昭通铅锌矿_号矿带采空区治理技术研究.pdf

SerialNo . 477 January . 2009 现 代 矿 业 MORDEN M I NI NG 总 第 477期 2009年 1月第 1期 基金项目 湖南省自然科学基金项目 编号 06jj5084, 湖南教 育厅重点课题 编号 05A044 喻 清 1984- , 男, 江西临川人, 硕士研究生, 421001湖南省 衡阳市。 杨仕教 1964- , 男, 教授, 博士。 昭通铅锌矿 号矿带采空区治理技术研究 * 喻 清 1 杨仕教1 陶干强 1 贺昶友 2 杨海菲 1 1 . 南华大学核资源与安全工程学院 ; 2. 昭通铅锌矿 摘 要 采空区治理在预防矿山地质灾害中具有非常重要的地位, 为了实现昭通铅锌矿 号矿 带残矿的回收, 有效控制大范围的岩体移动, 维护山体的稳定性, 针对昭通铅锌矿号矿带的采空 区及地表塌陷区的情况, 提出了综合治理方案。治理方案实施后, 地质灾害得到了有效的控制, 环 境效益显著, 保证了矿山生产的正常进行, 也可为其它矿山采空区治理提供参考。 关键词 采空区治理; 稳定性; 残矿回收; 铅锌矿 中图分类号 TD853 . 391 . 2 文献标识码 B 文章编号 1009 -5683 2009 01 -0125 -03 早在 19世纪, 采矿活动导致地表移动与建筑物 破坏的现象就引起了人们的重视。近几十年来, 随 着我国采矿工业的迅猛发展和矿山安全生产的客观 要求, 使地表与岩层移动的科学研究获得了蓬勃发 展。处理和控制采空区的垮塌 [ 1 3], 避免地表及岩 层移动的空区处理是空场法采矿的必然环节, 是继 采矿方法、 回采工艺之后的生产工序, 也是矿山闭坑 或转型前的收尾工作。空区处理技术要求高、 难度 大, 一直是矿山岩石力学研究的重要课题, 也愈来愈 受到业内工程技术人员的广泛重视, 而且在一些矿 山作了有益的尝试, 提出了很多处理采空区的方 案 [ 4 , 5]。 云南省昭通市铅锌矿主矿带号矿带范围内持 续发生地表塌陷和山体开裂, 其根本原因, 是由于井 下古采空区和民采空区大量存在并垮塌而引起的。 为了使矿山持续、 稳定、 安全地回收矿产资源, 对采 空区进行了探查、 稳定性评价和空区处理进行研 究 [ 6], 提出了技术上可行、 经济上合理的采空区治 理方案。 1 工程概况 云南省昭通市铅锌矿主矿带号矿带空区主要 在 910 814m 标高区段内, 910m 标高之上的空区 较少。 910m标高, 在 110 115线, 原掘有下盘沿脉 平巷, 但未布置采场采矿, 据初步了解, 原有下盘沿 脉平巷已经垮落, 现无法进入。在 896m 中段, 第二 类空区 矿山采矿活动形成的空区 比较多, 98 112线都存在。在 2005年 12月, 846m 中段 109采 场和 105采场顶板发生大面积跨塌后, 引起 896m 中段的采空区顶板垮塌, 使该中段运输巷道在 102 线附近被阻断。目前的情况是, 98 102线的部分 空区垮落, 已被废石 流砂 填满。102线以东的空 区因无法进入, 尚不完全清楚空区状态。但从物探 资料来看, 102线以东的空区依然存在, 且空区体积 较大。 846m 中段空区分布在 98 114线。 100 104线的 109采场和 105采场空区已垮落并被废石 填满。100线以西的空区体积较小, 尚未垮落。 104 线以东的空区较大, 以 115采场空区最大。 98线以 西存在一个体积约 2 10 4m3 的空区。据采空区探 测结果, 估算空区体积为 564 903m 3。 2 空区治理方法 2 . 