復(fù)雜空區(qū)群條件下礦柱安全回收技術(shù)研究

劉 也

（錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026323）

金屬礦山的分布比較松散，礦山內(nèi)礦體的分布不夠集中，開采時(shí)的設(shè)備分布和開采地點(diǎn)均具備較低的集約化水平，很多金屬礦山的開采技術(shù)落后，每個(gè)開采的步驟都有可能面臨開采時(shí)存在的安全隱患。為了開采方便，前期施工會(huì)留下很多采空區(qū)、礦柱、礦體資源。采空區(qū)之間會(huì)有會(huì)不少礦物資源的殘礦[1]。如果能夠?qū)τ谶@些殘礦資源加以回收，會(huì)帶來(lái)很大的利潤(rùn)，但是人們意識(shí)到，殘礦資源的開采過程會(huì)很復(fù)雜，很多采礦設(shè)備沒有用武之地，殘礦開采也有一定的危險(xiǎn)性，需要仔細(xì)研究開采可行性和實(shí)際回收技術(shù)等，再實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

1 空區(qū)群殘礦現(xiàn)狀及回收前提

（1）某金屬礦開采現(xiàn)狀。金屬礦的開采具有一定的難度，早期的金屬礦有很多采用的是無(wú)底柱開采法，使用淺孔留礦，將整個(gè)金屬礦開采區(qū)劃分為不同的層級(jí)。一般分層采用自上而下的方法，比如5個(gè)中段分層等。這種金屬礦的采空區(qū)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，開采時(shí)的難度不小，而且分步驟的工期很有可能會(huì)延長(zhǎng)開采總周期，對(duì)于中段主礦體開采帶來(lái)了難度。對(duì)于礦區(qū)開采的不同段加以控制，會(huì)發(fā)現(xiàn)主礦體的開采同時(shí)，還會(huì)留下大量礦柱，這些礦柱的保留主要參考實(shí)際位置和安全性需要，但是有時(shí)候會(huì)有大量高品位的礦柱和礦床遺留在開采區(qū)的采空區(qū)[2]。當(dāng)采礦區(qū)的第一輪開采結(jié)束，就需要考慮礦柱的礦體回收，某金屬礦的三段中段遺留礦柱總量高達(dá)139萬(wàn)t，采空區(qū)面積大約為50萬(wàn)平方米。更重要的是，由于地下采空區(qū)的存在，對(duì)于地表建筑移動(dòng)和地基穩(wěn)定程度等也會(huì)有不同程度的影響，從而使關(guān)鍵建筑物面臨裂縫甚至移位等后續(xù)問題。

（2）殘礦回收的前提條件。金屬礦的采空區(qū)群存在復(fù)雜性，其穩(wěn)定性受到很多因素的影響，開采工作人員必須要理解并考慮空區(qū)處理和礦柱回收中的綜合分析結(jié)果。每個(gè)采空區(qū)群都有特定的賦存狀態(tài)、穩(wěn)固狀態(tài)等，只有符合礦柱開采技術(shù)條件的采空區(qū)群，才能夠滿足礦區(qū)后期生產(chǎn)的需要，并且在回收礦柱資源的時(shí)候，理解支護(hù)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，預(yù)測(cè)地表結(jié)構(gòu)的變化情況。采空區(qū)群工作人員需要結(jié)合礦區(qū)后期生產(chǎn)的結(jié)果，分析采空區(qū)的礦柱的回收可能，制定相對(duì)權(quán)威的回收預(yù)判模擬模型。從而能夠使得整個(gè)回收礦柱的過程更加具有高效性，全程回收工作內(nèi)容需要結(jié)合礦山現(xiàn)狀和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件的變化進(jìn)行，使其具備可行性和高回收性。

2 空區(qū)群殘礦回收的技術(shù)指標(biāo)

