某铁矿南西西挂帮矿采空区处理方案分析

吴 义，王宗伟（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）



某铁矿南西西挂帮矿采空区处理方案分析

吴 义，王宗伟
（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

【摘 要】某铁矿南西西挂帮矿采用无底柱分段崩落法已开采至2 092m水平，分段高度12m。2 092～2 068m中段采准工程掘进中逐步发现采空区。本文介绍分析了该分段采空区处理的方案，以期在以后遇到类似的工程时供同行参考。

【关键词】铁矿；采空区；充填法；崩落法

1　采空区概况

本次发现的采空区沿矿体走向向上跨度大，平均采矿宽度宽，垂直方向上采高高度高，采空区总体规模远大于2 092m上段发现和处理的采空区。

1.1 区域地质概况

区域内矿体上下盘矿岩界线分明，形态规整，变化情况小。矿体走向55～70°，倾向北西，倾角平均＞60°，属急倾斜矿体，呈层状、似层状产出。14线以东矿体厚度为20～35m，以西为15±2m。矿体矿物成分主要为磁铁矿，平均品位mFe＞18%，矿石主要以条带状构造为主。矿体靠近上盘因受节理较发育影响，稳固性相对较差，靠近下盘则属稳固，上盘围岩主要为角闪片岩、绿泥石英片岩、含铁石英岩以及少量云母石英片岩，稳固相对较差，下盘围岩为角闪岩，稳固性好，区域内矿体工程地质岩组均匀，岩体比较完整，工程地质条件属简单类型。

1.2 工程施工现状

2 080m、2 068m分段虽按初步设计进行了施工，但过程中遇采空区，故部分工程未进行施工(主要为分段脉内回采巷)。现已施工工程(沿脉运输巷、进路等)大部分施工至各分段的15#进路附近，最远的为2 080m分段掘至14线附近，离矿权界线尚有近百米。通过已有工程，基本上摸清了采空区的空间形态(2 068m分段14#进路以北东向)，但对于2 068m分段14#进路西至矿界约150m较长范围内的采空区来说，因受限于工程滞后，采空区形态尚待进一步详细了解和控制。

各分段未完工程的施工应结合采空区详细情况摸排处理方案，对下一步施工做出相应的调整或设计。

1.3 采空区空间形态

本次采空区形态的求得既有现场实际勘测，又有各分段一部分工程揭露与区域内矿体地质现状相结合的理论推测，虽不尽准确，但有一定依据。关于采空区形态描述如下：

(1) 采空区底板。

略高于2 056m分段水平(＜2m)，整体采空区底板绝对标高为2 060.5±1m。

(2) 采空区顶板。

整体而言，采空区顶板呈上盘高下盘低的拱形或半拱形，拱高一般高于2 068m分段底板水平约5.5m，绝对标高约在2 077m，拱底标高约在2 074±2m。由于种种原因，采空区的顶板采矿后存在两个问题：①顶板完整性被破坏，致使采空区偶有矿层冒落现象；②采空区局部块段采高太高以至于影响上部分段(2 080m)正常的矿体回采作业，迫使该项作业出于安全因素考虑停产。

已发现和观测到的类似块段有：①2 068m分段14#进路部位的采空区顶板采空已接近2 080m分段底板水平，后已经塌落连通；②2 080m分段16#进路下部的采空区采高已高于2 080m分段底板水平4m左右；③14线附近采空区顶板已和2 080m分段沿脉巷垮通，并上延至2092m分段的老采空区，与之联通(见图1)。

图1　14线剖面图

(3) 采空区边帮。

采空区边帮呈直立状态，轮廓较为规整。

(4) 采空区宽度。

由于采空区边帮直立，因此采空区同一部位各水平采宽也基本相同。以14线左右为界，其以北东采空区部分采宽为18～20m，南西采空区采宽则为15m。

(5) 采空区长度。

采空区自矿权界线开始沿矿体走向到2 068m分段9#进路，全长共260m。

(6) 采空区矿柱。

采空行为人在采矿和出矿过程中出于对安全考虑，也在相应位置预留了矿柱以将采空区分隔成几个块段，据采空区最大矿块长度推算，整个采空区应有2～3个预留矿柱。

(7) 采空区残留矿。

本采空区自揭露发现后，凿岩爆破行为虽已结束，但采下矿石未完全出尽，在采空区发现后的半个月左右时间内，采空区内残留矿石依然较多，主要为采空区落矿，其次为冒顶片帮落矿。

