唐忠輝，劉志華，何華清，張麗云

(1.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司大新錳礦分公司，廣西 大新 532315;2.廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西 南寧 530021;3.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

0 前言

廣西大新錳礦是中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司的直屬礦山。大新錳礦于1958年發(fā)現(xiàn)，1959年由廣西大新縣政府組織開采，1985年進(jìn)行采選規(guī)模為30萬t/a的擴(kuò)建設(shè)計(jì)，1992年建成投產(chǎn)。2006年由中冶長天國際工程有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)了大新錳礦南翼礦段60萬t/a地下開采工程，2015年可達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力?，F(xiàn)正在進(jìn)行大新錳礦擴(kuò)能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能將達(dá)到150萬t/a，主要包括南翼礦段60萬t/a地采工程擴(kuò)能到100萬t/a、北中部50萬t/a地采工程。

大新錳礦地下礦山已形成約88.6萬m3采空區(qū)，目前東部地采，西北緩傾斜地采和中部急傾斜采礦的采場已經(jīng)出現(xiàn)空區(qū)坍塌情況，采空區(qū)垮塌會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害及井下作業(yè)區(qū)人員和設(shè)備的傷害，所以采空區(qū)處理變得十分緊迫［1-3］。

1 地質(zhì)情況和采礦方法

大新錳礦礦層賦存于上泥湓統(tǒng)榴江組泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥灰?guī)r、硅質(zhì)巖等過渡巖相內(nèi)。屬典型的沉積碳酸錳礦床，其近地表為氧化錳礦。錳礦層共有3層，錳礦層的產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀一致，呈層狀產(chǎn)出，層位總體較穩(wěn)定。自上而下依次為Ⅲ礦層1.5～1.7 m，夾二0.5 ～1.0 m，Ⅱ礦層 1.7 ～2.7 m，夾一2～10 m，Ⅰ礦層1.5～1.8 m。Ⅰ礦層直接底板為泥質(zhì)灰?guī)r、夾泥質(zhì)巖，Ⅲ礦層直接頂板為硅質(zhì)巖，一般厚0.05～0.3 m，往上為硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖。

礦巖松散系數(shù)均為1.5，自然安息角為50(°)，巖石密度 2.7 t/m3，礦石密度 3.13 t/m3，堅(jiān)固系數(shù)：碳酸錳礦石為8～15，風(fēng)化巖石為6，未風(fēng)化巖石為10。上部礦體屬簡單水文地質(zhì)條件，但330 m以下的礦石在潛水面以下，水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜。

目前南翼急傾斜中厚礦體主要采用垂直扇形中深孔分段空場法，如圖1。

圖1 垂直扇形中深孔分段空場法

2 常用空區(qū)處理的方法

目前，針對空場法采礦采空區(qū)的處理方法主要有封閉、崩落和充填3大類［4-6］。在實(shí)際的采空區(qū)處理過程中，各個(gè)礦山根據(jù)各自地質(zhì)情況、采礦方法、開采深度、礦石的價(jià)值等因素來選擇具體的處理方案。

2.1 崩落法處理采空區(qū)

崩落圍巖處理采空區(qū)就是利用深孔、中深孔或藥室爆破崩落上下盤圍巖來充填空區(qū)，形成緩沖層，當(dāng)頂部有大面積巖石突然垮落時(shí)，可以降低產(chǎn)生的沖擊氣浪，避免對設(shè)備、人員的傷害，同時(shí)可以降低應(yīng)力集中，減少頂板巖石的支撐壓力。

通常，崩落圍巖按崩落的方式可分為自然崩落和強(qiáng)制崩落兩種。當(dāng)開采傾斜、緩傾斜礦體，空區(qū)頂板爆破性較好時(shí)，非常適合利用自然崩落圍巖處理空區(qū);當(dāng)開采急傾斜礦體形成的空區(qū)，往往由于頂板暴露面積不大而造成空區(qū)長時(shí)間存在隱患，此時(shí)可以采用局部強(qiáng)制崩落圍巖以充填采空區(qū)來消除隱患。

在使用崩落法處理采空區(qū)時(shí)要控制一次爆破崩落量，同時(shí)要疏通氣流流向，避免沖擊波造成重大損失。在采用崩落法處理采空區(qū)的同時(shí)要綜合考慮礦柱回收，用礦柱處理所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效率來彌補(bǔ)崩落圍巖所支出的費(fèi)用。

2.2 充填法處理采空區(qū)

當(dāng)?shù)V區(qū)地表不允許塌陷時(shí)，崩落處理采空區(qū)會造成地面塌陷，因此只能使用廢石、尾砂及膠結(jié)材料充填采空區(qū)。使用來充填體來支撐圍巖，可以大大減少圍巖應(yīng)力和變形，保持礦房圍巖的相對穩(wěn)定。根據(jù)充填料的不同充填法可分為廢石充填法、尾砂充填法、膠結(jié)充填法。