（1）礦床的整體特征。殘礦回收礦區(qū)的整體特征是研究回收過程的基礎(chǔ)，某金屬礦區(qū)北部地區(qū)礦帶21號(hào)、25號(hào)礦體是整個(gè)研究的重點(diǎn)區(qū)域，礦體的控制長(zhǎng)度為500m左右，延伸深度可達(dá)300m，礦體厚度能夠達(dá)到15m～55m，平均厚度為約22m。礦區(qū)的整體厚度為中等水平，但是由于金屬礦內(nèi)的鐵元素、鋅元素伴生，并有錳元素等資源，使得開采的難度加大。通過事先勘探，該金屬礦區(qū)的殘礦資源品位水平較高，鋅品位為大約8.5%，TFe的平均品位為35%。金屬殘礦的礦體性狀呈現(xiàn)出中部開采區(qū)域最厚實(shí)的特點(diǎn)，兩頭的資源分布則呈現(xiàn)出比較稀薄的分布特點(diǎn)，分支逐漸稀薄，并且能夠在傾向151°角度和傾角傾斜達(dá)到90°左右的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)礦體埋藏量的富集。經(jīng)過勘探和數(shù)據(jù)模擬，可以基本判斷該金屬礦的礦體埋藏標(biāo)高約為889m～750m左右，這種定位可以給礦工開采殘礦給予較為精準(zhǔn)的參考，并且能夠?yàn)殚_采工作提供主體工作范圍。

（2）礦區(qū)采空區(qū)群的地表特征。對(duì)于金屬礦區(qū)來(lái)說，殘礦礦柱區(qū)域的地表穩(wěn)固性相對(duì)較差，由于開采工作深入腹地，給整個(gè)金屬礦的主要開采區(qū)帶來(lái)了很多空腔，所以對(duì)于開采回收人員來(lái)說是一個(gè)挑戰(zhàn)，如果既定的開采區(qū)域剛好是回收殘礦的區(qū)域，那么開采區(qū)的地表建筑可能會(huì)面臨地基不穩(wěn)的問題。地下采礦和采空區(qū)的處理方法依托于礦區(qū)地表本身的開采現(xiàn)狀，如果采空區(qū)群面積非常大，那么對(duì)于地表建筑的影響也會(huì)很大，關(guān)鍵時(shí)刻甚至需要拆除部分地表建筑。開采人員常常會(huì)針對(duì)踩空區(qū)的影響范圍和程度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，布置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)24小時(shí)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)地質(zhì)狀況，并分析礦區(qū)舷窗勘查數(shù)據(jù)。經(jīng)過勘探，金屬礦山的殘礦數(shù)據(jù)可以被總結(jié)為不同礦段的分礦段數(shù)據(jù)，整個(gè)礦段分為6個(gè)生產(chǎn)中段，中段高度約為45m，礦柱的寬度達(dá)到約15m～25m，礦房寬度和礦柱一樣[3]?？辈煺哂^察礦段的不同特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)金屬礦采場(chǎng)底部有殘留的碎石、土塊等，落腳困難，機(jī)器設(shè)備的放置位置不夠靈活，殘礦柱的形態(tài)也沒有定勢(shì)，樣式比較復(fù)雜，大小不一、有的采空區(qū)整體面積不大，給開采者帶來(lái)了更大的難度。反饋到地表之上，則需要進(jìn)行地表建筑物群的搬遷，以保證礦柱回收后的地表穩(wěn)定性不會(huì)對(duì)于地面建筑有影響。針對(duì)金屬礦采空區(qū)群的廢石處理，要求回采人員考慮礦柱寬度，考慮殘留礦柱的成分，氧化帶和其他地層的成分不同，采空區(qū)的暴露面積也會(huì)因?yàn)樽匀粴夂虻淖兓幸欢ǖ淖兓?，?duì)于二、三中段采空區(qū)面積和體積的測(cè)算提示較大，暴露面積最大可達(dá)近1000m2，對(duì)于總體暴露面積的計(jì)算，預(yù)計(jì)可以達(dá)到18121m2，體積也提升至48653m3左右，據(jù)勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行采空區(qū)礦柱群及整體結(jié)構(gòu)的模型模擬，可以得到面積統(tǒng)計(jì)的實(shí)際圖形，并且實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)測(cè)算結(jié)果。具體如圖所示。

