采空区治理技术及其适用性.pdf

第 3 5 卷第 4 期 河北联合大学学报 自 然科学版 2 0 1 3年 1 O月 J o u r n a l o f He b e i U n i t e d U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n V0 1 ． 3 5 No ． 4 Oc t ． 2 01 3 文章编号 2 0 9 5 - 2 7 1 6 2 0 1 3 0 4 - 0 0 0 1 - 0 3 采 空区治理技术及其适用性 张海波 河北联合大学 矿业工程学院 ， 河北 唐山 0 6 3 0 0 9 关键词 空区治理 ； 采矿方法； 适用性 摘要 长期以来， 应用留矿、 空场等采矿方法开采的矿山， 空区没有得到及时处理， 相继发生 了顶板崩落和地表岩移等灾害。考虑到影响岩体移动的不同因素， 空区开采引起岩层移动将 显现不 同特征 ， 所带来的影响也不 同。 因此在 了解采 空区治理技术及适用性的基础上， 选择合 理的空区处理方法以减少引起 空区岩体移动产生的危 害具有实际意义。 中图分类号 T D 3 5 文献标志码 A 0 引 言 在采空区治理上 ， 国内外矿 山处理方法大致形成 了“ 崩、 封 、 撑 、 充” 几种方式 ， 即崩落 围岩、 封 闭和隔离 空区、 支撑 加 固 空区、 充填空区 J 。 ’ 但空区处理一直是一个复杂的问题 因为一个矿床开采技术条件在不同的矿体并不完全相 同， 空区的历 史的及近期 的技术状况也会存在差异 。一些情况下 ， 空区形成时间越长 ， 崩落 的可能性也就越大， 采动影响 活动范围也随之增大 ， 并出现下述情况 1 处理之前已形成部分崩落 ， 或者已经发生明显岩移 ， 给处理造成困难 ； 2 岩体已受到不同程度的破坏， 给布置深孔处理工程造成困难， 或打好的深孔受到破坏； 3 采动影响已向空区外 围发展 ， 不便选择强制崩落围岩所需井巷工程的位置， 或者需要增加工程量才 能满足空区处理的要求 ； 4 个别区段空区由于处理时间太迟 ， 不利于安全作业 ， 而影响全局的处理工程。大规模岩移未发生之 前进行空区的治理是很重要的。 空区形成之后的处理方案选择的原则、 方法、 程序， 以及影响选择空区处理方案的因素应满足以下要求。 1 技术经济合理； 2 安全可靠， 施工方便； 3 提高矿石回收率； 4 空区处理不能污染环境， 确保空区及 周边环境友好 、 安全。 1 充填 法治理 空 区 充填可以减小围岩和地表移动的幅度 ， 防止大面积地压的发生， 并有助于解决尾矿及废石的堆放问题 ， 和其它处理方法相 比， 充填处理空区可更好 的控制顶板岩层移动和崩落 ， 保护地表安全 ， 充填法可分为干式 和湿式充填两种， 采用干式充填时充填系统投资少 ， 简单易行 ， 但充填能力低 ， 多用于规模不大的中小空场的 处理。湿式充填流动性好， 充填速度快， 效率高， 多用于厚大空场的处理， 但需要建一套充填输送系统和设 施， 投资大， 其中胶结充填较水砂、 尾砂充填成本高。 主要适用于下述几个方面。 1 地表以及地下含水层绝对不允许大面积塌落或其上部有构筑物； 2 地 表积存有大量的尾砂或堆存尾砂有困难； 3 较密集或埋藏较深的矿脉 ， 采空区容易产生较大规模岩移和跨 塌 ； 4 矿石品位较高。 