雅滿蘇鐵采空區(qū)處理與殘礦回收方案研究

趙 新 東龍賓

(1.寶武資源新疆八鋼礦業(yè)資源有限公司，新疆 烏魯木齊 830022；2.中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

采空區(qū)處理一直是礦山巖石力學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點課題。20世紀(jì)50年代中后期以來，在我國應(yīng)用空場類采礦方法開采的一些金屬及非金屬礦床的采空區(qū)沒有進(jìn)行有效處理，相繼發(fā)生了采空區(qū)頂板崩落和地表巖移等地質(zhì)災(zāi)害，如礦山設(shè)備遭受破壞、資源損失、生產(chǎn)失調(diào)、企業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)受到影響等，個別礦山甚至造成極為嚴(yán)重的人身傷亡事故[1]。

金屬礦采空區(qū)具有隱蔽性，自身失穩(wěn)造成的直接危害及次生災(zāi)害種類繁多，危害極大。對于金屬礦山，采空區(qū)主要失穩(wěn)形式為頂板冒落，若發(fā)生大面積頂板冒落事故，還會引起嚴(yán)重的次生災(zāi)害，如引發(fā)強(qiáng)烈空氣沖擊波，引起地面塌陷，造成設(shè)備陷落、建筑物倒塌及人員傷亡。此外，采空區(qū)透水、有毒有害氣體突出、串風(fēng)、漏風(fēng)和礦山自燃等也是采空區(qū)災(zāi)害的易發(fā)類型[2]。此外，因空場法開采留設(shè)的間柱、頂柱等若不進(jìn)行回收，還會造成殘礦資源的浪費(fèi)。

雅滿蘇鐵礦是露天轉(zhuǎn)井下開采的生產(chǎn)礦山，礦山于2005年8月露天開采閉坑，露天底標(biāo)高為880 m，西部Fe1礦體上部露天底標(biāo)高為900 m。采礦方法為淺孔留礦法，首采階段880～820 m中段礦房已經(jīng)回采結(jié)束，但是該階段的間柱、頂柱尚未回收。該階段共有13個采空區(qū)，采空區(qū)體積約27.77萬m3。由于空區(qū)暴露時間長，受地壓影響作用，礦巖發(fā)生變形，穩(wěn)固性變差，若進(jìn)行下階段礦體的開采，采空區(qū)誘發(fā)地面沉陷、失穩(wěn)坍塌、巖爆、沖擊地壓、垮塌沖擊波等災(zāi)害的可能性及不確定性亦會逐漸增加。因此需及時處理采空區(qū)，制定合理的采空區(qū)處理方案，消除采空區(qū)安全隱患、盡可能多的回采殘礦資源，保障礦山后續(xù)安全、高效、持續(xù)開采。

1 采空區(qū)處理方案選擇

總體來看，采空區(qū)處理方法崩落法、充填法、封堵法三大類，具體實施過程中應(yīng)根據(jù)不同礦山的空區(qū)特點，選取相應(yīng)的處理方法，確定安全、經(jīng)濟(jì)、高效的最佳空區(qū)處理方案。

根據(jù)雅滿蘇井下礦的開采現(xiàn)狀及采空區(qū)的調(diào)查結(jié)果可做出如下分析[3]：一方面，采空區(qū)放置時間較長，各采空區(qū)均有不同程度的頂板冒落現(xiàn)象，使得礦柱應(yīng)力環(huán)境變得復(fù)雜，在處理采空區(qū)的同時，應(yīng)給礦柱回收創(chuàng)造安全的條件；另一方面，現(xiàn)階段采空區(qū)已存在多年，礦柱已出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中，隨著時間的推移，礦柱容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，采空區(qū)探測結(jié)果表明，已有部分礦柱破壞。因此，針對820 m階段的采空區(qū)治理應(yīng)考慮以下因素：

