东升庙铅锌矿采空区治理研究

柴 源

(万城商务东升庙有限责任公司， 内蒙古 乌拉特后旗 015543)

东升庙铅锌矿采空区治理研究

柴 源

(万城商务东升庙有限责任公司， 内蒙古 乌拉特后旗 015543)

东升庙铅锌矿井下采空区约80.3万m3，矿山采用充填法和崩落法2种方式治理采空区，重点介绍了3#矿体采空区充填治理。并在治理采空区的过程中辅以现代科技监测手段，并且通过优化采矿方法等措施管理采空区，为井下生产提供安全指导。通过治理采空区，可从根本上排除矿山存在的最大安全隐患，达到安全持续稳定生产的目的。

采空区治理；充填；采矿方法；监测设备

东升庙铅锌矿是铅锌硫铁多金属地下矿山，共有4条矿脉，分别为1#、2#、3#、4#矿体。1#矿体规模很小，回采已结束。各矿体之间约有50 m间距，采空区未连通，开采时相互之间无影响。其中3#矿体为主采矿体，矿体围岩主要为绢云石墨片岩，其次为白云石大理岩，整体稳固性较好。

1 矿山采空区现状

东升庙铅锌矿建矿初期采用浅孔留矿法回采，分段高度30 m。现采用分段空场法，分段高度40 m，中间设置一个凿岩分层，采用中深孔落矿，底部采用堑沟式底部结构，出矿设备采用电动装岩机配合0.75 m3矿车，有轨运输。自上而下共4个回采中段，分别为960 m中段、930 m中段、890 m中段、850 m中段。

东升庙铅锌矿采空区主要集中于3#矿体，由于历史原因，各中段之间未留顶柱，垂直方向已贯通。空区由4条宽15 m的矿柱分割开来，共形成5个采空区，由东向西分别为1号至5号采场。空区体积合计约80.3万m3。3号采场向上140 m为地表河床，地表不允许塌陷。采空区分布情况见表1。

表1 3#矿体采空区分布情况

东升庙铅锌矿采空区具有垂直高度高、空区面积大、支撑物少等特点。显然，4条矿柱是支撑巨大采空区的主要构筑物。随着矿山开采的深入，采空区体积仍将逐渐增大，当压力达到矿柱承受极限时，将造成矿柱崩裂坍塌，进而引起顶板大面积冒落，甚者可能引起地表陷落[1]。所以，矿柱的稳定性是决定采空区是否安全的主要因素。影响矿柱稳定性的主要因素可以归纳为以下几点：

(1) 矿柱内已有的工程布置。在采矿过程中，矿柱内会布置平巷、天溜井等工程。随着时间的推移，受风化、水浸、震动等外部因素的影响，矿柱局部的稳定性将逐渐降低，从而影响矿柱整体的稳定性。

(2) 回采爆破扰动。对于矿柱而言，长期反复受到回采爆破地震波和空气冲击波的作用，会使矿柱某一区域处于疲劳状态，降低矿柱的承压能力。

(3) 矿柱不规则的外表形态。矿柱在回采过程中难免会出现局部超欠挖，所以，矿柱的外表形态必然是不规则的，因此会导致应力分布不均，出现局部应力集中的现象，当应力超过该区域承受极限时，会产生裂隙、局部垮落等现象，从而影响矿柱整体稳定性。

综上，对于矿山面临的采空区过大问题，当务之急是保护好现有的4条矿柱，依靠矿柱支撑顶板和上下盘围岩，确保其不会垮塌。而从长远发展的角度考虑，对采空区采取合理有效方法进行治理，改进现用的采矿方式，才能彻底解决采空区过大而带来的安全隐患[2￣3]。

2 采空区治理措施

2.1 主要治理措施

东升庙铅锌矿治理采空区主要采取崩落法和充填法2种方法。1#、2#、4#矿体规模小，计划采用崩落顶板围岩的方式处理采空区。3#矿体规模较大，空区隐患突出，计划采用充填的方式治理采空区。以下着重介绍3#矿体采空区充填治理。

3#矿体采空区充填的基本原则为：

(1) 采矿结合充填，充填优先；

(2) 加大灰砂比，为后期矿柱回收做准备；

(3) 优先充填1号和2号采场，保护其中矿柱的完整性和稳定性。随后充填3号采场，及早排除地表河床带来的安全隐患；

(4) 实行多采场交替充填，保证充填水可以顺利排出，降低侧压力对矿柱的影响。

为实现合理充填，矿山结合自身安全生产条件制定了详细的充填计划，并确定了充填顺序。第一年(不包括试充填期)充填1号和2号采场，第二年充填1号、3号和5号采场，第三年充填1号、3号和4号采场。具体见表2。

