楊 坤

(大冶有色金屬有限責任公司， 湖北 陽新縣 435232)

?

豐山銅礦采空區(qū)治理

楊 坤

(大冶有色金屬有限責任公司， 湖北 陽新縣 435232)

根據豐山銅礦南緣采空區(qū)賦存現狀，提出了適宜空區(qū)治理方案?？諈^(qū)治理方案的實施，取得了較好的效果，確保了南緣礦床開采的安全、持續(xù)、穩(wěn)定生產。

空區(qū)；治理方案；強制崩落放頂；阻波墻

1 礦床開采技術條件

1.1 地質概況

豐山銅礦床產于豐山巖體的南北緣接觸帶及其鄰近的巖體中，形成為南緣礦帶和北緣礦帶，為矽卡巖—斑巖復合型礦床。

南緣礦帶位于豐山巖體南緣的接觸帶中，呈北西西向延伸，賦存于1～20線，礦帶走向延長達1800 m，在20線與北緣礦帶合為一體。礦體傾向南西，傾角50°～65°。礦帶水平寬度120 m左右，出露海拔最高為150 m(1線)， 10～20線海拔0～-150 m間礦化最為集中，為主要的工業(yè)儲量地段?？刂谱畲笊疃仍?705 m(14線)尚有強烈的銅鉬礦化。南緣礦帶在11～15線延深較大，向西逐漸變淺，尖滅在0 m標高上下。礦帶中礦體成群出現，平面上各礦體由于受北西西向構造線控制相互平行，在空間上，各礦體由于受層間構造控制，呈迭瓦狀排列。礦體的形態(tài)、產狀嚴格地受接觸帶構造形態(tài)和圍巖層面的控制。南緣礦帶各礦體大小不一，厚度大于3 m的銅礦體有96個，單獨鉬礦體25個。延長大于100 m的主要銅礦體有6個，其儲量占南緣儲量的95%，其余的均為遠離接觸帶的小礦體。

1.2 礦巖的穩(wěn)固性

由于含礦矽卡巖在雙向交代過程中形成不同礦物組份的分帶現象，在分帶接觸面上，巖石不穩(wěn)固；部分含礦巖體結構為散體結構、碎裂結構，在北緣采場這類巖體易垮塌；南緣硅灰石矽卡巖、透輝石矽卡巖遇水膨脹，易垮落。淺部因后期侵入小巖脈、小斷層及節(jié)理裂隙穿插、切割礦體，穩(wěn)固性較差，有些地段矽卡巖常見后期蝕變礦物，較松軟，一般節(jié)理密度2～7條/m，往深部巖石的完整性較好，礦體較穩(wěn)固。

花崗閃長斑巖組(南緣礦體下盤、北緣礦體上盤)表層風化，殘積特征顯著。主巖體形成后，又發(fā)生多期隱爆和侵入活動，使接觸帶附近巖石蝕變較強，極不穩(wěn)定。北緣接觸帶上盤火成巖呈碎裂結構、散體結構，極易垮塌。淺部巖體破碎，裂隙發(fā)育，多成5～20 cm的碎塊，節(jié)理密度大于10條/m，f=2～4，4～6；往深部巖體完整性趨好，巖體較穩(wěn)定。

大理巖組(南緣礦體上盤、北緣礦體下盤)為致密塊狀大理巖，質較堅硬，完整性較好，巖石較穩(wěn)固。節(jié)理、裂隙較發(fā)育，密度為2～4條/m。節(jié)理面平直，節(jié)理中或多或少有蝕變礦物、金屬礦物充填。井下南緣礦體的上盤，由于后期火成巖脈多期次侵入，三角節(jié)理發(fā)育較多，穩(wěn)定性相對差，大理巖組f=6～8。巖石RQD值為70%～90%。近接觸帶巖石有綠泥石化、蛇紋石化等蝕變。

2 礦山開采及工程現狀

2.1 開采概況

豐山銅礦井下開采為南、北緣礦帶2個部分。

南緣礦帶原設計采用無底柱分段崩落法，由于礦巖不穩(wěn)固，導致生產不能順利進行及貧化損失指標較差，1988年對南緣礦帶采礦方法進行可行性研究， 1996年完采礦方法技術改造，試驗和技改證明膠結充填法適合礦山南緣礦帶難采礦體開采條件，到目前為止，南緣的主體礦體采用分段碎石膠結充填法，端部和部分盲礦體仍然采用無底柱分段崩落法。