1 空区治理目的及思路 为了使采空区治理工程顺利实施和巩固采空区 治理的效果, 需要采取一些相应的配套工程技术措 施, 以避免形成新的空区和对已经充填治理的空区 产生扰动、 破坏。空区治理目的 维护山体的稳定 性; 保障矿山下一步的采矿生产安全。前者需要 经过较长时期的综合治理才能达到目的, 后者则相 对容易些。完全先治理后生产或完全边治理边生产 的观点均欠妥。目前的情形是, 大量采空区的存在 已经危及到井下采矿生产的安全, 必须将采空区治 理到可以保证安全生产的程度。如果先将采空区完 全处理完再生产, 可能需要 2 3a的时间。况且, 上 部采空区治理与下部生产的关联不大。因此, 在某 种程度上, 上部采空区治理与下部采矿生产是可以 同时进行的。采取的思路是 先对部分空区进行治 125 理, 以满足安全生产的要求, 然后空区治理和生产同 时进行。 2 . 2 空区治理方法选择 空区治理的方法基本上有 3种, 即封闭法、 崩落 法和充填空区, 各自的使用条件如下。 1封闭法。在通往采空区的巷道中, 砌筑一 定厚度的隔墙, 使采空区围岩塌落所产生的冲击波 或冲击气浪, 遇到隔墙时能得到缓冲。 2崩落法。采用爆破的方法崩落采空区上盘 围岩, 使岩石充满采空区或形成缓冲岩石垫层, 以改 变围岩应力分布状态, 达到有效控制地压的目的。 崩落法处理采空区的先决条件是地表允许陷落或移 动。 3充填法。将采空区的部分或全部用充填材 料进行填充处理。由于空区围岩受到充填物的阻 挡, 可以缓和已经受到破坏的围岩进一步移动或冒 落, 从而防止更大范围的围岩破坏和减少地表的下 沉。用充填的方法处理采空区, 成本较高。 根据昭通铅锌矿实际情况, 号矿带空区治理 方法以充填为主、 封闭为辅。体积较大的空区使用 充填法处理, 封闭法用于分散或孤立的小空区。处 理号矿带的采空区时, 遵循由西往东、 由下而上的 优先顺序原则, 通过采矿方法技术改造、 建立人工混 凝土隔离矿柱、 建立岩层移动和变形监测系统等配 套工程技术措施, 保障空区治理的效果。 3 号矿带空区治理方案 3 . 1 基本思路 到目前为止, 号矿带的开采标高大部分在 846m 水平以下, 局部地段到了 814m 水平。与之相 对应, 采空区标高大部分位于 1020 846m, 局部位 于 1020 814m。在垂直方向上, 对已有采空区分为 两期工程进行治理。第一期工程, 治理 910 814m 的采空区; 第二期工程, 治理 910m 水平以上的采空 区。 号矿带空区治理方案参见图 1 。 图 1 号矿带空区治理方案纵投影图 采空区治理第一期工程的基本方案是 在 910 814m区段, 主体采用废石充填, 控制该区段矿岩 移动, 保护洛泽河; 设计建成一套废石充填系统, 对 该区域内的空区进行充填; 对于局部孤立、 稳固的小 空区, 采用封堵空区通道的方法, 避免人员误入的危 害。采空区治理第二期工程的基本方案是 910m水 平以上空区采用尾砂充填, 将矿山选厂的尾砂用管 道输送到充填采空区和地表塌陷坑, 消除该区段采 空区安全隐患。 3 . 2 标高 910 814m间空区治理方案 910m水平是云南省昭通市铅锌矿稍高于洛泽 河床标高的主平硐; 814m 水平是目前 号矿带开采 作业最低的中段。在此区段内的采空区, 绝大部分 处于洛 泽河 河床 标高 以下 洛 泽河 河 床标 高 888m 。因此, 910 814m 的空区, 必须进行充填处 理, 避免空区垮塌, 确保洛泽河河床的安全。