1)空區(qū)條件復(fù)雜，部分間柱安全性差，且880 m回風(fēng)巷道緊鄰空區(qū)頂板，處理過程中要確保施工安全、可靠。

2)保證采空區(qū)處理方法在本礦區(qū)具有可操作性，合理可行。

3)本工程以采空區(qū)處理為主，處理過程中要充分考慮資源的有效回收。

因此，為徹底消除采空區(qū)安全隱患，并考慮回收殘留的礦柱資源，本次研究確定采取崩落采空區(qū)圍巖法處理空區(qū)的方法。

2 采空區(qū)處理方案

2.1 頂柱炮孔的布置方式

頂柱炮孔布置方式采用沿礦體走向布置環(huán)形炮孔方案。在890 m水平礦體聯(lián)絡(luò)道內(nèi)，使用Simba1354鑿巖臺車布置沿礦體走向的扇形炮孔，孔底距2.6 m，最小抵抗線1.7 m，炮孔排距1.5 m，炮孔直徑80 mm。一個標(biāo)準(zhǔn)礦塊需要布置13排炮孔，每個礦塊需要布置炮孔5 920 m(見圖1～圖4)。

圖1 炮孔布置示意圖

圖2 下盤位置炮孔布置圖

圖3 中間位置炮孔布置圖

圖4 上盤位置炮孔布置圖

2.2 間柱炮孔布置方式

間柱炮孔布置方式采用沿礦體傾角，分別通過890 m礦體聯(lián)絡(luò)道向下和820 m人行通風(fēng)天井聯(lián)絡(luò)道向上布置扇形炮孔。

在間柱聯(lián)絡(luò)道內(nèi)，使用QZJ-100B淺孔鉆機(jī)布置扇形炮孔，孔底距為2.4 m，排距為1.4 m，最小抵抗線1.7 m，炮孔直徑92 mm。每個間柱布置2排炮孔，每排炮孔360 m，共需要布置炮孔720 m(見圖5)。

圖5 間柱炮孔布置示意圖

2.3 礦柱回采順序

礦柱整體回采順序為從東至西依次處理。礦柱回收包括頂柱和間柱兩個部分，通過微差爆破，先爆破間柱，后爆破頂柱，頂柱滯后間柱崩落，這樣可減少廢石混入率，提高殘礦回收率。

2.4 具體爆破方案

1)炮孔布置參數(shù)。頂柱采用沿礦體走向布置環(huán)形深孔。使用Simba1354鑿巖臺車布置環(huán)形炮孔，最小抵抗線1.7 m，炮孔排距1.5 m，孔底距2.6 m，炮孔直徑80 mm。

間柱同時采用向上和向下的扇形炮孔。使用QZJ-100B淺孔鉆機(jī)布置扇形炮孔，孔底距為2.4 m，排距為1.4 m，最小抵抗線1.7 m，炮孔直徑92 mm。炮孔底部距離采空區(qū)、巷道或硐室，應(yīng)留0.5 m不透穿。

2)裝藥。裝藥采用BQF-100型裝藥器。

3)起爆順序和起爆網(wǎng)絡(luò)。間柱、頂柱均采用同排多段微差爆破技術(shù)。采用復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)，利用起爆器起爆非電導(dǎo)爆管，由非電導(dǎo)爆管引爆導(dǎo)爆索后，通過導(dǎo)爆索傳爆至孔內(nèi)導(dǎo)爆管，由毫秒差導(dǎo)爆管雷管引爆起爆藥包。

4)殘礦回收。爆破處理后的礦柱礦石，通過礦山現(xiàn)有的運(yùn)輸系統(tǒng)完成出礦。采用有軌運(yùn)輸，由7 t電機(jī)車牽引1.2 m3礦車至副井車場，由副井提升至地表。

3 結(jié)語

采空區(qū)自身失穩(wěn)造成的直接危害及次生災(zāi)害種類繁多，危害極大，因此采空區(qū)形成后需及時進(jìn)行處理。采空區(qū)處理方法的選擇應(yīng)根據(jù)礦山具體條件的不同及采空區(qū)的穩(wěn)定性狀態(tài)，選擇合適的處理方法。本文結(jié)合雅滿蘇鐵礦前提采空區(qū)探測的結(jié)果，提出了同時崩落頂柱和間柱的采空區(qū)處理方案，可實現(xiàn)安全/高效處理采空區(qū)并回收殘礦資源。研究方法可為類似礦山的采空區(qū)處理工作提供一定的參考價值。