充填料通常利用地表露天剝離的廢石、井下基建巷道掘進(jìn)廢石和選礦廠選礦后的尾砂，使用充填法處理采空區(qū)需要建立充填系統(tǒng)，在采空區(qū)開鑿鉆孔、天井或充填管道等將充填料運(yùn)送到井下采空區(qū)。使用充填法進(jìn)行采空區(qū)處理，工程量大，成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，但處理效果好。隨著充填工藝的改善以及結(jié)合礦區(qū)廢石、尾砂的處理，充填法將會進(jìn)一步得到應(yīng)用。

2.3 封閉處理采空區(qū)

封閉法處理采空區(qū)是利用封堵墻將采空區(qū)進(jìn)行封堵，將工作區(qū)域和采空區(qū)進(jìn)行隔離，即使發(fā)生垮落，氣流也不會造成作業(yè)區(qū)人員及設(shè)備傷害。是一種經(jīng)濟(jì)合理且施工方便的采空區(qū)處理方法。但最主要的問題是選擇封閉位置及隔墻制作的厚度，這將直接影響封堵的質(zhì)量，通常選擇與運(yùn)輸巷聯(lián)通的穿脈及各種聯(lián)絡(luò)道作為封堵點(diǎn)，隔墻制作的厚度主要根據(jù)各個(gè)空區(qū)的大少來確定。封閉法還需要對地表移動帶進(jìn)行監(jiān)測。

3 空區(qū)處理方法的選擇

大新錳礦空區(qū)處理以安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理為原則［7-8］，同時(shí)考慮不影響現(xiàn)有生產(chǎn)及易于施工等。

大新錳礦急傾斜礦體主要主要分布在南翼礦段的東中部，目前剛進(jìn)行露天轉(zhuǎn)地下開采，整體開采深度不大，地壓也不大，礦石圍巖比較穩(wěn)固，同時(shí)結(jié)合目前錳礦石的市場價(jià)格情況，采用封閉法處理采空區(qū)是一種技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方法，方法如圖2。

圖2 急傾斜中厚礦體采空區(qū)處理方案

對于已經(jīng)形成采空區(qū)的礦房，直接對穿脈進(jìn)行封堵，對于新開的礦房先在各礦房開始回采段鑿巖道聯(lián)絡(luò)道制作隔墻，等回采結(jié)束后再在電耙道及穿脈制作隔墻進(jìn)行封堵。

采用該方案，當(dāng)空區(qū)發(fā)生大面積冒落時(shí)，可以防止井下作業(yè)區(qū)人員、設(shè)備免受沖擊波的傷害，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，同時(shí)，作為安全的處理措施可以防止人員誤入采空區(qū)而發(fā)生意外，同時(shí)此方案制作的隔墻可以作為風(fēng)門，防止風(fēng)流混亂，改善通風(fēng)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

采空區(qū)處理作為空場法采礦的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系礦山安全和持續(xù)發(fā)展。目前，地下空區(qū)處理時(shí)擺在很多礦山面前的難題是隨著礦山不斷的開采，空區(qū)量在逐年增大，同時(shí)隨著開采深度的增加地壓也在不斷增加，所以結(jié)合礦山的實(shí)際情況選擇采空區(qū)處理方法非常重要。封堵處理采空區(qū)是投入少，切實(shí)可行的方案，但隨著逐步向深部開采，地壓增大，可以考慮結(jié)合礦柱回收選用崩落法。

［1］魏曉明，李長洪，張立新.急傾斜厚大礦體采礦方法的選擇［J］.金屬礦山，2014(4)：31 －34.

［2］李坤蒙，李光輝，徐帥，等.急傾斜薄礦脈無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化［J］.金屬礦山，2014(7)：1－6.

［3］周崇仁.礦柱回采與空區(qū)處理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989：105－120.

［4］劉敦文，古德生，徐國元.地下礦山采空區(qū)處理方法的評價(jià)與優(yōu)選［J］.中國礦業(yè)，2004，13(8)：52－55.

［5］李俊平，彭作為，周創(chuàng)兵，等.木架山采空區(qū)處理方案研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(22)：3884－3890.

［6］段宗銀.采空區(qū)處理的探討和實(shí)踐［J］.昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).2001，17(2)：3－4.

［7］鄭瑩，郭立穩(wěn)，畢作枝.淺析采空區(qū)的破壞機(jī)理與處理方法［J］.礦業(yè)工程，2008，6(4)：32－34.

［8］段瑜.地下采空區(qū)災(zāi)害危險(xiǎn)度的模糊綜合評價(jià)［D］.長沙：中南大學(xué)，2005.