汝阳东沟钼矿南区采空区分类治理方案研究

东 玲

(金堆城钼业汝阳有限责任公司)

汝阳东沟钼矿南区采空区分类治理方案研究

东 玲

(金堆城钼业汝阳有限责任公司)

根据东沟钼矿南区采空区赋存情况，通过对国内采空区治理实例分析，对采空区进行分类治理，Ⅰ类采空区顶部满足最小安全厚度，采用中深孔崩落的方法进行治理；Ⅱ类空区情况复杂，采用侧翼揭露斜孔逐渐推进法、同步竖拉槽深孔崩落法、深孔切割崩落法、台阶分段或并段深孔崩落法处理；Ⅲ类空区位于露天开采最终边坡以内，影响边坡的稳定，采用混凝土充填。经过分类处理，复杂的采空区可基本得到治理，既排除了安全隐患，又不影响生产，成本低，资源回收率高，矿石贫化低，产生了良好的社会经济效益，为其他矿山采空区治理提供了很好的借鉴。

地下转露天 采空区分类 采空区治理 经济效益

采空区治理一直是地下转露天开采矿山的难题，大量未处理的采空区均存在不同程度的安全隐患，我国大中型采空区主要分布在有色金属矿山[1]，严重制约了矿山的发展。汝阳东沟钼矿为一特大斑岩型钼矿床，2003年以前主要是个体民采，采用地下开采方式，生产规模小，2003年以后被金堆城钼业整合，进行大规模地下开采，在北区和南区都留下了大量的采空区。为了矿山大规模露天开采，排除安全隐患，详细分析南区采空区赋存情况，对采空区进行分类，制定合理的治理方案，以期取得理想的效果。

1 采空区赋存现状及处理原则

东沟钼矿采空区情况复杂，空区面积为5.26万m2，体积约78.48万m3。井下空区、采场呈棋盘式布置，大部分由矿山自行设计开采。空区顶板连续暴露面积不大，一般为500～600 m2；靠近地表、顶板岩石破碎的空区，底板垮塌现象严重，部分空区已与地表直接塌透；部分坑口空区上下重叠复合，空区之间顶板原岩厚度较薄，甚至相互采透贯通；有大量未探明的民采盲空区存在。

根据目前东沟钼矿开采现状，采空区处理应遵循以下原则：安全可靠，成本低；工艺简单，易于操作，能最大限度地利用已有工程和现有设施；适应性好，资源回收率较高，贫化较小；能与露天剥离采矿相结合，实现大规模开采。

2 国内外采空区治理方法

目前国内外采空区处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填四大类，有时采用多类方法联合处理。

2.1 地下崩落法

用崩落的围岩充填空区或形成缓冲岩石垫层，以控制矿山压力，转移或缓和应力集中，防止围岩大面积突然崩落产生气浪，危害生产区巷道、设备和人身，分为强制崩落和自然崩落。和充填处理空区比较，本方法简单易行，一般成本较低。如能及时处理，并达到要求的崩落范围和厚度，可以保证生产区的安全，缓解直至消除应力集中。该方法已在国内矿山广泛使用。

2.2 充填法

用充填料(废石、尾砂)充填采空区，支撑围岩，可以减缓或阻止围岩的变形，以保持其相对稳定，因为充填材料可对矿柱施以侧向力，有助于提高其强度。常用的充填法有干石充填法、尾砂充填法、胶结充填法。

2.3 封闭和隔离

封闭和隔离处理采空区是一种经济、简便的方法，多在下列情况应用：①矿石与围岩极稳固，矿体厚度与延深不大，埋藏不深，地表允许崩落;②埋藏较深的分散孤立的盲采空区，离主要矿体或主要生产区较远，采空区上部无作业区。

2.4 地表中深孔崩落法

露天剥离和回采的同时，在满足最小安全厚度的露天台阶布置中深孔，通过爆破崩落顶板岩体充塞空区，崩落矿岩从地表铲装运输。地表中深孔崩落法见图1。

图1 露天台阶中深孔崩落法示意

露天台阶中深孔崩落法处理空区，成本低，工艺简单，施工难度小，资源回收率较高、贫化较小，安全可靠。但深部空区需等到露天台阶降至一定标高后才能处理，存放周期长。

3 南区采空区分类及处理方法

根据采空区赋存情况，将井下采空区分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3类。

Ⅰ类空区为无构造带，顶板岩石稳固性好，顶板连续，暴露面积较小，空区距地表原岩厚度大于最小安全厚度的单层空区；空区虽已垮塌，但透地表，空区基本已充填密实。Ⅰ类空区示意见图2。

图2 Ⅰ类空区示意

顶板至台阶顶面的原岩厚度大于最小安全厚度，利用台阶坡面与空区为自由面，采用单层空区中深孔崩落法处理。该方法在国内类似矿山已应用多年，安全可靠、技术成熟，经济合理。葛虎胜等在采空区的处理中取得了良好的效果[1]。