(8) 采空区总体规模。

采空区全长260m(不计矿柱)，平均宽度约17.6m，面积约为4 580m2，平均采高约16.5m(不计局部)，因此采空区体积约为75 500m3；

2　采空区存在的危害

该采区南翼挂帮矿体经设计选用的是无底柱分段崩落法。因利益驱动，挂帮矿体常年遭受采矿并形成巨大采空区，这与设计采矿方法根本不同，而且对下部矿体开采造成极大安全隐患，给生产人员及设备带来重大威胁。采空区存在的危害主要表现在如下几方面。

2.1 经济方面

(1) 原采矿活动本身不具合法性，属肆意的私采乱挖，造成资源浪费，形成后的采空区处理时必然增加工程成本，直接造成不可挽回的经济损失。

(2) 影响正常的崩落法放矿作业，造成回采损失和出矿贫化。

2.2 安全方面

(1) 采空区形成过程中，爆破作业、顶底板跨落等对上下部或周边生产人员和设备的危害。

(2) 采空区形成后采空区顶板大面积冒落、岩移可引发地表塌陷、山体滑坡等地质灾害，对区内人员、设备造成危害，严重时可产生空气冲击波危害。

(3) 对井下通风系统产生的危害。

(4) 易造成人员或设备暴露在采空区下产生的危害。

由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征易变化不易掌握、采空区顶板冒落塌陷时间、规模等情况难以预测等诸多特点，对安全生产危害性大，因此必须及时处理采空区。

3　采空区处理

3.1 处理方法及目的、任务

采空区处理方法通常有封闭、崩落、加固和充填几种，围岩崩落法其实质是可以及时采落矿柱，使围岩自然冒落。如果围岩不能自然冒落，则可用中深孔或药室大量崩落采空区围岩。此方法可释放应力，改变应力集中部位，将承压带转移到采空区周围较远处的岩体中，使岩体中的应力达到新的相对安全的平衡状态。

充填法是处理采空区较为有效的方法，主要有三种：干式充填、尾砂充填和胶结充填。干式充填是最早采用的一种方法，将废石等固体废料充填到井下采空区，以此来控制围岩的移动，同时处理了废石。此法成本低，工艺简单，可以就地取材，同时减少了废石处理的问题。但此法充填难以接顶，采空区充填完好率低，对控制围岩移动非常有限。一旦密闭墙垮塌或矿柱损毁，充填的废石移动，会给井下造成更大的危害。经过实地勘探和测量，对于挂帮矿存在的采空区处理采用充填和崩落相结合的方式较为合理。

(1) 依据：现场勘测的各分段实测图及由此绘制的反映采空区形态的剖面图；以往处理采空区的方法、经验。

(2) 原则：安全、经济、工期短。

(3) 目的：爆落采空区的顶板，使上部覆盖岩层下落。

(4) 任务：按批准的设计完成先期的巷道掘进工程，详细掌握采空区形态后施工中(潜)孔凿岩工作。

3.2 处理方案

沿采空区走向(即矿体走向)上，因处理的项目不一，方案也有所不同。因此，将采空区沿其走向共分成三段。

(1) 第一段：矿界至2 080m分段16#进路，全长约165m。处理项目为采空区顶板，顶板厚度约13m，其中位于2 080m分段以上约8m，以下约5m。

工程布置：向南延伸2 080m分段下盘脉外运输巷至矿权附近，其间每隔一定距离向采空区方向掘放顶进路(掘至矿岩交界或与老脉内巷贯通)见图2。

凿岩布置：于凿岩进路端部(安全范围地点)向采空区方向布置多种角度的中(潜)孔，见图3。

图2　A-A剖面图

图3　C-C剖面图

(2) 第二段：2 080m分段16#进路至13#进路间。处理项目为采空区顶板、采空区矿柱、2 080m分段15#进路至13#进路间上部矿体。全长共45m。

工程布置：延伸2 068m分段8#进路至上盘围岩内，大致平行采空区边界向南西向掘沿脉巷，其间每隔一定距离向采空区方向掘放顶进路(掘透采空区)。

凿岩布置：①2 080m分段15#进路至13#进路上部矿体前期已施工中孔，本次可先行爆落(15#进路下部是矿柱，13#进路下部较厚，故均安全，14#进路略滞后于15#、13#，待其下部充满后再行爆破)；②2 080m分段三条进路先行爆破后剩余桃形底柱随同采空区顶板一同由2 068m分段采空区南北两翼的凿岩进路内的上向束状中(潜)孔对向爆落，见图4；③采空区矿柱处理：在凿岩进路内布置扇形孔，一次性爆落。

