紫金山金銅礦復雜層群采空區綜合處理過程控制因素

2016-08-01 12:22:01申其鴻

現代礦業 2016年6期

申其鴻

(紫金礦業集團股份有限公司紫金山金銅礦)

申其鴻

(紫金礦業集團股份有限公司紫金山金銅礦)

摘要針對紫金山金銅礦前期由于礦房法開采留下的復雜層群采空區的特點，對該類采空區“崩落+充填”綜合處理過程的控制因素進行了分析，得出采空區處理與其上部采場作業互不影響的安全隔離層厚度、采空區處理開始時間、確保邊坡穩定性的安全距離，為地下轉露天安全開采控制提供參考。

關鍵詞采空區綜合處理控制因素安全距離

在我國，由于大量使用空場法采礦，形成了大量的、不明的、未處理的層群采空區。在具有復雜性的層群空區條件下，為實現礦柱的充分回采及確保礦山安全生產，許多礦山被迫由地下開采轉為露天開采[1-2]。近年來，大量學者在地下轉露天開采中的采空區處理方法、空區頂板安全隔離層厚度分析、空區處理影響下露天邊坡穩定性分析[3-8]等相關過程的控制因素進行了深入研究，成果豐碩。如甕福磷礦穿巖洞礦段由地下轉露天開采過程中，針對穿巖礦段地下采空區的分布特點，采用巷內強制崩落充填采空區、強制放頂處理采空區、頂板覆巖硐室爆破法強制放頂處理采空區，成效顯著；洛陽欒川鉬業集團股份有限公司三道莊礦區，結合露采生產穿爆工藝對地下采空區進行處理，即在生產過程中根據地下采空區的賦存規模、大小及其狀態、巖性條件、頂板高度等具體情況，采用崩落空區頂板、側向水平(傾斜)鉆孔爆破、VCR法拉槽等方法處理空區，達到了消除隱患的目的。本研究針對紫金山金銅礦多層群空區的特點，綜合考慮其消除空區隱患、地下轉露天開采平穩過度及最大限度回收礦柱資源的目的，采取“低品位礦石充填+460m中段空區”與“崩落隔離礦柱充填+520m中段空區”的綜合處理方法，對空區處理過程中的控制因素進行探討。

1工程概況

紫金山金銅礦是一個特大型上金下銅的共生礦床，金礦體產于600m標高以上，為減少生產成本，金礦體采用露天開采，銅礦體采用地下開采，開采范圍主要為460、520m中段。隨著生產的進行，露天采場標高的不斷下降，地采遺留的采空區對露天開采帶來了嚴重的安全隱患，已成為制約礦山發展的一個重要難題。同時，為綜合利用紫金山銅礦資源，提高礦山生產能力，在目前地采無法實現銅礦表外礦充分回收的情況下，要實現對100m標高以上銅礦體進行露天開采，須對460，520m中段的采空區進行綜合處理。

該礦山地下采用階段空場法開采，停采后遺留的采空區特征為：①單個礦房采空區形狀規整，近似長方體，規模較小(<10萬m3)，中段采空區規模大，達到數百萬立方米，空區內礦房間隔分布，長邊近平行(圖1、圖2)；②采空區的上部為露天采場，當露采標高下降至一定高度時，在采空區上進行生產作業存在安全隱患；③采空區的存在影響了地下轉露天開采的生產銜接以及最終露天大境界的實現。目前，該礦山地下已開采460、520m中段的部分礦房，在平面位置0#～15#線，共布置了100余個礦房，礦房寬15m，長度不一，最長達120m。460m中段已采礦房36個，采空區面積27 470m2；520m中段已采礦房55個，采空區面積約54 232m2；采空區總體積410×104m3。

2采空區綜合處理過程的控制因素

2.1礦區工程地質條件

該礦各中段采空區巖性主要為弱風化的中—細粒花崗巖，約占80%以上，局部可見隱爆角礫巖、英安玢巖和石英斑巖，主要呈脈狀或透鏡狀分布于中—細粒花崗巖中。采空區內節理裂隙以傾向30°～60°和60°～80°最為發育，傾角45°～80°，局部較緩，傾向延伸較大，走向與沿脈巷道近平行；傾向110°～140°或300°～330°及傾向140°～170°或330°～350°次之，傾角60°～80°，裂面陡而平直，沿走向和傾向延伸均較大，走向與穿脈巷道近平行。空區內節理裂隙較發育，在很大程度上破壞了巖石的完整性和連續性，是影響采空區圍巖穩定性的主要因素。根據巖石力學性質、質量指標、裂隙發育程度等指標(表1)判斷，該礦采空區礦體及其頂底板的圍巖穩固性為穩固—基本穩固。

圖1　520 m中段采空區分布

表1　采空區巖組性質參數

2.2采空區處理方案

常用的采空區處理方法有封閉、崩落、加固和充填4類[1]。紫金山金銅礦采空區處理的目的是：①控制地壓，消除安全隱患；②露天開采下部銅礦資源平穩過渡及合理回收礦柱。綜合考慮各因素，紫金山金銅礦采空區處理采用“崩落+充填”的思路，即用采場低品位礦石充填460m中段采空區，崩落隔離礦柱充填520m采空區，在該2個中段采空區充填完畢后，進行100m標高以上大露天境界開采[4]。

2.3采空區頂板安全隔離層厚度及開始處理時間

對于紫金山金銅礦采空區處理而言，留設露天采場作業與地下采空區處理隔離礦柱，有效解決了彼此相互影響問題，即保證在地下采空區處理過程中露天采場的生產不受影響以及通過一定措施保障露天采場邊坡穩定，同時保證了地下采空區處理的獨立性及安全性。目前計算采空區頂板安全隔離層厚度的方法主要有解析法、經驗法、數值模擬法[6]，該類方法的計算結果見表2。由表2可知：數值分析法計算充分考慮了各種外部因素，更符合實際情況。

表2　采空區頂板安全隔離層厚度　m

該礦地下空區最高標高為577m，留設35.4m后，露天開采最低標高為612.4m。依據露天開采設計和開采現狀，612.4m標高設置為露天采場616m臺階，此時留設的隔離礦柱厚39m，即在露天采場開采至616m臺階時，開始進行地下采空區處理。

2.4采空區處理影響下露天邊坡穩定性

趙蒙生等[8]結合該礦山采空區處理工藝，對采空區處理過程中其上部采場邊坡應力變化進行了分析，并采用了A-A、B-B、C-C、D-D等4個剖面對邊坡(圖3)進行了穩定性分析，認為坡腳與采空區的距離是影響上部邊坡穩定的關鍵因素，剪應力值和采空區與坡腳的水平距離成線性減小關系，邊坡與空區的安全控制距離為80m。邊坡腳與采空區的距離若不足80m，則應加強邊坡監測或對邊坡采取必要的工程措施。在采空區處理過程中應加強對采空區上部邊坡進行監測，及時掌握采空區上部邊坡的穩定狀況，確保邊坡安全運行及整個采空區處理的安全進行。