中小型金礦山采空區處理方案

王先鋒

摘要：以某典型中小型金礦山的采空區為研究背景，結合空區特點提出了封堵治理方案，礦山嚴格按著設計方案進行操作，可以滿足安全要求，對類似礦山有一定的指導作用。取得以下結論：（1）總結分析了礦山開采空區現狀與地質及水文開采技術條件。（2）對現有采空區的安全隱患進行了分析評價。（3）提出了在地表修建護欄網、井下廢棄巷道進行封閉等措施的空區處理方案。（4）制訂了封堵過程中安全技術措施，并從地壓管理、通風等方面給出了安全防范措施。

關鍵詞：中小型 金礦 采空區 處理方案

中圖分類號： TD853 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（a）-0175-02

1 山采空區現狀與開采技術條件分析

1.1 礦山空區現狀

某中小型金礦山，采區內共發現金礦（化）脈25條礦脈，其中②、③、⑤號礦脈規模較大。礦體平均厚度0.22～1.03 m，傾角50°～61°。該礦在早期進行過露天民采，露天開采結束后又進行過地下開采，采用豎井-盲斜井開拓，240 m中段以上大部分已經形成了采空區，目前在420 m、440 m中段還有局部地段在進行零星開采，礦山已在210 m、180 m、150 m中段做開拓工程。

礦山已開采多年，采礦方法為沿巷道式淺孔留礦法開采，240 m以上采空區分布較廣，呈不連續狀，采空區大小不等，最大的采空高40 m，采空高2～40 m不等，大部分在15～20 m之間。240 m中段，礦塊長度40～50 m，礦塊高度不等基本為10～30 m，間柱寬6 m左右，采用脈外巷道，每隔8m設一條采礦進路，采用人工裝礦。礦山采取封堵和充填措施對340 m、380 m、400 m中段采空區進行了處理，充填材料為下部掘進和采準產生的廢石，其它中段均為封堵式處理。該次方案設計是針對已處理的采空區處理措施進行完善，并對240 m中段以下開采后的空區提出處理措施。

1.2 開采技術條件

礦體圍巖為變閃長巖，極限抗壓強度6～8 MPa。礦體圍巖因風化作用，近地表巖石裂隙發育，巖石力學性能降低，巖石穩定性差，深部巖石節理、裂隙不發育，巖石完整，致密堅硬，力學性能很高，巖石穩固性較好，工程地質條件屬簡單類型。

巷道內未見涌水現象，見有滴水、滲水。采礦時地下水全部匯集到水倉之中，然后通過水泵將水直接排出井下采場，水文地質條件屬簡單類型。

2 采空區安全隱患分析

2.1 240 m中段以上采空區安全隱患分析

該礦山已開采多年，240 m以上其存在的采空區暴露面積時間較長，地壓將不斷增加，會出現采空區局部冒落、礦柱變形破壞、相鄰作業區采場維護困難等地壓現象，有可能從高應力（特別是拉應力）部位或巖性較差、地質結構發育部位為突破口，發生大面積突發性冒落和巖石移動，給下部生產和安全帶來嚴重后果。

2.2 240 m中段以下采安全隱患分析

240 m下部礦體開采時的主要危害因素是來自240 m以上存在的采空區，一旦上部采空區發生大面積突發性冒落和巖石移動，給下部生產和安全帶來嚴重后果。因此只有處理好上部采空區以后，才能開采下部礦體。

礦山采用淺孔留礦采礦方法，該方法屬于二步驟回采法，即礦塊劃分為礦房和礦柱。礦柱是用來限定采場頂板的暴露面積，維護采場地壓的。一般先采礦房，后回采礦柱并同時處理采空區。

3 采空區處理方案

針對礦山開采狀況，設計通過對新老采空區的大小、分布特點結合地區的地質條件，確定對采空區均采用封堵方式進行處理。

3.1 老采空區處理方案

礦山原有井下各中段采空區規模均較小，并呈不連續狀，對空區起到了支撐作用，由于礦體厚度較薄，形成的采空區寬度較小，待采空區內上盤巖石自行冒落后可充填采空區。開采結束后必須對所有能進入采空區的通道進行封堵，封堵墻采用鋼筋磚混結構，厚度不得小于1.0 m，底部設置泄水孔，并設置警示標志，禁止人員進入。為保證安全生產，原有井巷工程均不再利用，采取封閉處理措施。

