東河灣鐵礦采空區治理方案

摘 要：結合東河灣鐵礦空區現狀提出了合理了空區治理方案，通過實施可以從源頭上控制采空區安全隱患的出現，有效遏制安全事故發生，對類似礦山空區治理有借鑒和指導作用。取得以下結論：（1）在分析礦山空區現狀的基礎上提出了封閉與充填聯合治理空區的方案。（2）制訂了空區充填、封閉、監測方案。（3）編制了施工進度和組織管理機構。（4）從井巷、地表陷落區、地壓及其他四方面提出了安全對策。

關鍵詞：東河灣鐵礦 采空區 充填 治理方案

中圖分類號：TD854 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0103-02

1 工程背景

礦山1998年開始基建，2001年7月投產，年生產能力為25萬t，采用豎井+盲豎井開拓。采用淺孔留礦法進行采礦，采用YT-26型鑿巖機鑿巖，孔徑Φ42 mm，孔深一般為1.2～1.8 m，爆破采用2#巖石乳化炸藥，人工裝藥，導爆管起爆。出礦一般采用人工出礦，主運輸中段（-130 m中段）采用電機車運輸，副生產中段采用人推礦車或膠輪車運輸。

截止2009年底已經形成了50多個大小不等的采空區，采空區總體積達到了50多萬立方。采礦過程中，由于生產爆破等其他原因，礦房間的間柱不太規整，隨著采空區暴露時間的延長和地應力的集中來壓，可能會導致礦房間柱的垮塌，使得采空區連成群空區。

由于礦山開采遺留下來的采空區規模較大，且存在的時間也較長，因此空區坍塌有很大的不確定性，往往是突發的，其造成的嚴重后果也很難預料，因此必須對空區進行有效的治理，才能防止人員和設備免受空區地壓災害的侵襲，保證礦山企業的作業人員生命安全及財產免受損失。

2 空區治理方法選擇

目前，處理采空區的方法主要有封閉、崩落、充填三大類。

封閉法處理采空區優點是施工費用相對比較低，但要求在施工前要做好采空區資料的檢查、收集，前期工作量比較大。

崩落法處理采空區是采用爆破崩落與下部巷道隔絕封閉相結合的處理方法。

充填法處理采空區是采用充填材料對采空區進行充填處理，使充填體與圍巖共同作用，以改變圍巖應力分布狀態，達到有效控制地壓和防止地表塌陷等目的。其適用于處理地表絕對不允許大面積塌陷或其上部有建筑物條件下的采空區。其優點是對相鄰礦體的開采工作影響小，能保證采場回采過程中礦石損失和最低貧化。其不足之處，需要大量的充填料，處理勞動強度大，施工費用比較高。

結合東河灣鐵礦采空區特點其處理方案只能是封閉和充填，雖然充填采空區的方案治理成本稍高，但其安全度最高，基本能消除一礦體水患及地表大規模塌陷的威脅。結合考慮經濟技術因素和安全可靠因素，根據實際需求，建議礦山采用選擇性充填空區和封堵相結合的空區處理方案，對于集中的空區進行監測。

3 采空區治理方案

3.1 采空區充填治理方案

為滿足礦山治理采空區及下部回采的需要，礦山擬建設一個充填站，經綜合考慮并根據建設單位的要求，充填能力按50萬t/a進行建設。

按采礦充填能力50萬t/a，年工作制度330 d，礦石體重3.83 t/m3考慮。年充填采空區體充填材料的配比如下所示：灰砂比（膠固粉與干尾砂重量比）為1∶8～1∶12，充填料漿質量濃度為68%。

地表設置充填鉆孔共2個，一備一用，鉆孔間距2.0 m，鉆孔直徑180 mm，孔內設套管Ф168×6無縫鋼管，套管內穿Ф133×10鋼編塑料管作為充填管。鉆孔開口位于風（副）井附近，地坑為3×2 m，深度2 m，鉆孔下端位于+20 m中段，鉆孔傾角90°，單個鉆孔長度245 m。井下采場鉆孔，為保證鉆孔內砂漿流動順暢和充填期間空區排除氣體，鉆孔傾角應在30 °以上，并且必須設置排氣孔。在巖石不好的情況下應在鉆孔內下套管，防止孔內掉渣堵塞鉆孔。平巷充填管與鉆孔連接時應考慮連接三通作為空區充填排氣裝置。

