广西大新锰矿急倾斜矿体采空区处理

唐忠辉，刘志华，何华清，张丽云

(1.中信大锰矿业有限责任公司大新锰矿分公司，广西 大新 532315;2.广西锡山矿业有限公司，广西 南宁 530021;3.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029)

0 前言

广西大新锰矿是中信大锰矿业有限责任公司的直属矿山。大新锰矿于1958年发现，1959年由广西大新县政府组织开采，1985年进行采选规模为30万t/a的扩建设计，1992年建成投产。2006年由中冶长天国际工程有限责任公司设计了大新锰矿南翼矿段60万t/a地下开采工程，2015年可达到设计生产能力。现正在进行大新锰矿扩能设计，设计产能将达到150万t/a，主要包括南翼矿段60万t/a地采工程扩能到100万t/a、北中部50万t/a地采工程。

大新锰矿地下矿山已形成约88.6万m3采空区，目前东部地采，西北缓倾斜地采和中部急倾斜采矿的采场已经出现空区坍塌情况，采空区垮塌会引发地质灾害及井下作业区人员和设备的伤害，所以采空区处理变得十分紧迫［1-3］。

1 地质情况和采矿方法

大新锰矿矿层赋存于上泥湓统榴江组泥灰岩、钙质泥灰岩、硅质岩等过渡岩相内。属典型的沉积碳酸锰矿床，其近地表为氧化锰矿。锰矿层共有3层，锰矿层的产状与围岩产状一致，呈层状产出，层位总体较稳定。自上而下依次为Ⅲ矿层1.5～1.7 m，夹二0.5 ～1.0 m，Ⅱ矿层 1.7 ～2.7 m，夹一2～10 m，Ⅰ矿层1.5～1.8 m。Ⅰ矿层直接底板为泥质灰岩、夹泥质岩，Ⅲ矿层直接顶板为硅质岩，一般厚0.05～0.3 m，往上为硅质灰岩、泥岩。

矿岩松散系数均为1.5，自然安息角为50(°)，岩石密度 2.7 t/m3，矿石密度 3.13 t/m3，坚固系数：碳酸锰矿石为8～15，风化岩石为6，未风化岩石为10。上部矿体属简单水文地质条件，但330 m以下的矿石在潜水面以下，水文地质条件比较复杂。

目前南翼急倾斜中厚矿体主要采用垂直扇形中深孔分段空场法，如图1。

图1 垂直扇形中深孔分段空场法

2 常用空区处理的方法

目前，针对空场法采矿采空区的处理方法主要有封闭、崩落和充填3大类［4-6］。在实际的采空区处理过程中，各个矿山根据各自地质情况、采矿方法、开采深度、矿石的价值等因素来选择具体的处理方案。

2.1 崩落法处理采空区

崩落围岩处理采空区就是利用深孔、中深孔或药室爆破崩落上下盘围岩来充填空区，形成缓冲层，当顶部有大面积岩石突然垮落时，可以降低产生的冲击气浪，避免对设备、人员的伤害，同时可以降低应力集中，减少顶板岩石的支撑压力。

通常，崩落围岩按崩落的方式可分为自然崩落和强制崩落两种。当开采倾斜、缓倾斜矿体，空区顶板爆破性较好时，非常适合利用自然崩落围岩处理空区;当开采急倾斜矿体形成的空区，往往由于顶板暴露面积不大而造成空区长时间存在隐患，此时可以采用局部强制崩落围岩以充填采空区来消除隐患。

在使用崩落法处理采空区时要控制一次爆破崩落量，同时要疏通气流流向，避免冲击波造成重大损失。在采用崩落法处理采空区的同时要综合考虑矿柱回收，用矿柱处理所产生的经济效率来弥补崩落围岩所支出的费用。

2.2 充填法处理采空区

当矿区地表不允许塌陷时，崩落处理采空区会造成地面塌陷，因此只能使用废石、尾砂及胶结材料充填采空区。使用来充填体来支撑围岩，可以大大减少围岩应力和变形，保持矿房围岩的相对稳定。根据充填料的不同充填法可分为废石充填法、尾砂充填法、胶结充填法。

充填料通常利用地表露天剥离的废石、井下基建巷道掘进废石和选矿厂选矿后的尾砂，使用充填法处理采空区需要建立充填系统，在采空区开凿钻孔、天井或充填管道等将充填料运送到井下采空区。使用充填法进行采空区处理，工程量大，成本高，系统复杂，但处理效果好。随着充填工艺的改善以及结合矿区废石、尾砂的处理，充填法将会进一步得到应用。

2.3 封闭处理采空区

封闭法处理采空区是利用封堵墙将采空区进行封堵，将工作区域和采空区进行隔离，即使发生垮落，气流也不会造成作业区人员及设备伤害。是一种经济合理且施工方便的采空区处理方法。但最主要的问题是选择封闭位置及隔墙制作的厚度，这将直接影响封堵的质量，通常选择与运输巷联通的穿脉及各种联络道作为封堵点，隔墙制作的厚度主要根据各个空区的大少来确定。封闭法还需要对地表移动带进行监测。

3 空区处理方法的选择

大新锰矿空区处理以安全可靠、技术可行、经济合理为原则［7-8］，同时考虑不影响现有生产及易于施工等。

大新锰矿急倾斜矿体主要主要分布在南翼矿段的东中部，目前刚进行露天转地下开采，整体开采深度不大，地压也不大，矿石围岩比较稳固，同时结合目前锰矿石的市场价格情况，采用封闭法处理采空区是一种技术可行、经济合理的方法，方法如图2。

图2 急倾斜中厚矿体采空区处理方案

对于已经形成采空区的矿房，直接对穿脉进行封堵，对于新开的矿房先在各矿房开始回采段凿岩道联络道制作隔墙，等回采结束后再在电耙道及穿脉制作隔墙进行封堵。

采用该方案，当空区发生大面积冒落时，可以防止井下作业区人员、设备免受冲击波的伤害，保证生产的正常进行，同时，作为安全的处理措施可以防止人员误入采空区而发生意外，同时此方案制作的隔墙可以作为风门，防止风流混乱，改善通风系统。

4 结语

采空区处理作为空场法采矿的重要环节，直接关系矿山安全和持续发展。目前，地下空区处理时摆在很多矿山面前的难题是随着矿山不断的开采，空区量在逐年增大，同时随着开采深度的增加地压也在不断增加，所以结合矿山的实际情况选择采空区处理方法非常重要。封堵处理采空区是投入少，切实可行的方案，但随着逐步向深部开采，地压增大，可以考虑结合矿柱回收选用崩落法。

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