3.2 240 m中段采空區處理方案

礦山在開采240 m以下礦體時，首先需要處理240 m采空區，處理方式與上部一樣，仍采用封堵的方式處理，在做好治理采空區的同時，做好240 m采空區的密閉工作。

一般傾角為急傾斜的礦體需要在巷道內鋪設緩沖墊層，以緩解突然坍塌產生的沖擊波危害，由于該礦為傾斜礦體，塌落的頂板巖石只能在礦房內產生堆積不會對巷道產生沖擊，因此對下部生產不會產生影響。

240 m中段是下部各中段的運輸樞紐地區和回風巷道，在該中段有盲斜井的絞車硐室、車場等工程，需要長期保留該中段巷道，因此該中段開采結束后，要及時封閉各采場進路，以阻擋廢石，保障240 m平巷的暢通。在開采結束后的礦房內充填廢石，充填材料由下部中段開拓、采準產生的廢石形成，這樣即解決了井下廢石的運距，又解決了地表存放廢石的場地。空區處理完成后，在封堵墻周圍設立顯著的警示標志，禁止人員進入，避免造成人員傷亡和設備損失。

3.3 240 m以下新采空區處理方案

240 m以下有3個生產中段，即210 m、180 m、150 m，根據礦體賦存條件及礦山多年的生產經驗，采礦方法仍采用淺孔留礦法采礦。由于該礦礦體較薄，開采結束后的空區形狀狹窄，即跨度小，段高不大，這種地下空間產生頂部垮塌現象較少，特別是對于豐寧地區工程地質條件較好的金礦巖層，根據礦山對上部采空區已采取的治理措施經驗，因此井下仍采用封堵式方法處理采空區。

這種狹窄空區若是垮塌首先是兩邊墻松散塌落，而邊墻塌落后體積松散1.7倍，即邊墻塌落1.8 m即可充滿3.0 m的空區，然而這樣地表大面積的塌落幾乎不存在，但為了安全，可沿地表塌落界限設置欄網，并樹立警示標示，嚴禁人員進入空區塌落范圍，地表設截水溝，防止地表水匯入。

4 空區處理安全措施

4.1 處理采空區時采取的措施

封堵之前應將空區內積水排出，封閉采空區至生產區的所有通道。疏通采空區，將空區與地表或上部老區聯通，引導沖擊氣浪向無害處瀉出，采空區與通地表的廢棄豎井聯通，以達到聯通采空區的目的。對需要封堵的采空區內留有巖石充填，采空區內的充填材料為深部掘進時產生的廢石。

設計推薦的采空區封堵墻需達到1.0 m厚，采用鋼筋混凝土結構，施工時在巷道底板及兩壁掘防倒槽，防倒槽深度為100 mm，封堵墻砌在防倒槽內，以防止封堵墻倒塌。

空區處理完成后，需在各中段封堵墻周圍設立顯著的警示標志，禁止人員進入，避免造成人員傷亡和設備損失。

回風井附近的采空區采取充填廢石的方式進行處理。通過采空區的利舊井巷工程必須保留礦柱或砌筑人工保護柱，使其與采空區隔離。

4.2 安全技術措施

企業要嚴格按照采空區處理技術方案執行，嚴格按照設計進行施工。處理采空區施工前，必須測量詳細的空區現狀圖，根據采空區實際情況和處理技術方案編制采空區處理施工圖設計，并按照施工圖設計進行施工。對于空區圖紙要做好存檔。

特殊崗位工種需持證上崗，嚴禁無證人員上崗作業。工程施工過程中，要有完整的施工安全記錄和工程質量記錄。施工隊伍要配備專職安全員，負責工程施工中的安全檢查和監督。

施工期間，制定詳細的施工方案，采取有效的安全防護措施，降低對周邊環境的影響。無關人員禁止進入封堵場地內。企業要安排專職水文地質人員，收錄井下水文資料，尤其雨季要每天觀測礦井涌水量，以根據實際需要調整排水設備。

