雅满苏铁采空区处理与残矿回收方案研究

赵 新 东龙宾

(1.宝武资源新疆八钢矿业资源有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022；2.中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116600)

0 引言

采空区处理一直是矿山岩石力学研究领域的一个热点课题。20世纪50年代中后期以来，在我国应用空场类采矿方法开采的一些金属及非金属矿床的采空区没有进行有效处理，相继发生了采空区顶板崩落和地表岩移等地质灾害，如矿山设备遭受破坏、资源损失、生产失调、企业经济技术指标受到影响等，个别矿山甚至造成极为严重的人身伤亡事故[1]。

金属矿采空区具有隐蔽性，自身失稳造成的直接危害及次生灾害种类繁多，危害极大。对于金属矿山，采空区主要失稳形式为顶板冒落，若发生大面积顶板冒落事故，还会引起严重的次生灾害，如引发强烈空气冲击波，引起地面塌陷，造成设备陷落、建筑物倒塌及人员伤亡。此外，采空区透水、有毒有害气体突出、串风、漏风和矿山自燃等也是采空区灾害的易发类型[2]。此外，因空场法开采留设的间柱、顶柱等若不进行回收，还会造成残矿资源的浪费。

雅满苏铁矿是露天转井下开采的生产矿山，矿山于2005年8月露天开采闭坑，露天底标高为880 m，西部Fe1矿体上部露天底标高为900 m。采矿方法为浅孔留矿法，首采阶段880～820 m中段矿房已经回采结束，但是该阶段的间柱、顶柱尚未回收。该阶段共有13个采空区，采空区体积约27.77万m3。由于空区暴露时间长，受地压影响作用，矿岩发生变形，稳固性变差，若进行下阶段矿体的开采，采空区诱发地面沉陷、失稳坍塌、岩爆、冲击地压、垮塌冲击波等灾害的可能性及不确定性亦会逐渐增加。因此需及时处理采空区，制定合理的采空区处理方案，消除采空区安全隐患、尽可能多的回采残矿资源，保障矿山后续安全、高效、持续开采。

1 采空区处理方案选择

总体来看，采空区处理方法崩落法、充填法、封堵法三大类，具体实施过程中应根据不同矿山的空区特点，选取相应的处理方法，确定安全、经济、高效的最佳空区处理方案。

根据雅满苏井下矿的开采现状及采空区的调查结果可做出如下分析[3]：一方面，采空区放置时间较长，各采空区均有不同程度的顶板冒落现象，使得矿柱应力环境变得复杂，在处理采空区的同时，应给矿柱回收创造安全的条件；另一方面，现阶段采空区已存在多年，矿柱已出现不同程度的应力集中，随着时间的推移，矿柱容易发生失稳破坏，采空区探测结果表明，已有部分矿柱破坏。因此，针对820 m阶段的采空区治理应考虑以下因素：

1)空区条件复杂，部分间柱安全性差，且880 m回风巷道紧邻空区顶板，处理过程中要确保施工安全、可靠。

2)保证采空区处理方法在本矿区具有可操作性，合理可行。

3)本工程以采空区处理为主，处理过程中要充分考虑资源的有效回收。

因此，为彻底消除采空区安全隐患，并考虑回收残留的矿柱资源，本次研究确定采取崩落采空区围岩法处理空区的方法。

2 采空区处理方案

2.1 顶柱炮孔的布置方式

顶柱炮孔布置方式采用沿矿体走向布置环形炮孔方案。在890 m水平矿体联络道内，使用Simba1354凿岩台车布置沿矿体走向的扇形炮孔，孔底距2.6 m，最小抵抗线1.7 m，炮孔排距1.5 m，炮孔直径80 mm。一个标准矿块需要布置13排炮孔，每个矿块需要布置炮孔5 920 m(见图1～图4)。

图1 炮孔布置示意图

图2 下盘位置炮孔布置图

图3 中间位置炮孔布置图

图4 上盘位置炮孔布置图

2.2 间柱炮孔布置方式

间柱炮孔布置方式采用沿矿体倾角，分别通过890 m矿体联络道向下和820 m人行通风天井联络道向上布置扇形炮孔。

在间柱联络道内，使用QZJ-100B浅孔钻机布置扇形炮孔，孔底距为2.4 m，排距为1.4 m，最小抵抗线1.7 m，炮孔直径92 mm。每个间柱布置2排炮孔，每排炮孔360 m，共需要布置炮孔720 m(见图5)。

图5 间柱炮孔布置示意图

2.3 矿柱回采顺序

矿柱整体回采顺序为从东至西依次处理。矿柱回收包括顶柱和间柱两个部分，通过微差爆破，先爆破间柱，后爆破顶柱，顶柱滞后间柱崩落，这样可减少废石混入率，提高残矿回收率。

2.4 具体爆破方案

1)炮孔布置参数。顶柱采用沿矿体走向布置环形深孔。使用Simba1354凿岩台车布置环形炮孔，最小抵抗线1.7 m，炮孔排距1.5 m，孔底距2.6 m，炮孔直径80 mm。

间柱同时采用向上和向下的扇形炮孔。使用QZJ-100B浅孔钻机布置扇形炮孔，孔底距为2.4 m，排距为1.4 m，最小抵抗线1.7 m，炮孔直径92 mm。炮孔底部距离采空区、巷道或硐室，应留0.5 m不透穿。

2)装药。装药采用BQF-100型装药器。

3)起爆顺序和起爆网络。间柱、顶柱均采用同排多段微差爆破技术。采用复式起爆网络，利用起爆器起爆非电导爆管，由非电导爆管引爆导爆索后，通过导爆索传爆至孔内导爆管，由毫秒差导爆管雷管引爆起爆药包。

4)残矿回收。爆破处理后的矿柱矿石，通过矿山现有的运输系统完成出矿。采用有轨运输，由7 t电机车牵引1.2 m3矿车至副井车场，由副井提升至地表。

3 结语

采空区自身失稳造成的直接危害及次生灾害种类繁多，危害极大，因此采空区形成后需及时进行处理。采空区处理方法的选择应根据矿山具体条件的不同及采空区的稳定性状态，选择合适的处理方法。本文结合雅满苏铁矿前提采空区探测的结果，提出了同时崩落顶柱和间柱的采空区处理方案，可实现安全/高效处理采空区并回收残矿资源。研究方法可为类似矿山的采空区处理工作提供一定的参考价值。