充填前需要在中段底部穿脈巷道口處建立鋼筋混凝土隔墻。井下充填擋墻鋼筋混凝土澆灌，厚度為1.2～1.5 m。充填擋墻澆灌時選擇巖石穩固性好、斷面小、易于排水的部位。井下充填擋墻用磚砌筑，厚度大于1.5 m，墻體四周應該砌筑在巷道壁內，擋墻中間距底板0.3m處預留濾水管。

3.2 采空區封閉治理方案

對于獨立的空區采用封堵墻封閉治理。封堵墻采用混凝土結構，用單層鋼筋編網，鋼筋網采用Φ12 mm的圓鋼編制，網間距250 mm，采用6#鋼絲捆綁。巷道四周均布8根錨桿，錨桿采用Φ18螺紋桿，長度1 m，錨桿端部與鋼筋網焊接，焊接長度400 mm，鋼筋網置于墻體中間，墻厚1500 mm。混凝土采用國標GB175-1999普通硅酸鹽水泥，沙子細度2～2.5 mm，含泥量不大于6%，石子采用10～20 mm的顆度，混凝土配比，水泥：沙：石子=1∶1.27∶2.85，強度達到C20以上。

3.3 采空區監測系統方案

礦山形成了大量的空區。雖然采取充填和封堵的治理措施，但封堵空區依然可能會發生塌陷，鑒于其突發性和復雜性造成的嚴重后果很難預料，應建立完善空區地壓活動監測系統，及時掌握空區圍巖地壓活動狀態，掌握空區塌陷征兆及塌陷前巖石聲發射信號特征，便于準確預側和預警，避免空區地壓災害造成重大的生命和采充損失。

井下監測網通過布置在-85 m水平的監測硐室的監測系統，用光纜與地面進行聯網，采用地面控制的自動化網絡技術進行實時監測，監測數據在地面同步分析，以便及時發現問題并采取相應的對策措施。此方法為先進的網絡控制監測方法，針對大范圍的地壓監測具有一定的優勢。

經充分考察和應用現場調研，監測系統采用國內比較先進的STL-12多通道聲發射監測系統，該系統共計布置了12個傳感器，分別布置在-85 m和-130 m水平采空區附近，其中-85 m水平布置6個，編號1-6傳感器；-130 m水平布置了6個，編號為7-12傳感器。在-130 m水平設有井下監測硐室，負責所有傳感器的數據采集，所有探頭均與井下數據采集站連接，然后由井下數據采集站經光纜傳送至地面的監測機房。

4 采空區實施進度安排與組織管理

結合礦山的實際情況，開展采空區治理工作，采空區的治理過程兼顧殘礦回收，采空區治理時間約需要30個月。

空區治理工作，要求礦山委托有相應施工資質的單位進行施工，施工前按組織機構建立項目部（如圖1所示），按要求配備施工人員（如表1所示），并進行施工組織設計。礦長應組織礦山相關技術人員，成立采空區治理工作組，由礦長任組長，副礦長任副組長，做好分工，和項目部密切配合，按要求，保質保量的完成采空區治理工作。

5 采空區治理安全對策

5.1 井巷方面的安全防范措施

在處理采空區時，在進入巷道之前，必須先采用局扇進行強制通風，防止污風、有毒氣體聚積。先排干巷道內的積水、清除污泥。先了解井巷本身的穩定情況及周圍構造物、井巷、采空區等的分布情況，確認安全方可施工。