井上下通訊必須暢通，在雨季時候如果井下涌水異常，或者遇見暴雨天氣，及時通知井下人員升井。礦山在處理采空區時，需要將廢石從上部中段充填至下部礦房中，施工過程中要注意安全，防止在傾倒廢石時發生被礦車拖拽、牽掛的事故發生。

4.3 采空區處理過程中的安全防范措施

治理過程中需要利用部分老巷道，老巷道中存在毒氣聚集，將對人身安全造成危害；施工過程中，將出現采礦浮石、粉塵、噪聲等對人身健康與安全的危害。體中構造帶節理裂隙發育地段，巷道掘進過程中可能產生冒頂、片幫等，危害人身安全。通風系統不暢時，局部有害氣體富集，將對人身安全造成危害。爆破后，井下通風時間未達到30分鐘以上，可能造成炮煙中毒。該礦上部存在的老窿，存在時間較長，各地段積水情況不詳，在進行空區治理過程中應采取防老窿、采空區突發水措施。

（1）檢查老采空區時的安全防范措施，進入老巷道前，必須先采用局扇進行強制通風，防止污風、有毒氣體聚積。進入老巷道前先排干巷道內的積水、清除污泥。進入老巷道之前，應首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，廢舊井巷內的空氣成分，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。對不利用的巷道、硐室應進行導水、封閉。老巷道中嚴禁使用明火。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。對于已經采取封堵措施的老巷道嚴禁開通。

（2）地壓管理方面的安全防范措施，對礦柱、采空區和地表進行監測。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。礦山加強對各空區的頂板進行監測。發現異常及時采取應對措施。

（3）通風面的安全防范措施，掘進工作面和通風不良的采場必須安裝局扇和風筒；人員進入獨頭工作面之前必須開動局扇，獨頭工作面有人作業時局扇必須連續運轉；采取壓入式通風時，局部通風的風筒口與工作面的距離不超過10 m；風筒應吊掛平直、牢固，接頭嚴密。

（4）處理后地表安全防范措施，加強作業地點的地壓監測工作，對重大危險源點以及人員經常出入的地段定期監測，并定期做出穩定性分析及冒落預報工作。空區處理完成后，需在封堵墻周圍設立顯著的警示標志，禁止人員進入，避免造成人員傷亡和設備損失。在地表設立塌陷范圍，并設立明顯標志范圍，組織有關人員對可能產生的塌陷范圍定期觀察。在塌陷范圍設立排水溝，雨季時及時排除地表積水，以免滲入井下。

（5）處理后井下安全防范措施，開采210 m中段時需在與240 m中段留有隔離礦柱，隔離礦柱厚度應大于8 m。開采結束后即對采空區進行廢石充填處理，充填材料來自于下部掘進產生的廢石。礦房開采結束后，及時充填和封堵采空區，以控制壓力轉移和頂板應力集中，防止圍巖大面積突然崩落時產生的氣浪對生產區巷道、設備和人身造成傷害。嚴格遵守所選用的采礦方法參數，留足和維護好頂柱與間柱，堅持合理的開采順序。

5 結論

采空區治理是一個綜合的系統工程，本文針對現有空區特點，采取了在地表修建護欄網、井下廢棄巷道進行封閉等措施，對空區進行綜合治理，礦山嚴格按著設計方案進行操作，可以滿足安全要求。

參考文獻

[1] 盧宏建，甘德清.鐵礦床滯留采空區穩定性綜合分析模型[J].金屬礦山，2013，441（3）：62-65.

[2] 盧宏建，李占金，陳超.大型滯留復雜采空區穩定性監測方案研究[J].化工礦物與加工， 2013，42（2）：28-32.

[3] 付建新，宋衛東，杜建華.金屬礦山采空區群形成過程中圍巖擾動規律研究[J]. 巖土力學2013（34）：508-515.

[4] 郭力，何朋立.采空區充填效果的隨機規律研究[J].金屬礦山，2013（4）：36-39.