北緣原設計為上向水平分層尾砂和膠結充填法，即礦柱膠結充填，礦房尾砂充填的兩步驟回采方法，后由于工藝復雜、礦塊生產能力低、成本高等原因，1985年改為上向水平分層點(條)柱尾砂充填法，該法因礦石損失較大，安全性較差，2006年后改為壁柱式上向分層尾砂充填法。

2.2 空區(qū)形成的過程

南緣采用無底柱分段崩落法回采的礦段均是在沒有提前形成覆蓋層的條件下進行回采和出礦，采場回采結束后上下盤圍巖和采場頂板沒能自然冒落，而礦山又未進行強制放頂來形成或補充覆蓋層，由此而形成了空區(qū)。隨著開采的進行，主礦體端部采用無底柱崩落法回采的礦段多條進路回采后空區(qū)連成一片，形成較大的空場；盲礦體幾個分段均采用無底柱分段崩落法回采，上下多個分段空場連成一片，形成規(guī)模巨大的空場，隨著新水平開采的進行，空區(qū)規(guī)模將進一步擴大。

2.3 空區(qū)存在對生產的影響

采空區(qū)存在對南緣生產帶來的主要影響有：

(1) 大量空區(qū)的長期存放，空區(qū)面積、高度以及頂板穩(wěn)定性隨礦山的開采時刻發(fā)生變化，隨時都可能發(fā)生各種規(guī)模的地壓活動，使施工作業(yè)的人員、設備、儀器隨時面臨著危險；

(2) 礦體上部敞空沒有覆蓋層，空區(qū)頂部和上盤圍巖隨時可能垮塌，巖石垮塌及產生的沖擊波嚴重威脅下分段礦體回采的安全；

(3) 空區(qū)垮塌可能造成運輸或采準工程遭破壞，影響礦山生產；

(4) 大量空區(qū)的敞空存在，影響周邊礦體的開采，造成大面積的壓礦和丟礦損失。

3 空區(qū)處理

3.1 -187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)處理

3.1.1 空區(qū)賦存現狀

-187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)為1100，1013，1012采場下盤，及1010，1009，1008，1007，1006采場采用崩落法回采后，頂板未自然冒落而形成的空區(qū)。主礦體+11線以東-187.5 m以下仍將采用無底柱崩落法回采。

1100，1013，1012采場上盤采用分段碎石膠結充填法回采，為膠結充填體。礦體中間出現較厚的夾石，為降低貧化，回采時將夾石進行保留，夾石下盤采用無底柱分段崩落法回采，形成高12 m，寬約8～12 m，長24 m的空區(qū)?？諈^(qū)頂板為-175 m分段充填體，空區(qū)上盤為大理巖夾石，下盤距-187.5 m分段巷道3～6 m。

1010，1009，1008，1007，1006采場均采用無底柱分段崩落法回采，形成了高12 m的空區(qū)，空區(qū)頂板為-175 m分段碎石膠結充填體。由于該段礦體分支獨立，1010，1009，1008，1007，1006采場不相連通，空區(qū)頂板不連續(xù)，為單個獨立的小空區(qū)，見圖1。

圖1 -187.5 m分段+11線以東主礦體端部采空區(qū)分布

3.1.2 空區(qū)處理方案

1100，1013，1012采場在-200 m分段將與+11線以東的空區(qū)連成一片，因此在-187.5 m分段空區(qū)下盤鑿巖進路內布置扇形中深孔，崩落下盤圍巖形成部分覆蓋層，然后再采用無底柱分段崩落法回采-200 m分段礦體；-200 m分段礦體回采結束后，繼續(xù)強制崩落上盤圍巖，進一步補充覆蓋層，同時封閉通往空區(qū)的出口，然后再進行下部礦體的開采。

1010，1009，1008，1007，1006采場之間有礦柱，空區(qū)頂板不連續(xù)，為單個獨立的小空區(qū)，采用封閉隔離法進行處理。

3.1.3 強制崩落放頂工程布置

-187.5 m分段+11線以東礦體回采結束，下盤分段出礦平巷不再使用時，可利用1100，1013，1012采場下盤鑿巖進路，在每條進路中布置3～5排中深孔強制崩落下盤圍巖，形成覆蓋層。若崩落的覆蓋層厚度不夠時，與-200 m分段相對應的1100，1013，1012采場回采結束后，可繼續(xù)崩落下盤圍巖，進一步補充覆蓋層。

