某鈾礦緩傾斜礦體采空區處理方法探討

楊春柳，李尚英，劉 剛，陳國軍，李兆鵬

（中核集團北方鈾業有限公司， 遼寧葫蘆島市 125105）

某鈾礦緩傾斜礦體采空區處理方法探討

楊春柳，李尚英，劉 剛，陳國軍，李兆鵬

（中核集團北方鈾業有限公司， 遼寧葫蘆島市 125105）

針對某鈾礦Ⅱ1礦體采空區需要處理的實際情況，結合國內常用采空區處理方法，對其處理方法進行探討，最終確定采用聯合處理法。探討結果及建議可作為類似礦體處理采空區的參考依據。

鈾礦；緩傾斜礦體；采空區處理；礦柱支護；崩落法；充填法；聯合處理

0 前 言

礦山企業生產運用崩落法、空場法等方法開采時，會形成較大面積采空區。遺留的采空區隨暴露時間的增加，穩定性越來越差，會發生采場頂板圍巖崩塌、地面沉降、失穩塌陷等地質災害，若不及時處理，不但影響到正常的生產秩序，而且有可能發生安全事故。控制礦體及圍巖的穩定性一直是采礦技術人員需要解決的問題。圍巖的穩定性影響因素較多，如圍巖的物理參數、受力狀態等，對其處理的實質就是緩解巖體應力集中程度，使巖體中的應力重新分布，減小結構的幾何變形，應變能得到釋放，達到新的應力平衡，真正實現地壓的有效管理，保證礦山安全生產［1－8］。

隨著核能產業的大規模發展，促進了鈾礦冶的快速發展，對鈾礦山的產能提出了更高的要求，而隨著高強度的開采，某鈾礦形成了面積較大的采空區。本文根據某鈾礦山Ⅱ1緩傾斜礦體采空區的處理要求，對其處理方法進行探討。

1 地質及開采條件概況

某鈾礦Ⅱ1礦體空間賦存形態復雜，主礦體回采工作已接近尾聲。該礦體所屬中段地層總體概況如下。

復成份礫巖：為河床相沉積巖層。淺灰、淺肉紅色，礫石成份復雜，以花崗巖、凝灰巖為主，另有砂巖、脈巖等。礫石直徑大，夾透鏡狀復成份砂巖，膠結物為凝灰巖、玻璃質、長石、石英砂巖。局部地段有礦化，礦化部位有黃鐵礦、有機質。

凝灰質砂礫巖：為河漫灘相、河湖過渡相沉積，是主要含礦巖層。下部為富含有機質、凝灰角礫為特征的礫巖段，上部為長石、石英為主的砂巖段。礫石成份以凝灰巖、花崗巖為主，間有砂板巖、石英巖等，膠結物為凝灰質和少量有機質。

凝灰巖：湖盆相沉積。淺灰色、米黃色、灰黑色，凝灰結構，塊狀、條帶狀、似角礫狀構造，膠結物為火山巖、玻璃質為主。

安山巖：為礦體蓋層。斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要為中性斜長石，少量角閃石、云母，基質呈坡基交織結構，主要由玻璃質及少量磁鐵礦組成。

根據Ⅱ1礦體的幾何形態、位置、產狀、價值及所處的工程環境，結合礦山生產實際，回采時采用全面法結合無軌設備開采，遺留下面積不小的采空區（見圖1）。

2 處理方法選擇

2.1 采空區常用處理方法

為了確保礦山永久性井巷和相關輔助巷道在服務年限內正常運行，減小采空區對這些工程的影響，必須對其進行處理。目前國內外對礦山采空區的處理方法按采礦方法分類大致有4種：礦柱支撐法、充填料充填法、崩落圍巖法以及聯合處理法。