空区治 理方案设计在 910m 水平的主平硐, 掘进一条充填 平巷到达 号矿带空区下盘, 然后沿矿带走向掘进 126 总第 477期 现代矿业 2009年 1月第 1期 下盘沿脉充填巷道, 并在每条勘探线上掘进充填穿 脉与采空区相通。从竖井、 斜井提升到 910m 的基 建、 生产废石, 通过充填平巷运输到空区上方, 进行 空区充填。为了使废石到达 846m中段, 设计 846 910m的充填天井, 使从竖井 或斜井 提升到 910m 的废石通过该充填井到达 846m 中段, 再经过中段 运输平巷运输至采空区。 896 814m 的采空区治理, 在 910m 水平掘进 充填平巷和掘进 846 896m 充填井。据采空区探 测结果, 估算空区体积 509 903 . 5m 3, 由于空区内存 在一些矿柱和未被采出的低品位夹石, 且由于空区 垮塌或局部冒落, 空区内填充有冒落的废石, 加上部 分小空区采用封闭法进行处理, 故充填量按空区总 体积的 70 估算为 356 932 . 45m 3。 号矿带废石 充填方案 910m中段、 846m中段工程布置如图 2 、 图 3 。 图 2 废石充填 910m中段工程布置图 3 . 3 标高 910m 之上空区治理方案 通过采空区探测和采空区调查, 在 910m 水平 以上还存在着大量的空区尚未垮塌, 尤其在 106 114勘探线区域。估计空区体积约 5 . 5万 m 3。为了 避免这些空区垮塌引起地表地质灾害, 采用选厂尾 砂对 910m 水平以上空区进行充填处理。 1 910m 水平以上的空区充填, 设计将选厂尾 砂采用管道输送的方式, 沿中心硐中段到达各充填 地点, 以水砂充填的方式进行空区回填。充填量按 空区体积的 80 计算, 充填量 4 . 4万 m 3。 2对于地表塌陷坑、 大明槽, 设计用选厂尾砂 回填。即将选厂的尾砂用砂泵扬至塌陷坑, 将塌陷 坑填满。估算回填量 2 . 5万 m 3。 图 3 废石充填 846m中段工程布置图 4 结 论 利用尾矿进行地下采空区充填和回填地面塌陷 区, 已有许多矿山应用, 证明是一条变害为利、 综合 利用、 有效控制和消除地压危害、 保证矿山安全生 产、 改善地质环境和生态环境的有效途迳。 1该方案的实施不仅使采空区塌陷得到治 理、 保护环境, 而且有效的回收号矿带 98采场及 109采场残矿, 给企业带来可观的经济效益。 2由于空区体积大, 治理工程充填量大, 仅依 靠矿山采掘生产的废石无法满足空区充填的要求, 因此, 必须寻找新的充填料来源, 建议新建采石场, 以提供空区充填所需的废石。 参 考 文 献 [ 1] 丁金刚, 徐林荣. 某矿区号采空区治理 [ J]. 爆破, 2006 , 23 1 105 108. [ 2] 刘福春. 某铅锌矿大型采空区处理 [ J]. 采矿技术, 2007 , 7 2 21 24. [ 3] 高峰矿区 100号矿体采空区治理与地压监测研究 [ J]. 矿业研 究与开发, 2005 , 25 3; 18 20 . [ 4] 李好斌, 杨俊才, 田宝安. 采空区实例分析与治理 [ J]. 西部探 矿工程, 2005, 3; 125 127 . [ 5] 徐必根, 王春来, 唐绍辉, 罗 骋. 特大采空区处理及监测方案 设计研究 [ J]. 中国安全科学学报, 2007, 17 12 147 151 . [ 6] 孙国权, 李 娟, 胡杏保. 基于 FLAC 3D 程序的采空区稳 定性分析 [ J]. 金属矿山, 2004, 06 29 31. 收稿日期 2008-10 -12 127 喻 清 杨仕教等 昭通铅锌矿号矿带采空区治理技术研究 * 2009年 1月第 1期