采空區充填接頂控制措施及效果監測

楊岳陽，毛建華

(1.柳州華錫有色設計研究院有限責任公司，廣西 柳州市 545000；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

0 引言

地下礦山開采過程中會產生大量采空區，空區的存在會對礦山井下安全生產產生威脅，同時有可能導致地表塌陷，造成安全問題和地面生態環境破壞。隨著安全和環保要求的提升，充填采礦法在礦山得到越來越廣泛的應用。充填采礦法能較好地適應各種條件下的礦體開采，具有礦石回采率高、貧化率低，地壓易于控制等優點。但充填采礦法能否有效控制地壓問題與其充填接頂效果有直接關系，充填接頂效果是評價充填效果優劣的重要因素之一，如何采用相關技術措施，使充填采礦法實現良好的接頂，是解決此類問題的關鍵。本文針對充填接頂技術問題，分析總結了相關的優化技術措施，并對采用技術措施優化充填的礦山井下進行實例監測，評判其充填效果。

1 影響充填接頂效果的因素

1.1 充填料漿沉降

充填料漿在向空區充填的過程中，大顆粒的充填料沉降速度相對較快，充填料漿因此產生分層離析現象，并產生水離析在充填料上部，當水排除后就會與頂板產生相對距離。另外，充填料固體間的水在滲透排出后，充填體沉降，也會降低接頂效果。

1.2 自流坡度的影響

自流充填充填料會產生自流坡度，此時充填料漿從出口接頂的過程受坡度影響，在充填采場邊緣等局部位置不能實現接頂。

1.3 不規則頂板影響

空區形狀各不相同，頂板也是如此。在充填過程中充填料漿單點下料，自然堆積成形，而空區及頂板屬于不規則形狀，部分區域必然存在未能充滿的問題。

1.4 充填井布置影響

充填井若不在頂板的最高位置，就會使采場空區部分位置較高的區域無法充滿，距離充填井較近的區域充填接頂狀況較為理想，距離充填井較遠且較高位置的區域則無法實現有效接頂。

1.5 人的影響

人的影響是充填接頂過程中最為主觀的因素，也是一種人可主動控制的因素，主要包括充填工人的操作熟練程度、操作技術水平、充填相關管理人員的管理水平、充填工藝中充填時間控制水平等等，這些均會對充填接頂的好壞產生影響。

2 充填接頂效果提升技術方法

2.1 人工接頂方法

人工接頂主要應用于緩傾斜礦體開采中，主要采用的方法是把最后的充填分層劃分為若干分條，對每一分條充填接頂時，預先設立模板，并隨澆注體逐漸加高，在充填料靠近頂板時（約 0.5 m）使用塊石或碎石接頂的方法。此作業方法使人工勞動消耗巨大，且效率較低。

2.2 優化充填料漿

充填料漿的相關參數比如充填料粒徑分布、透水性、流動性等都會對實際充填接頂效果產生影響，因此，應根據礦山實際，選擇適合實際的自然沉降小、透水性強同時具有一定流動性的充填料漿，使充填料各指標性能實現綜合最優。

2.3 多點下料

在單通路充填時，充填料漿在距離充填井較近的區域充填效果相對較好，對距離較遠的位置往往會出現局限性。按照一定的先后順序，采用多點管道充填能夠有效提高充填接頂效果。

2.4 加強脫水效果

為保障充填料漿具有一定的流動性，充填料漿中會含有部分水，致使充填過后往往有積水，為保障有效接頂，需要將水排出，一般采用濾管排水或水泵抽水的方式。

3 充填接頂監測實例

實例監測礦山位于廣西壯族自治區大廠礦區，該礦目前主要開采92號礦體，該礦體為緩傾斜厚大礦體，位于已經充填完畢的91號采空區下部，兩礦體重疊區域有圍巖隔開。92號礦體原采用崩落法，因安全、環保要求，采礦方法由崩落法逐漸向充填法轉變，以有效抑制巖體應力破壞和巖層內部移動引起的地壓活動，目前礦山產能約140萬～160萬t/a。

3.1 充填接頂質量控制方式

礦山根據實際情況，采用有利于接頂的充填方案，就能從根本上保障充填接頂效果。

實際實施過程中，為了保證充填效果，首先統計充填量，估算空區初始和結束資料，對不明空區充分估計，事先對周邊空區進行分析，避免可能出現的充填料跑漿，在充填過程中觀測漏漿情況，監測充填體頂部位置。

充填時，從有一定坡度的采空區頂板上方通過充填井或鉆孔，將充填管直接導入空區最上部進行充填，通過充填料漿自流，保持充填體與采空區頂板大面積接觸。對于部分接頂的充填體，如果還有空隙可加注充填料漿，直接從上方灌注流動性好的料漿加強接頂。當充填井不在空區最高點時，則高于充填料口以上的區域視為未接頂，可采用壓力泵將充填料漿擠入，同時迅速堵塞充填口。

3.2 充填接頂情況監測

充填接頂情況監測可采用諸多手段，其中包括鉆孔觀測法、聲-光-電-磁相關的物探法（聲波法測試接頂或淺震法測試接頂）等。結合礦山實際條件，本文選擇經濟適用且直觀的鉆孔觀測法對礦山充填接頂情況和充填效果進行監測、評估。

針對礦山編號T611和T610采空區充填接頂情況進行檢測，在充填體上方利用充填口或充填轉孔直接采用鉆孔窺視儀的檢測方法觀測探查。

前期對T611和T610采空區進行尾砂膠結充填后，因T610東部充填井已滿，在455 m中段T610和T611采場頂部向下施工Φ90 mm充填鉆孔，如圖1所示。為了掌握充填質量和穩定性，便于地壓管理和下一步開采，對接頂情況進行觀測，利用鉆孔窺視儀（微拍及遠拍）探測充填體接頂狀況，包括充填體頂板空隙和空區頂板垮落情況。

圖1 充填鉆孔位置

實際觀測中，455 m中段下方T610鉆孔觀測充填體接頂情況見圖2，455-206#東盤區邊部空區鉆孔1觀測空區及垮落體接頂狀態見圖3。

圖2 T610鉆孔觀測充填體接頂鉆孔現場觀測照片

圖3 455-206#東盤區邊部空區鉆孔觀測照片

現場通過充填孔觀測，發現大部分已接頂，未接頂區面積較小，除頂板局部垮落體少量堆積在充填體北面外，可見充填體頂平整，距離頂板約1.5 m，整體接頂效果較好。

4 結語

伴隨著礦山環保和安全要求的提高，充填采礦方法在礦山應用越來越廣泛，而充填接頂效果是影響充填質量的重要因素。本文對影響充填接頂效果的各影響因素（充填料漿沉降、自流坡度、頂板形狀、充填井位置）等進行了分析，進而提供了提高接頂效果的各種技術方法，并以廣西采用充填采礦法的某礦山為實例，針對礦山實際情況采取相應的充填接頂技術進行充填接頂控制，為檢測充填接頂效果，采用鉆孔觀測法對接頂效果進行監測，結果顯示采取措施后充填接頂效果良好。