（1）永久礦柱支撐法。用房柱法或全面法回采時，會在采場保留部分貧礦或者廢石作為支撐單元，以控制直接頂板圍巖的變形。留設礦柱或構筑混凝土柱處理采空區，一般適用于礦體埋深較淺、平伏層狀或扁豆狀、礦石和圍巖都很穩固、地質構造面較少的緩傾斜礦體。礦柱支撐法要避免留設過多礦柱造成地質儲量損失，尤其對于稀有金屬而言，在礦山服務年限內，可能會造成不小比例的礦石損失，因此應盡可能對礦柱進行回收。由于礦柱的位置與礦柱上部圍巖的跨度穩定性有關，在回采礦柱過程中會造成一部分頂板冒落，此時人工砼柱支護就能發揮作用。

圖1 采空區分布示意

（2）充填處理法。為了控制局部采場幫壁的工作狀態和采場近場圍巖的位移，防止大面積地壓活動，并有助于解決尾礦和采掘廢石的堆放問題，人工處理采空區的另外一種方法就是使用充填法處理空區。充填法和其他處理方法比較而言費用較高、工藝復雜，適合在下列情況使用：控制圍巖位移對井下工程的破壞；上部礦體、地表的建筑物、構筑物或農業耕地需要保護；充填量巨大的采場；貴重金屬或者高品位礦體的回采。

充填法處理空區包括廢石干式充填和尾砂、碎石水力充填［9］。廢石干式充填處理空區的優點為：充填系統利用礦山溜井等巷道，輸送簡單，材料來源容易，充填成本低；充填料的級配要均勻，急傾斜的薄礦脈采空區適合于此方法。缺點是充填體的沉降率較大，難于充分充填接頂，廢石人工充填效率低，有時需從地表其他地方采石，增加充填成本；部分礦山會因采空區處理作業滯后，采場空頂時間過長，充填系統過早破壞，影響采空區處理進度。

尾砂、碎石水力充填空區的優點為：充填較致密，能夠充分接頂，可更好地控制頂板巖層位移和崩落，保護地表安全，提高礦石回收率；用尾砂充填，可改善地表環境，減少尾礦壩庫容；管道輸送效率較高。缺點是需建立尾砂分級、碎石破碎、充填輸送系統等設施，一次性投資較大，工藝管理要求嚴格。

（3）崩落法處理采空區。崩落圍巖處理空區的實質是用爆破的圍巖松散體充填空區并形成緩沖墊層，緩和應力集中，防止采區內大面積圍巖突然崩落產生氣浪對工程巷道、設備和人造成危害。該方法簡單易行，成本較低，應用范圍較廣泛，一般適用于：地表允許崩落，地表崩落后對礦區及其周邊生產無害；回采礦柱和處理空區同時進行，礦石貧化損失大，礦石價值不高、低品位的礦體。此方法的缺點是：若上部沒有足夠的巖石墊層和嚴格的封閉措施，會帶來安全隱患。

（4）聯合處理法。由于礦體的成礦條件、產狀各異，形成的采空區也千差萬別，單一的處理方法不能完全解決問題，聯合處理方法便應運而生。比如空場法回采緩傾斜礦體留下的采空區處理，可以采用留設礦柱支撐頂板圍巖，還可以對采空區進行充填，充填體不但可以滿足上部頂層圍巖及圍壁變形控制的需要，而且還能夠起到臨時人工礦柱的效果，給回收采場的預留礦柱提供便利。崩落法處理的空區可能會發生后續的變形破壞，故還應采取封閉處理措施。封閉法的主要方法為封閉連通采空區的穿脈、斜坡道等巷道，如在有關巷道中砌筑巖石、混凝土阻波墻或者使用崩落巖石堵塞巷道。

2.2 采空區處理方法選擇

Ⅱ1礦體采空區處理方法本著安全可靠、經濟合理、技術可行、及時的原則，從以下方面考慮：

（1）雖然鈾礦山生產規模較小，但鈾資源屬于稀有貴重金屬，為降低貧化損失率，一般使用充填法進行開采，在礦山初步整體設計的過程中已經把充填系統考慮其中；

（2）限于設備水平及投資的規模，目前絕大多數鈾礦山使用上向水平干式充填法開采，濕式充填作業很少使用；

（3）鈾礦山地下開采存在氡及其子體的問題，為了確保井下通風系統的正常運行和通風質量，保證作業人員良好的工作環境，對一些采空區及廢棄巷道要及時采取密閉措施；

（4）Ⅱ1礦體屬于緩傾斜礦體，單體設計過程中采用全面法結合無軌設備的配合進行開采。在開采過程中根據實際情況留有一部分礦柱，這些礦柱能夠保證頂板的安全，為了確保資源的最大化回收，對其中部分品位較高而對采空區安全影響不大的礦柱可以進行回收；