Ⅱ类空区为有相对独立的构造带，顶板岩石不稳固，空区顶板连续暴露面积较大，顶板或矿柱部分塌落的单层空区；上下空区相复合，上层空区底板与下层空区底板间的原岩厚度小于最小安全厚度的多层空区；因开采导致单层空区顶板与台阶面之间的原岩厚度小于安全厚度。Ⅱ类空区示意见图3。

图3 Ⅱ类空区示意

Ⅱ类空区的处理可根据空区赋存形态及关联性分一次或两次处理，其主要方法有侧翼揭露斜孔逐渐推进法、同步竖拉槽深孔崩落法、深孔切割崩落法、台阶分段或并段深孔崩落法。葛虎胜等在南湖钼矿采空区处理中对Ⅱ类空区采用了侧翼揭露斜孔逐渐推进法和台阶分段或并段深孔崩落法，实践证明，2种方法既经济，又相对安全合理[2]。程建勇等曾采用深孔切割崩落法处理复合采空区[3]。

Ⅲ类空区位于露天开采最终边坡以内，空区的存在会影响最终边坡的稳定性，甚至出现边坡垮塌。Ⅲ类空区示意见图4。

图4 Ⅲ类空区示意

为了保护露天永久边坡的稳定性，对边坡下的采空区采用混凝土充填。在露天边坡下空区与地表相通破坏之前，先堵塞该空区与其他空区的通道。当空区顶板至台阶面的厚度满足最小安全厚度的要求时，停止台阶采矿。在台阶面布置充填钻孔，建立地表移动式充填系统，制备C150混凝土，通过充填钻孔充填采空区，并用砂浆接顶。

4 采空区处理设计

4.1 Ⅰ类空区

5#、6#井680台阶628 m水平空区属于Ⅰ类空区，其中C2804、C2806、C2807、C2809满足最小安全厚度及设备穿孔作业的要求。分别在680，668台阶采用地表中深孔崩落法分4次处理。628 m水平其余的空区将在降至668台阶后，再采用地表中深孔崩落法分次处理。

4.1.1 超前探测

在692台阶布置超前钻孔，采用351钻机施工，探测孔至少深42 m，穿透空区，掌握顶板厚度和空区高度的真实情况。692台阶超前钻孔工程量见表1。

680台阶主要处理C2804、C2806、C2807、C2809空区，各空区分次处理主要技术指标见表2。

4.1.2 穿 孔

设计孔网参数为4 m×5 m，其中前排孔抵抗线为3.5～4 m，孔距为4.5～5 m，采用HCR23型潜孔钻穿孔。对空区顶板提前探测，探测孔孔深至少为37 m，应穿透空区。空区上方炮孔穿至距空区顶板2 m，矿柱上深孔应超深空区顶板2～3 m，局部根据情况可作适当调整。

表1 692台阶超前钻孔工程量

表2 680台阶628 m水平空区处理主要技术指标

680台阶628 m水平空区处理总孔数201个，其中探测孔23个，浅孔22个，深孔156个；钻孔总孔深5 269 m，其中浅孔深297 m，深孔深4 280 m，探测孔深692 m。工程量见表3。

表3 680台阶628 m水平空区处理工程量

4.1.3 爆 破

以前端台阶坡面及下部空区为自由面爆破，采用粒状铵油炸药，水孔采用乳化炸药。采用导爆管雷管排间微差起爆方式，导爆索起爆网络。浅孔采用连续柱状装药结构，孔口充填3.5 m，孔内为同段双发雷管。深孔采用孔内上、下2段，孔间间隔装药，即孔内下部以空区为自由面超前上部1～2段起爆。透孔应先吊孔，底部充填2 m后再进行装药。孔内间隔装药时下部先装药8～10 m，同时下起爆弹与2发同段非电雷管，中间采用细岩粉充填2 m，然后再进行上部装药，孔口充填3.5 m。

采用单孔起爆网络时，炮孔全部采用柱状连续装药，超过15 m的深孔孔内下2个起爆弹及2发400 ms雷管，一个位于炮孔下部偏孔底，一个位于炮孔上部偏孔口，孔口充填3.5 m。采用澳瑞凯高精度雷管地表延时传爆，控制排采用17 ms雷管，传爆排采用42 ms雷管。680台阶628 m水平空区处理爆破材料消耗见表4。

4.2 Ⅱ类空区

700 m水平空区属于Ⅱ类空区，由9#，10#井回采形成，空区宽10～12 m，长45～50 m，高6～14 m。700 m水平空区距地表浅，与地表塌透的空区有11个，分别为C1、C3、C5、C11、C31、C32、C33、C34、C43、C71、C72。700 m水平空区部分与下部682 m水平空区相互重叠，中间有6 m左右的隔层，部分采场上下中段相互采透连通。700m水平空区距地表较近，岩石风化破碎，为保证台阶作业安全，根据最小安全厚度分析，空区顶板至台阶面的原岩最小厚度为20 m。