对已经形成的大面积采空区， 往往充填难于较全面的开展 ， 根据采掘现状 ， 空区分布状况 ， 地质构造弱面 分布 ， 按首充关键部位的原则确定充填部位和顺序 ， 一般可优先充填下述情况 1 保护地表和井下工程设施 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 ． 1 1 2 河北联合大学学报 自然科学版 第 3 5卷 的原则 2 空 区与回采作业区隔离的区段 3 地质构造面密集或地压活动频繁的地段 4 大的连续空区， 充 填后使空区变小或使空区分割。 ． 空区类型不同， 充填方法及其技术要求也不同。对于缓倾斜中厚以下空区的充填主要用尾砂或碎石水 力充填， 而当地表或控制围岩要求高时， 在提高充填密实程度的同时， 可在适当部位采用胶结充填或留一些 条带矿柱。总之在采用充填法治理采空区时， 一方面要从安全生产的角度， 另一方面要从经济的角度加以考 虑 ， 选用合理的充填材料和研究经济可行的工艺技术 。 2 崩 落围岩处理 空 区 用崩落围岩充填空区或形成缓冲岩石垫层 ， 以控制围岩压力 ， 转移或缓和应力集 中， 防止围岩大范围冒 落形成气浪对生产区巷道、 设备和人身的损害。和充填处理空区比较， 此法简单易行， 成本低。如能及时处 理， 并达到崩落要求的崩落范围和厚度， 可以保证生产安全， 并可以缓和直至解除应力集中。 崩落围岩的方法主要有强制崩落、 自 然崩落或者是二者的结合。当围岩稳固， 整体性好， 不能自然崩落 时， 采用爆破强制崩落围岩 ； 要求强制崩落需要以下几个条件 1 空区距地表较近， 强制崩落覆岩使之与地表连同， 崩落地表有助于减小下部空区处理工程量 ， 减小 甚至消除下部矿体应力集中。 2 空区距地表较远， 强制崩落围岩处理空区， 这种方式利于降低相邻采场的支撑压力。 3 局部或间隔强制放顶 ， 形成缓冲垫层或隔离带， 保护作业区安全。 4 垫层 的合理厚度是一个急需解决的问题 ， 在生产实践中， 一般不小于 2 03 0 r ll ， 不 同条件下所要求 的垫层厚度应该不同， 从 限制逸出的气浪速度和提高底柱的抗冲击能力出发 ， 垫层厚度和空区高度 、 冒落的 规模和特征 、 空区和空气逸出的巷道的面积 、 构成垫层的矿岩的块度， 压实程度 、 底柱强度等因素有关 。 对于开采急倾斜矿体形成的空 区， 一般采用局部强制崩落围岩形成足够厚度的岩石垫层处理空区。保 证第一次崩落围岩的质量 ， 形成需要的岩石垫层厚度。如垫层较薄 ， 上部空区不能 自然崩落时应补充强制放 顶以保证垫层厚度。 对于 自然崩落处理围岩处理空区， 需要掌握顶板 自然崩落的规律 ， 与顶板岩层性质 、 地质弱面的分布 ， 顶 板允许暴露的时间和面积大小、 崩落发展的过程和高度 ， 即采取相应 的诱导崩落措施。 3 利用永久矿柱支撑 空区 是指留下永久矿柱或构筑人工矿柱支撑空区顶板的空区处理方法。该方法仅适用于处理缓倾斜至中厚 以下 ， 地表允许冒落， 且顶板又相当稳定的空区。永久矿柱包括采场中的规则和不规则 间隔矿柱 ， 顶、 底柱 ， 为控制岩石移动而专门保留的盘区矿柱和隔离矿柱。在满足回采和空区处理要求条件下， 永久矿柱尽量留 在贫矿带或非工业矿带处。此法具有技术简单， 空区处理费用低， 条件适合而又正确选留矿柱时， 可以在 一 定时期和范围内保护地表。其适用条件为 1 水平及缓倾斜中厚以下矿体； 2 矿石和围岩很稳固， 地质 构造弱面较少 ， 否则矿柱 比例很大 ， 且难达到预期 目的； 3 矿石的价值和品位均低 ； 矿石品位分布不均， 可 将贫矿或岩石 留做矿柱 ； 4 空区规模不大或存在较大的非工业矿带 ， 可将空区分割为不连续小空区 ； 5 地 表无较重要建筑物和构筑物。 