3.1.4 放頂鑿巖爆破

鑿巖采用YGZ-90型鑿巖，孔徑Φ65 mm，孔深12～15 m，即一個分段高度。炮孔最小抵抗線W為1.4 m、孔底距2.5～3.0 m，共設計4排，排與排之間錯開布置。采用BQF-100裝藥器向孔中裝填多孔粒狀銨油炸藥，裝藥系數0.6～0.7，孔口部位相鄰孔間間隔長度裝藥。自空區(qū)邊界開始，以空區(qū)上盤暴露面為自由面，用非電導雷管排間微差爆破一次形成覆蓋。

3.1.5 阻波墻的設置

覆蓋層形成后，最后采用封密隔離法對通往空區(qū)的所有通道進行密閉。封密隔離墻設在主運輸巷與通往空區(qū)的鑿巖、出礦穿脈巷交匯口處，采用鋼筋砼全封閉阻波墻封密。

-175 m分段用鋼筋混凝土現澆阻波墻5處，分別為1102，1101，1100，1013和南1008采場出口處；-187.5 m分段用鋼筋混凝土現澆阻波墻2處，分別為1102和1010采場出口處。

鋼筋混凝土全封閉阻波墻封閉厚度為3 m，施工時必須在巷道四周按0.8～1.0 m網距打深0.5 m的錨桿眼，插入圓鋼加固。墻體采用C18混凝土現澆。澆注時注意接頂，不留空隙。鋼筋主筋為Φ16 mm螺紋鋼，間距400 mm，副筋為Φ6.5 mm圓鋼，間距600 mm。

3.2 -187.5 m分段-12線～-11線下盤盲礦體空區(qū)處理

3.2.1 空區(qū)賦存現狀

-12線～-11線主礦體下盤賦存有一個盲礦體，礦體頂部在-162.5 m水平，底部向下延伸至-200 m。-12線～-11線下盤盲礦體-187.5 m水平以上已開采，形成了以+12線為界的東、西兩個獨立的空區(qū)，該盲礦體-187.5 m以下的開采方法尚未確定(見圖2和圖3)。

圖2 -175 m分段-12線～-11線下盤空區(qū)分布

+12線以東-187.5～-175 m分段已采用分段碎石膠結充填法回采，沒有形成空區(qū)；-175～-162.5 m分段將采用無底柱分段崩落法回采，回采后將形成高約12 m，寬14 m，長46 m的空區(qū)。

+12線以西-187.5～-162.5 m分段采用無底柱崩落法回采，由于礦體頂板沒有自然冒落，至使該地段形成了較大的空區(qū)?？諈^(qū)賦存在-187.5～-162.5 m標高，空區(qū)高25 m，平均寬12 m，長約25 m。

-12線～-11線下盤盲礦體在-187.5 m以上又分為+12線東、西兩個獨立小礦體，上部互相之間沒有聯系，在-187.5 m平面圖上該兩個小礦體連成了一個整體。根據該礦體開采現狀及礦體下部開采規(guī)劃，空區(qū)處理將礦體分成東、西兩個獨立小礦體分別進行。

3.2.2 +12線東小礦體空區(qū)處理

+12線東小礦體出露標高約在-163 m水平，-187.5～-175 m分段已采用膠結充填法進行了回采，目前空區(qū)已充填。

由于+12線東小礦體上部無相應的工程，-175～-163 m分段準備采用崩落法回采，+12線以東將會產生一個12 m高的空區(qū)，空區(qū)長約30 m，寬20 m，空區(qū)體積為7200 m3。

該空區(qū)與周圍采場、其他工程都沒有聯系，其下部已采用充填法回采，空區(qū)高度也只有一個分段高。+12線東小礦體采用崩落法回采后，形成的空區(qū)采用封密隔離法處理，封密隔離墻設在空區(qū)通往-175 m主運輸巷的交匯口處，采用鋼筋砼全封閉阻波墻封密。

3.2.3 +12線以西小礦體空區(qū)處理

+12線以西下盤小礦體賦存在-162.5～-200 m及以下，-162.5 m上部無礦。礦山原來在-175 m和-187.5 m兩個分段采用了無底柱分段崩落法回采，由于頂板沒有自然崩落，在-162.5～-187.5 m標高形成空區(qū)，空區(qū)長30 m，寬13.5 m，高25 m。-187.5～-200 m及以下還有礦石需要回采。該地段12線以東已采用碎石膠結充填法處理，-12線以西均采用無底柱分段崩落法回采。