圖1 采空區(qū)實(shí)體模型

根據(jù)上圖可以得知，金屬礦礦區(qū)的地表平緩，礦區(qū)內(nèi)的建筑已經(jīng)都拆遷完成，對(duì)于礦柱采空區(qū)的影響不大，實(shí)現(xiàn)探礦井周邊的分步驟開采，能夠應(yīng)對(duì)采空區(qū)開采需求，并且利用采空區(qū)上方的穩(wěn)定地形實(shí)現(xiàn)礦區(qū)精粉的快速運(yùn)輸，建構(gòu)運(yùn)輸主通道路徑，提升回收開采的整體效率。

3 空區(qū)群殘礦回收的技術(shù)方案

通過確定金屬礦礦區(qū)的采空區(qū)空腔形態(tài)，回收工序應(yīng)當(dāng)采取更容易抑制采空區(qū)跨落的方式，一方面達(dá)到對(duì)于地表設(shè)施的保護(hù)，使得探礦井和豎井等能夠穩(wěn)固，并且利用支護(hù)手段，結(jié)合模擬探測(cè)手段，大程度地回收殘礦資源。在對(duì)于礦山的實(shí)際情況進(jìn)行勘探和處理后，利用采空區(qū)的處理技術(shù)條件，使用支護(hù)和充填相結(jié)合的方式，能夠?yàn)椴煽諈^(qū)提供更好的回收開采條件?；厥杖藛T通過計(jì)算礦區(qū)內(nèi)殘留的礦柱距離和大致提及，確定采場(chǎng)的中間礦柱和頂?shù)V柱，從而計(jì)算礦石總量。為了能夠使得殘礦資源的總量中80%的余量不被浪費(fèi)，首先了解礦體資源留存寬度，實(shí)際勘測(cè)結(jié)果顯示寬度為平均15m左右。

綜合礦區(qū)實(shí)際采空區(qū)現(xiàn)狀，制定回采處理方案，利用礦區(qū)內(nèi)礦柱回收，對(duì)于不同的礦柱采用類似方案，同時(shí)為了保證回收礦柱的可行性，對(duì)于差異教大的礦柱要實(shí)行分層開采的方式[4]。對(duì)于前部區(qū)域的礦柱可以采用中深孔鑿巖空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，這種回采方案中結(jié)合了礦區(qū)原本的建筑物支撐，采用尾砂進(jìn)行填充，保證地表建筑和地下環(huán)境的穩(wěn)定性，然后采用上、下向中深度孔隙漸進(jìn)的方式，使用空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǔ涮睿厥諈^(qū)域更加穩(wěn)固，回采工作也能夠順利進(jìn)行。而對(duì)于金屬礦區(qū)的后半部空區(qū)則要考慮充填空間太大，該部分采空區(qū)空腔比較肥大，考慮使用爆破補(bǔ)償空間的方式，建立可回采區(qū)域的整體崩落嗣后充填法，該回采方案杜絕了地表塌陷的危險(xiǎn)，而且能夠利用探礦井下的關(guān)鍵位置進(jìn)行踩空區(qū)的充填，礦區(qū)中整個(gè)中部采空區(qū)都可以采用這種充填方式，所有的深孔爆破補(bǔ)償空間均具備相同的條件，區(qū)域性的整體崩落嗣后充填具有回采向柱的特性，可以在不發(fā)生較大位移的前提下進(jìn)行實(shí)地回采工作。如下圖所示。

圖2 階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?/p>

采空區(qū)充填和礦柱回收應(yīng)順應(yīng)采空區(qū)方向，采用由西向東或者由下至上的方式，充填過程應(yīng)該避免充填逆向?qū)е绿那闆r。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)于礦區(qū)地表情況的勘查，結(jié)合地下采空區(qū)與的模擬空間指數(shù)，可以判斷使用尾砂充填法和爆破充填法的可行性，對(duì)于空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ǖ氖褂?，可以使得金屬礦回收礦柱的總體技術(shù)方案更加具有可行性?？紤]各個(gè)開采階段的地表監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)分析比較和數(shù)據(jù)測(cè)算，對(duì)于不同的圍巖硬度和覆巖厚度加以測(cè)量，最終能夠減少礦柱回收中的沉降值。結(jié)合關(guān)鍵部位預(yù)留原巖礦柱的方法，保證地表和采空區(qū)的穩(wěn)定性，為回收礦柱和運(yùn)輸精粉找到安全的生產(chǎn)環(huán)境。