對巷道周邊的浮石應即時清理，對不穩定的巷道應采取臨時支護，對已塌方、清理工作量大的地段進行砼支護，必要時可在影響區以外開鑿繞道進行聯接。

對不利用的巷道、硐室應進行導水、封閉。封閉連接采空區的通道之前，入口處應設有明顯標志，禁止人員入內。

5.2 地表塌陷區管理的安全措施

地表構筑物應布置于井下開采移動界線以外，并要求生產過程中進行地表監測，發現隱患應及時處理。礦山生產時，特別是在雨季，應加強地面工業場地邊坡的監控，防止場地周邊的岸堤崩塌、滑坡，對設備和人員造成傷害。與地下開采相對應的地表錯動帶范圍，要立樁標定邊界，防止人員設備進入。

5.3 地壓管理方面的安全防范措施

利用礦山目前所建立的井下地壓監測預報體系，掌握采場地壓活動規律。對地壓活動頻繁，巖體穩定性差的地段，應先采取加強支護，在保證安全的條件下進行工作。礦山要加強對各分層空區的頂板進行監測，發現異常及時采取應對措施。

5.4 其它措施

為了保證安全，改善工人的勞動條件，施工中必須執行“安全第一，預防為主”的方針，礦山建設過程中必須貫徹安全衛生“三同時”，加強安全防范和通風除塵等衛生防護工作。

采空區處理項目施工過程中存在的危險、有害因素較多，主要有坍塌、機械傷害、高處墜落事故、中毒、引發次生地質災害等事故。預防事故的主要措施有：采空區治理工程施工前要編制采空區治理工程施工組織設計，對職工進行安全培訓教育，提高工人的安全意識；人員進入采空區的巷道要進行敲幫問頂，清理巷道幫頂板浮石；人員進入采空區之前要進行有效通風，防止采空區缺氧發生窒息或中毒事故；充填料在運輸過程中要加強提升運輸管理工作，卸倒廢石點要有支擋設施，以防跑車；在采空區治理工程中對于采空區頂板有構造裂隙發育帶和巖石風化的地方要加強頂板管理和支護，以防在治理過程中局部冒落等次生災害發生。對采空區頂、幫板管理施工單位要形成日常管理制度，每天派有經驗的專人進行安全檢查并做好安全記錄，發現問題及時處理，防治頂、幫板冒落事故的發生；井下在一些關鍵的路口和位置應設逃生路線指示牌，各種標志和指示牌設計為涂有反光的熒光粉，在重要部位設有良好的照明和警示燈；為便于礦山有關崗位對內對外通訊聯絡、傳遞信息，各施工地點、辦公室等地方設置電話，統一接入地方通訊系統。

礦山應建立和健全安全生產管理制度和安全規程，落實各級領導安全生產責任制和崗位人員安全產責任制，明確主要負責人、管理人員和各崗位作業人員的安全生產責任。采空區治理施工前要應建立應急救援組織，按《生產經營單位安全生產事故應急預案編制導則》AQ/T9002-2006編制應急預案，配備應急救援設備、物資，定期演練，與就近的專業救護組織簽訂救護協議。

6 結語

通過采空區治理工作，查清礦山范圍內采空區的狀況，編制采空區治理方案，利用將近兩年的時間，完成對老采空區隱患治理，消除已存在采空區隱患，促進企業建立和完善采空區長效管理制度，實行邊開采邊處理，從源頭上控制新采空區安全隱患的出現，有效遏制由采空區隱患導致的安全事故發生，對類似礦山空區治理有借鑒和指導作用。

參考文獻

[1]胡家國，馬海濤.鐵礦采空區處理方案研究[J].中國安全生產科學技術，2010，6（5）：67-70.

[2]趙金剛，孫忠弟，張志沛.淺析多層采空區的塌陷機理及發展因素[J].地下水，2010，32（2）：158-161.

[3]周王貞.“三帶”理論在確定金屬礦山安全回采上限中的應用[J].采礦技術，2008，8（5）：47-48.

[4]吳兆營，薄景山，杜國林.采空區對地表穩定性的影響[J].自然災害學報，2004，13（2）：140-144.

[5]曾開華，張國鋒，楊曉杰.門頭溝多層采空區地基穩定性及變形預測研究[J]. 中國礦業，2010，19（10）：87-90.