入各中段礦石溜井、經(jīng)溜井放至卸礦硐室裝入箕斗，經(jīng)主井提升至地表。截止2019年底，礦山形成大小不等的采空區(qū)共計有9個、采空區(qū)總面積約7.5萬m2、總體積約62.07萬m3。

為了保證鐵礦山安全生產(chǎn)，根據(jù)國家及山西省相關(guān)規(guī)定，提出了切實可行的治理措施。

2 采空區(qū)概況及危害

2.1 采空區(qū)概況

該鐵礦山采用NTS-352型全站儀及南方動態(tài)GPS(RTK)2臺對礦山采空區(qū)現(xiàn)狀進行實測。探明礦區(qū)內(nèi)存在9個大小不等的采空區(qū)，其賦存范圍為1 803～2 026.8 m。采空區(qū)平均高度5.05～12.13 m，礦山實測的9個采空區(qū)基本情況詳見表1。

2.2 采空區(qū)影響

礦區(qū)內(nèi)存在的9個采空區(qū)對礦山后續(xù)的開采，以及礦區(qū)環(huán)境均會帶來較大的不良影響，主要表現(xiàn)以下幾個方面。

表1 礦山采空區(qū)基本情況表

1) 易出現(xiàn)地表塌陷、地裂縫及地面沉降

礦山現(xiàn)有采空區(qū)的賦存標高為1 803～2 026.8 m，其距離地表平均大于≥150 m。短期來說，其產(chǎn)生的不良影響較小。但是隨著時間的推移，采空區(qū)會逐漸塌陷影響至地表，造成地表坍塌等不良狀況出現(xiàn)，甚至對地表的建筑物和人員造成傷害[1]。

2) 對當?shù)厮Y源的影響

采空區(qū)還會對當?shù)氐乃Y源產(chǎn)生影響，這主要表現(xiàn)在兩個方面：一是對地表徑流水資源的影響。采空區(qū)的存在，特別是有巷道連通至地表的采空區(qū)，在雨季時易形成雨水倒灌，影響地表正常的河流雨水匯集。二是對地下水資源的影響。該地區(qū)的采空區(qū)均位于地下水位線以上，采空區(qū)會破壞這種原始的自然地下水補給系統(tǒng)，對當?shù)厮Y源循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響。

3) 對當?shù)氐匦蔚孛簿坝^的影響

采空區(qū)若出現(xiàn)塌陷，會對地表地形及地貌景觀產(chǎn)生破壞作用。這對當?shù)氐淖匀坏孛?、自然景觀產(chǎn)生難以挽回的損失影響。

4) 對土地、植被的影響

礦區(qū)內(nèi)地表覆蓋物較多，主要以灌木林和疏草地為主。如果不對礦山現(xiàn)有采空區(qū)進行有效的處理，會破壞地表土地資源。

5) 對后續(xù)采礦的影響

采空區(qū)對礦山后續(xù)的安全生產(chǎn)威脅較大，可能會出現(xiàn)突然坍塌產(chǎn)生空氣沖擊波，破壞井下設(shè)施、設(shè)備，甚至發(fā)生人員傷亡。另外貫通地表后，井下工作面會發(fā)生突水事件，嚴重時可能造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

2.3 采空區(qū)治理

1)利用充填法處理采空區(qū)

針對礦區(qū)9個采空區(qū)的現(xiàn)狀，對其中19號采空區(qū)進行充填處理。該采空區(qū)距離地表大于150 m，距離地表較深。其次采空區(qū)范圍小，充填量不大。經(jīng)計算，需要充填廢石量大約1.85萬m3。這些廢石全部來自以往礦山進行露天開采時堆放在地表的廢石，經(jīng)實地查看足以滿足這些采空區(qū)的充填廢石用量。

2) 利用崩落圍巖對采空區(qū)進行處理

利用崩落圍巖方法來充填采空區(qū)，可有效達到治理采空區(qū)的目的[2]。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，決定對礦區(qū)的32號、34號及35號采空區(qū)進行崩落圍巖來進行治理。為了避免采空區(qū)治理不當造成其他采空區(qū)難以施工等問題，確定治理順序：35號-34號-32號采空區(qū)。采用中深孔爆破對三個采空區(qū)分布的平面進行排面布置，35號采空區(qū)排面布置情況如圖1所示。

圖1 35號采空區(qū)1913排面布置圖

3) 利用聯(lián)合法對采空區(qū)進行處理

當采用一種單一的方法難以達到有效治理采空區(qū)時，可采用兩種或兩種以上的方法來共同達到治理采空區(qū)的目的[3]。設(shè)計對26號采空區(qū)、28號采空區(qū)及30號采空區(qū)使用聯(lián)合治理方法(封閉和廢石充填聯(lián)合法)。

具體措施：在30號采空區(qū)硐口處施工一條通往28號采空區(qū)東側(cè)的巷道(這是由于28號采空區(qū)與30號采空區(qū)上下垂直距離較近，最薄處僅為2 m左右，人員無法進入其中進行施工)，通過該巷道往28號采空區(qū)內(nèi)現(xiàn)存的兩個礦柱內(nèi)施工短巷。同時在28號采空區(qū)硐口西側(cè)施工一條巷道，以便30號采空區(qū)進行爆破設(shè)計。由于26號采空區(qū)距離地表最深處約250 m，故對該采空區(qū)施工一條東西向的巷道，將平行的兩個空區(qū)連成一片。

3 采空區(qū)治理采取的安全技術(shù)措施

(1) 礦山對采空區(qū)進行中深孔爆破時，要提前制定緊急撤離預案以確?，F(xiàn)場人員能夠安全及時的撤離爆破現(xiàn)場。

(2) 礦山應(yīng)安排專人對采空區(qū)進行觀測，可采用微震監(jiān)測系統(tǒng)等儀器設(shè)備對采空區(qū)穩(wěn)定性進行監(jiān)測，建立采空區(qū)穩(wěn)定性監(jiān)測檔案資料，定期向安監(jiān)部門報送采空區(qū)觀測、處理進度及處理效果。

(3) 要加強采空區(qū)地表監(jiān)測。在地表采空區(qū)周圍設(shè)計基準觀測點，每個月觀測一次并記錄存檔。

4 結(jié)論

隨著對礦山環(huán)境和安全開采的要求越來越高，采空區(qū)處理是大多數(shù)地下礦山所面臨的急需解決的問題。本文根據(jù)礦山實情確定適宜采空區(qū)的治理方法，并達到了良好的治理效果，為國內(nèi)其他礦山采空區(qū)的治理，提供了借鑒。