实践证明， 仅用矿柱支撑顶板， 只能暂时缓解采区的地压显现， 除非采出率极低， 一般并不能避免最终发 生 冒落或顶板冲击地压的发生。 4 隔离封闭采空区 是在通往采空区的巷道中， 砌筑一定厚度的隔墙， 使空区中的围岩崩落所产生的冲击气浪， 遇到隔墙时 能得到缓冲。疏通采空区是将空区与地表或上部老空区联通， 引导冲击气浪向无害处泄出。隔绝与疏通空 区即可以作为其他空区处理方法的一项安全措施， 又可成为一种独立的空区处理方法 简称隔绝法或封闭 法。这种方法适用于上覆岩层允许崩落、 空区体积不大且离主要生产区较远、 空区下部不再进行回采工作 等情况。对于较大空区的处理 ， 隔离只是一种辅助方法 ， 如密闭与运输巷道相通的矿石溜井、 人行天井等。 采用隔绝法 ， 一般采取如下措施 1 封闭空区至所有的生产 区的通道 ； 2 开 “ 天窗” ； 3 在适 当位置 第 4期 张海波 采空区治理技术及其适用性 3 留矿柱隔离空区； 4 留足够的矿岩垫层 ， 使空 区与下部生产区隔离 ； 5 垫层下生产区采用“ 封 闭式” 采准 布置 ， 矿块的采准、 切割、 落矿、 出矿等作业在空区隔绝下进行 ； 6 对空区和岩石垫层严密监控。 空区密闭的形式有下列几种 岩石阻波墙， 在需要构筑岩石阻波墙的巷道内， 用浅孔或深孑 L 将巷道两帮或顶板围岩剥落， 有爆破下来 的松散块石将巷道填满。 混凝土阻波墙 对需要重点保护的构筑物或主要运输巷道， 可用混凝土阻波墙， 它能有效地防止空区巨 大冒落产生的空气冲击破坏。 齿状阻波墙， 当需要定期检查空区状况， 可设置齿状阻波墙， 冲击波流过齿状阻波墙时， 所产生的部分入 射波或反射波相互作用 ， 强度可大大减弱 。 缓冲型阻波墙， 优点结构简单， 构筑快， 它本身带有孔口， 不影响巷道通风。 5 联合 法治理 空 区 采后所 留下的采场空间， 当用一种方法难以达到处理 目的时， 则采用两种或两种以上的方法来达到处理 采空区的 目的。例如用崩落法处理采空区时 ， 可在适宜的阶段内不回收矿柱 ， 不破坏围岩， 并对采空 区进行 充填 ， 作为下部开采的保护层 ， 以更好地安全生产 。此外 ， 还有支撑充填法、 崩落隔离法、 矿房崩落充填法、 支 撑片落法 、 切槽放顶法 J 、 切顶与矿柱崩落法等。 封闭隔离以及支撑加固围岩是被动处理方法， 常用的积极处理方法是充填法和崩落法。 但由于采空区 赋存条件各异， 生产状况不一， 有些采空区内采用一种空区处理方法又满足不了生产的需要， 必要时可以采 取联合上述几种方法， 如采用加固法与充填法联合、 崩落法与充填法、 矿柱支撑与充填法联合、 封闭隔离与崩 落围岩联合等。综合分析处理空区方案 的各种影响因素， 从中选出在技术上可行、 成本上合算、 安全性高和 总体效果好的空区处理方案 。 6 结 论 综上所述 ， 各类采空 区处理方法都有其特定的适用条件 ， 在特定 的条件下各有利弊， 联合法处理空区是 较有发展前途的空场处理方法， 容易根据矿山实际情况吸纳各基本方法的优点， 克服其局限性。 参考文献 [ 1 ] 刘彦宾 ， 冯煜彪 ， 贺富领． 浅谈非煤 矿山地下采空 区处理措施 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 1 0， 1 0 5 5 5 - 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