某矿山地下采空区治理充填方法

王文军

（中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

1 工程概况

某矿山改造工程井下深部挖潜扩产技术改造项目和新选矿厂建设工程的配套工程需新建一座选矿尾水处理的酸性水库，占地71821m2。拟建主水坝按不透水碾压土石坝设计，设计最大坝高21m，坝长约88.0m。为防止坝基渗漏，需先对库区内的下覆采空区充填，以阻止空区围岩崩落。根据本工程勘察资料，库区内下覆采空区按照山谷地理位置可分为3处，分别为主坝基空区两条，拦石坝基空区两条，填方区空区6条。空区围岩为微风化千枚岩。

2 采空区形态

（1）主坝附件下覆采空区。

表1 主坝基附近采空区要素

（2）拦石坝下覆采空区。

表2 拦石坝基采空区要素

（3）填方区下覆采空区。

表3 填方区采空区要素

3 充填方法的选择

3.1 充填途径的选择

一般矿山采空区充填方法途径主要有以下两种。结合本矿山实际情况，连接采空区的巷道已废弃，修复较困难，已无法直接进入采空区作业，且采空区离地表的距离较近，充填质量要求不高。综合情况，决定采用地表钻孔充填施工。

表4 常用采空区充填方法

3.2 充填材料的选择

目前，空区充填的主要材料有尾砂、工业废渣、碎石、河沙、井下废石。对于本矿山老采空区可以采用的充填材料有尾砂和废石，以及混凝土和砂浆。考虑成本因素，不考虑混凝土充填，纯水泥砂浆只作为裂隙注浆和空区接顶使用。

老采空区的运输系统已经撤退，巷道闭坑，已经不可能从平巷运输废石进入空区。所以，可能的充填料为尾砂。本矿山选厂尾砂和尾砂坝堆积尾砂均可以利用和足量供应。

根据本矿山充填材料的来源情况以及矿山生产实际情况，本着采集方便，成本低，优先消纳矿山固废排放的原则，本设计选择矿山尾砂作为充填骨料。

3.3 充填方式

尾砂充填可以选择的方式有分级尾砂充填、全尾砂充填、高水固结尾砂充填、高浓度全尾砂充填等。由于矿山反映原有井巷塌落破坏严重，不能进人，所以老空区尾砂充填的最大困难是不能封闭空区，在崩落围岩的乱石堆下部必然跑砂，污染下部作业中段。

不推荐全尾砂充填和分级尾砂充填。采用地表钻探揭露采空区顶板，使用膏体尾砂胶结充填。膏体材料含水少，不易流动，堆积在空区崩落碎石堆上 ；待水泥胶结后形成整体，能够支撑围岩。对顶板沉降裂隙采用纯砂浆地表注浆，形成帷幕地层。

3.4 充填工艺

本项目采用一次性集中处理空区4.8万m3，空区分布在地面相距200m ～ 400m的一条沟谷内。本方案推荐在空区地表建立两个流动简易充填站，工后拆除恢复植被。集中国内矿山生产经验，节约投资，推荐的充填工艺为四个工序。

（1）备料。在矿山尾砂库排沙口的尾砂经过筛分后用装载机装车，汽车运输到空区充填站的卧式砂仓待用。膏体充填料配料的最大粒径与输送管径之比不宜大于1：5；尾砂最大粒径控制在15mm以下，超细颗粒-20um控制在20%以下，不宜小于15%。稳定性要求较高时，-20um的超细粒级含量不宜小于25% ；如有在管道中停留时间较长的膏体，其分层度不宜大于2.0cm ；膏体的动力粘性系数不宜过大。采用P0425硅酸盐水泥。为了提高充填料浆体的和易性和固结性能，经过充填材料配比实验后，决定采用石膏粉的比例。

（2）制浆。配料仓的尾砂、水泥、石膏粉经过配料机和配料皮带进入双辊强制式连续搅拌机，加水后经强力活化搅拌机进入增压泵。按照环管试验决定的充填参数控制膏体骨料配比和含水量。保证膏体骨料质量比75%以上，塌落度15mm～25mm；可按采空区重要性调控灰砂比。控制灰砂比在1 ：5 ～ 1 ：7，但必须满足充填体强度(≥2Mpa)需求。

（3）泵送。膏体自流输送容易出现堵管现象，建议不采用自流输送。按照本工程充填空区高差小，管路短，弯管少的特点，根据空区充填倍线选择尾砂膏体充填增压泵。充填料的管道输送参数。高浓度充填管道一般管径为100mm ～ 200mm。本方案考虑设备配套，高浓度充填料浆流速不宜超过4m/s，推荐充填管道直径不宜小于125mm。主充填管垂直段宜采用耐磨性能好的锰钢管或耐磨复合管 ；主充填管水平段宜采用无缝钢管或耐磨复合管 ；充填工作面的充填管宜采用钢编复合管或钢塑复合管。主充填管垂直段上口与水平主充填管连接处宜设伸缩管 ；主充填管垂直段下口与水平主充填管连接处及反向敷设的水平主充填管最低处应设排砂阀 ；充填管道连接件的强度不应低于所连接管材的强度。

（4）充填接顶。采用纯水泥浆或稀释后低浓度的充填料高压输送到采空区，使充填料填塞高度能满足空区围岩稳定自立的支撑要求。

（5）充填料配比。本次空区充填，设计充填料最终的强度为2Mpa，在满足强度要求的情况下，应尽量降低水泥的产量，降低成本，根据试验结果，充填料配比及强度推荐使用灰料比为1 ：6的充填体，该充填体28d强度基本满足要求。

表6 充填料配比参数表

3.5 充填系统

本设计推荐使用流动膏体制备站，选择在平坦、宽敞、运料便捷的山坡地，管路在山谷平地敷设，进入地表钻孔。该系统采用连续制浆，连续充填，料浆搅拌均匀，充填能力较大。每班充填结束后采用清水冲洗管路，其水压不应小于0.15MPa。

图1 简易充填站平面布置图

4 结束语

结合本矿山实际情况，采用地表钻孔施工充填尾砂胶结膏体的充填方法适宜，从经济和技术上取得了较好的协调，通过项目施工过程及结果，充填治理效果好，充填方案及材料等合理。