表4 680台阶628 m水平空区处理材料消耗

740台阶距空区顶板原岩厚度为26～32 m，满足最小安全厚度要求。位于地表自然坡面740 m标高以下的700 m水平空区都在740台阶进行处理；10#井C12与C42空区部分位于740自然坡面以下，采用分段中深孔崩落法在740与734台阶一次同时处理。

4.2.1 超前探测

在752台阶布置超前钻孔，掌握空区顶板厚度及空区高度等情况。在9#、10#井空区上方布置1～2个探测孔,采用351钻机施工，探测孔至少深42 m，穿透空区。752台阶超前钻孔工程量见表5。

700 m水平空区在740台阶分11次处理。已塌透的空区不再进行穿孔爆破处理，台阶可正常推进。分次处理主要技术指标见表6。

4.2.2 穿 孔

设计孔网参数为4 m×5 m，其中前排孔抵抗线为3.5～4 m，孔距为4～4.5 m，采用HCR23潜孔钻穿孔。对空区顶板提前探测，探测孔孔深至少为37 m，应穿透空区。空区上方炮孔穿至距空区顶板2 m，矿柱上深孔应超深空区顶板2～3 m，局部根据现场可作适当调整。

740台阶700 m水平空区处理总孔数1 625个，其中探测孔140个，浅孔110个，深孔1 375个；钻孔总孔深40 455 m，其中浅孔深1 547 m，深孔深35 220 m，探测孔深3 688 m。工程量见表7。

表5 752台阶超前钻孔工程量

表6 740台阶700 m水平空区处理主要技术指标

表7 740台阶700 m水平空区处理工程量

4.2.3 爆 破

采用粒状铵油炸药，水孔采用乳化炸药,柱状连续装药。超过15 m的深孔孔口充填3.5 m，充填2个起爆弹和2发400 ms雷管，一个位于上部偏孔口，一个位于下部偏孔底。 爆破以台阶面或空区顶部为自由面，采用澳瑞凯高精度雷管地表延时传爆，控制排采用17 ms雷管，传爆排采用42 ms雷管。爆破材料消耗见表8。

4.3 Ⅲ类空区

4#井635 m水平空区C0、C4、C8、C23、C26、C34、C36空区位于最终边坡以内，属于Ⅲ类空区。为保证露天永久边坡的稳定性，以上空区应采用尾砂胶结充填法处理，在满足最小安全厚度的台阶建立移动式充填搅拌站，通过钻孔将混凝土充入空区，确保台阶及最终边坡的稳定。根据实际情况，采用混凝土罐装车进行充填料浆制备。最终边坡下的空区下部1/3充填料采用(1∶6)～(1∶8)灰砂比，料浆浓度为75%；采空区下部2/3充填料采用(1∶6)～(1∶8)灰砂比，料浆浓度为70%～72%。采用间歇式充填方式，作业开始阶段，一次充填高度控制在 1 m 以内，待充填体凝固后继续充填。充填面超过空区高度1/3时，一次充填高度可为1.5～2 m，但以充填体表面无积水为原则。空区充填结束后，充填体养护周期为60 d。

表8 740台阶700水平空区处理材料消耗

5 结 语

(1)对于地下转露天的矿山，采空区赋存情况复杂，应收集详细的基础资料，对其进行分类。

(2)通过分类，选择针对性的治理方案。在兼顾安全和生产的同时，以较低的经济成本排除安全隐患。

(3)针对空区分类、赋存情况，除了选择相应的、合理的处理方法外，还要制定具体的设计方案，如超前探测、孔网布置、装药量、堵塞长度、起爆网络及起爆顺序等有详细的设计。

(4)为了保障采空区治理安全顺利进行，还需要制定合理的空区处理安全防范技术方案，如空区监测，先探后处理，边探边处理，对可能发生的空区顶板垮塌事件进行预测预报；在生产恢复阶段，空区爆破处理后，应对爆区进行安全评估；在雨季空区处理时，做好采场排水，制定雨季应急预案，并实施演练；加强空区地压监测；各井封闭后要制定井下排水方案以及其他的安全技术措施。

[1] 王 明，徐必根，唐绍辉，等.我国金属非金属矿山采空区现状与治理对策分析[J].矿业研究与开发,2009,29(4):5-6.

[2] 葛虎胜，聂永祥，王文军.中深孔崩落法处理采空区在南泥湖钼矿中的应用[J].采矿技术,2010,10(1):1-2.

[3] 程建勇，王春毅，林卫星.露天台阶深孔切割崩落处理多层复合空区的工程实践[J].采矿技术，2008，8(3):1-2.

2015-03-13)

东 玲(1972—)，女，工程师，471200 河南省洛阳市汝阳县。