(3) 第三段：2 068m分段12#进路至9#进路间，全长52.5m。处理项目为空区顶板及2 080m分段进路间的桃形矿柱，见图4。

图4　D-D剖面图

因采空区位置在矿体内，所以以上三段在具体施工中为使采空区相对稳定，有效控制围岩移动，采用干式充填法进行充填，同时为保证下步采出矿石品位的质量要求，降低贫化率和有利于中孔设备的架设，充填物采用矿石进行充填，这样做虽然眼前成本较高，但充填的矿石可以在下面的采矿中陆续采出，最终还是比较经济的。

3.3 爆破警戒

根据采空区的分布情况，按矿块进行处理，计划分16次爆破，每次爆破药量的控制不宜过大(控制装药系数为6.0t以内)，以免造成岩移及其他安全隐患或破坏邻近孔等。爆破顺序：总的原则应是自内(指矿界)而外依次、分次爆破；单次爆破区域划分如下：

(1) 2 080m分段17#进路以南(包括17#进路)每个凿岩进路分别作为一个上爆破单元(特殊情况下可分爆，先将下部采空区爆穿，再将余孔一同起爆)预计爆破次数为9次。

(2) 2 080m分段13～16#进路上部按已凿中孔分排分次正常爆破。

(3) 2 068m分段：按单个进路单次爆破(包括处理矿柱，顺序上自南西向北东后退式爆破)预计爆破次数为7次。

孔内正常起爆方式为：起爆药(乳化药)，导爆索，导爆雷管。网络连接用导爆索。

设爆破小组长1人，副组长1人，技术员1人，爆破手1人。爆破装药分2个小组，各按指定位置装药。装药技术问题由爆破技术员负责。

因在硐内爆破，飞石均在控制范围内，无需对外界进行警戒，但在装药爆破前、必须将非爆破人员撤离爆破现场，爆破前30min撤出硐内所有人员至安全地带。警戒距离至硐口50m以外。共设4个警戒点。分别对2 092m硐口、2 056m硐口、边坡硐口和露天道路进行警戒。计划放炮时间为当日下午16时。警戒人员提前30min进入各警戒点；进行封锁警戒，禁止一切人员及车辆通行。警戒人员均带上红旗作警戒标识。爆破完毕后，需通风2h、再由爆破技术员与爆破人员携带手持一氧化碳测试仪进入爆破区域检查，确认安全后方可进入下一道工序。对拒爆孔，原则上采取重新引爆方式进行处理。

4　结语

采用回填法对2 092～2 068m分段采空区处理后，在设计可采储量60.45万t的情况，回采矿量36.87万t，回采率61%，有效提高了资源利用率。通过本工程的实践，笔者认为，采空区的处理应根据采空区的实际情况，在保证安全的前提下采用回填法并有针对性的采用各形式爆破方法，能大大提高回采率。

【参考文献】

[1]《采矿手册》编缉委员会.采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,1988:54-61.

[2]崔云龙主编,《建井工程手册》编委会.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003:343-356.

[3]周宗红,任凤玉,袁国强.桃冲铁矿采空区处理方法研究[J].中国矿业,2005,14(2):15-16.

[4]文武军,朱靖.宝山铁矿采空区处理的探讨[J].新疆有色金属, 2009(5):33-35.

【矿产资源】

【其 他】

Analysis on the Iron Ore in NWW Hanging Wall Goaf Area Treatment Scheme

WU Yi, WANG Zong-wei
(Tunnel Engineering Company in Zhejiang Province, Hangzhou 310030, China)

Abstract:An iron ore NWW hanging wall ore by sublevel caving mining to 2 092m levels, the sublevel height 12m. The goaf of the gradual discovery of the goaf in the middle section of 2 092～2 068m mining. This paper introduces the scheme of the process of the segmented mined out area, which can be used for reference in the similar engineering in future.

Key words:iron ore; goaf area; filling method; caving method

【收稿日期】2015-03-06

【文章编号】1007-9386(2015)03-0051-03

【文献标识码】A

【中图分类号】TD325.3