+12線西小礦體空區(qū)處理采用強制崩落圍巖封閉隔離法處理，方案如下：

在南緣-175 m分段-12線下盤溜礦井聯絡巷中布置放頂聯絡平巷，聯絡巷距離空區(qū)約10～15 m，巷道斷面為3.0 m×3.0 m，并隔15～18 m沿空區(qū)方向布置斷面為3.0 m×3.0 m鑿巖平巷兩條。在鑿巖平巷中以空區(qū)為爆破自由面，用YGZ-90導軌式鑿巖機鉆鑿上向扇形中深孔，每條鑿巖巷中布置3排炮孔，扇形孔排距為1.8～2.2 m，孔深8～15 m，孔徑65 mm。采用BQF-100型裝藥器裝多孔粒狀銨油炸藥，裝藥系數0.6～0.7?？卓诓课幌噜徔组g間隔長度裝藥。以采空區(qū)頂板暴露面為自由面，用非電雷爆排間微差起爆，崩落上盤圍巖，一次形成覆蓋層。

當覆蓋保護層形成后，可采用無底柱分段崩落法或充填采礦法回采-187.5～-200 m分段及以下分段礦石。當-187.5 m以下采用碎石膠結充填法回采時，將-187.5～-200 m分段作隔離層，由下往上回采礦體。-200 m以下充填采礦結束后，在崩落覆蓋層下采用崩落法回采-200 m分段隔離層礦石。當-187.5 m以下全部采用崩落法回采時，采場中的礦石和崩落放頂圍巖應保留至少20 m厚的覆蓋層，以保證下部作業(yè)安全。

當該獨立空區(qū)下礦石全部回采完畢后，空區(qū)采用封密隔離法處理，對所有通往空區(qū)的通道砌筑封密隔離墻進行密閉。封密隔離墻采用鋼筋砼全封閉阻波墻。

空區(qū)處理完后應經常對空區(qū)上方地表進行觀察，并及時做好警戒和其他防范措施。

3.3 +15線～-15線空區(qū)處理

3.3.1 空區(qū)賦存現狀

+15線～-15線空區(qū)在-175 m以上已與地表垮透，空區(qū)已全部充滿廢石，空場內和分段巷道中可見黃泥。

3.3.2 空區(qū)處理方案

由于空區(qū)已垮透地表，地表廢石、黃泥等在-175分段空場及巷道內可以看見，雨季期間極易形成泥石流，對井下人員、設備及工程構成極大的危害。對+15線～-15線空區(qū)應做好井下泥石流的防治工作。

(1) 封閉+15線～-15線空區(qū)-162.5 m分段、-175 m分段及-187.5 m分段采場通道，隔離采場。

(2) -187.5 m分段以下礦體回采時，應崩落上、下盤圍巖，不斷補充覆蓋層，改善覆蓋層含泥量，同時截斷上部泥石流體與正?；夭蓞^(qū)的通道。

(4) 在下雨或暴雨季節(jié)，采場管理人員注意觀察出礦情況，一旦發(fā)現黃泥，立即停止出礦。對個別掌子面滲水異常，必須查清情況后再決定是否停止該掌子面的回采，如整個采區(qū)同時出現掌子面滲水異常，必須立即停止該采區(qū)回采出礦。

4 結 論

采空區(qū)對礦山正常生產會形成重大的安全隱患，制約正常的生產，而及時開展全面的空區(qū)調查及治理，對礦山安全、高效的多回收礦產資源具有十分重要的意義。豐山銅礦通過對南緣各采空區(qū)的調查，根據開采技術條件、開采現狀，選用不同的方案治理空區(qū)，取得了較好的效果。

[1]張五興,宋嘉棟,谷新建.三道莊礦區(qū)采空區(qū)處理方案優(yōu)化[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,21(4):78-79,103.

[2]林衛(wèi)星,程建勇,歐任澤.地下多層復雜空區(qū)處理的工程實踐[J].爆破,2009(26):31-34.

[3]鮑俠杰.豐山銅礦北緣采場穩(wěn)定性研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2004,24(6):35-36.

[4]袁節(jié)平,宋嘉棟,歐任澤.地下中深孔大規(guī)模爆破的研究與實踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2008,28(1)：76-80.

[5]《采礦設計手冊》編委會.采礦設計手冊(礦床開采卷)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1987.

[6]長沙礦山研究院有限責任公司,湖南柿竹園有色金屬責任有限公司.柿竹園多金屬礦床開采地壓監(jiān)控研究[R].長沙:長沙礦山研究院有限責任公司,2003.

[7]BUSH G W,SI Y,ZHANG B,et al. Abc is abc[J].Rock Mechanics,2000,22(2):117-122.

[8]國土資源部.2007年中國國土資源公報[EB/OL].http://www.mlr.gov.cn,2007.(收稿日期：2015-09-01)

楊 坤(1971-)，男，廣西全州人，高級采礦工程師，主要從事采礦技術與管理，Email：yangk@dyys.com。