（5）根據Ⅱ1礦體采用的采礦方法、自上而下的采礦順序，在本礦體上部不存在其他采場，并結合相關地質資料，考慮到采空區對頂板的影響高度，部分采場可以考慮采用崩落頂板圍巖處理空區。

結合以上各種因素綜合考慮，結合鈾礦山的生產實際，Ⅱ1礦體采用礦柱支撐與充填法聯合使用的方法，并對進出采場的主要通道進行永久性密閉。

3 主要結論與改進建議

3.1 主要結論

（1）選擇適合的采空區處理方法，應考慮礦山生產實際情況，如地質條件、采礦方法、采礦順序、采空區狀況等因素，有針對性地提出采空區處理對策。Ⅱ1礦體空區采用礦柱支撐與充填法聯合使用，局部采場空區可以考慮采用崩落圍巖處理，并對相關聯通巷道進行永久性密閉。

（2）加強對采空區的變形觀測。采空區穩定狀況的判定必須科學、及時，這是采空區處理方法選擇的前提條件。

（3）氡及其子體對鈾礦山的井下通風質量影響很大，對開采完的采場采空區要及時處理，一些廢棄的巷道要及時封閉，以免影響風路和通風質量，確保符合輻射防護的標準要求。

（4）對于緩傾斜礦體的采空區所留的礦柱尺寸要保證采礦頂板的穩定，盡量采用廢石留設，盡量減少資源損失，降低損失率與貧化率。

（5）由于采用干式充填法，要最大可能地保證充填料與圍巖之間的接頂問題。

3.2 改進建議

（1）由于能適應鈾礦體的復雜變化，礦石損失和貧化率低，防護條件相對較好，故干式充填法回采礦體在鈾礦山應用范圍較廣。此方法無需很大投入，但存在出礦、倒運環節占用時間長、充填料沉降程度較高、接頂困難等缺點，結合無軌設備的配合可提高勞動工效。目前多數鈾礦山采用破碎堆浸工藝回收資源，因此在完善干式充填系統的基礎上可以考慮尾渣膠結充填、水力充填，可大大提高充填效率。

（2）加強自動化設備的投入，加強巖體活動的監測，保證采空區變化情況的及時獲取，減輕測量人員工作量。

（3）采空區可以采用人工混凝土柱或者鋼管混凝土柱替換礦石柱，貧礦礦柱的留設可以垂直礦體的傾向，以求達到更好的受力狀態。

［1］鄭永學.礦山巖體力學［M］.北京：冶金工業出版社，1988.

［2］彭 欣.復雜采空區穩定性及近區開采安全性研究［D］.長沙：中南大學，2008.

［3］楊濤波，王曉軍，等.房柱法深部開采人工礦柱合理寬度設計［J］.有色金屬科學與工程，2011，2（2）：83－85.

［4］蔡美峰.巖石力學與工程［M］.北京：科學出版社，2002.

［5］解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

［6］羅毅莎，姚振鞏.采空區安全處理的對策措施研究［J］.采礦技術，2010，10（4）：65－67.

［7］劉洪磊，楊天鴻，黃德玉，等.桓仁鉛鋅礦復雜采空區處理方案［J］.東北大學學報，2011，32（6）：871－874.

［8］李俊平.緩傾斜采空場處理新方法及采場地壓控制研究［D］.北京：北京理工大學，2003.

［9］《采礦手冊》編輯委員會.采礦手冊［M］.北京：冶金工業出版社，1999.

2011－11－07）

楊春柳（1985－），男，江蘇南通人，助理工程師，主要從事采礦技術與管理工作，Email：ycl858630＠yeah.net。