表2 3#矿体充填计划 /m3

按25万m3/a充填能力推算，充填站投入使用后，1 a内可有效缓解采空区安全隐患，2 a内采空区安全隐患基本得到控制，3 a内采空区安全隐患彻底消除。从第4 a开始可实行充填采矿法，实现安全连续稳定生产的目的[4￣5]。

2.2 辅助治理措施

2.2.1 安装监测监控设备

监测预防是指利用现代科技手段或采取必要的预防措施，对采空区实施监测管理，全面了解采空区实时动态，为井下安全生产提供理论依据。监测预防无法从根本上解决采空区带来的安全隐患，但是可以为矿山安全生产作指导。矿山为监测采空区先后建设了微震监测系统、位移监测系统以及地压监测系统。

微震监测系统是通过监测岩体破裂或其他因素引起的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等作出安全评价，从而为预报和控制灾害提供依据的成套设备和技术。该系统在井下设有传感器，传感器收集的实时数据通过线缆传输至地表监控室主机，从而分析监控区域内岩体活动情况。该系统可按设定自动过滤由生产活动引起的较大震动，着重监测由矿柱本身引起的人无法直接观察的内部活动。

位移监测系统是通过红外测距技术监测两个相邻物体相对位移的系统。该系统监测数据可精确到0.1 mm，主要用于监测两条相邻矿柱之间的位移。位移监测系统在井下设有红外发射器以及反射板，系统监测数据可通过专用线缆实时传输至地表监控室主机。该系统可设定安全数据范围和接受危险预警手机号，当监测数据超出预设范围时，系统会自动发送提醒信息至预设手机号。

地压监测系统是指在既定位置安装传感器，用来监测该位置地压变化情况的监测系统。传感器会自动储存监测数据，由专业人员定期去现场采集，然后用地面主机专用软件分析，可以为采空区管理提供数据依据。

2.2.2 规范采矿

矿山在采矿方面存在很多问题，解决这些问题将是一个持续不断、循序渐进的过程，在未来几年，矿山将分两个阶段去实施采矿。

第一阶段：在前三年内以充填为主，采矿为辅。这时充填主要以治理采空区为主，采矿需为充填让步，且回采工作转移至另外两个矿体，必要时适当降低生产能力，确保井下安全生产。同时要逐步规范采矿方法，按标准采矿方法预留顶柱、间柱。控制矿房宽度，实施一房一柱交替布置形式。新开拓的采场或中段，均采用脉外布置沿脉巷道的形式。

第二阶段：从第四年开始，井下采空区安全隐患已排除，这时开始实施采充结合，采矿为主，充填为辅，边采矿边充填。同时考虑将出矿设备由有轨设备向无轨设备过渡，使用1～2 m3电动铲运机出矿，提高出矿效率和残矿回收率。

采矿是一个繁复的过程，由若干环节相互衔接而成。影响采矿进度和质量的因素有很多，其中一环的改变可能影响整个采矿过程的实施。所以，矿山在生产过程中要做到提前规划，有计划、有组织的去实施采矿。这样才能将各环节相互之间的影响降至最低，使采矿与充填良好的结合[6￣7]。

3 应用情况及效果

经过1 a多时间的监测管理与充填，东升庙铅锌矿井下采空区正按既定计划得到治理，采空区体积逐渐减少，安全隐患逐步排除。1号采场和2号采场之间的矿柱趋于稳定，没有出现片帮、裂隙增加等现象。各类监测设备运转正常，各项监测数据未出现异常，各个矿柱稳定性较好，可以继续起到支撑围岩的作用。在未来几年，矿山继续按照计划实施充填治理井下采空区，可及早实现充填采矿法，彻底排除采空区带来的安全隐患。井下采空区得到治理后，矿山可持续稳定生产8 a以上。

4 结 论

采空区治理是大部分地下矿山面临的一项重要工作，由于矿山经过长年不规范开采形成大量的采空区，必须经过进一步治理才能继续开采，充填法是治理采空区的有效措施，不仅可以有效防止采空区垮塌，而且充分利用尾矿回填，有利于环境保护。此外，在生产过程中辅助布置现代科技监测手段能很好的为矿山安全生产服务。采空区治理不仅可以排除安全隐患，而且可以最大可能的回收矿产资源，是矿山安全、持续、稳定生产的有力保障措施。

[1]章庆松.矿山生产技术管理[M].北京：冶金工业出版社，2013.

[2]王永红，王春毅，程秀升，等.采空区治理中的安全与技术管理[J].采矿技术，2008,8(4):75￣76.

[3]张世雄，褚洪涛.我国金属矿山地下采矿的技术进步[J].矿业研究与开发，2009(3)：1￣4，8.

[4]李冬青.我国金属矿山充填技术的研究与应用[J].采矿技术，2001(2)：16-19.

[5]姜艳美，万德庆.采空区的充填治理[J].现代矿业，2012(9)：148￣149.

[6]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[7]王 青.采矿学[M].北京：冶金工业出版社，2002.

2015￣03￣26)