吳 義，王宗偉（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

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某鐵礦南西西掛幫礦采空區(qū)處理方案分析

吳 義，王宗偉
（浙江省隧道工程公司，浙江 杭州 310030）

【摘 要】某鐵礦南西西掛幫礦采用無底柱分段崩落法已開采至2 092m水平，分段高度12m。2 092～2 068m中段采準工程掘進中逐步發(fā)現(xiàn)采空區(qū)。本文介紹分析了該分段采空區(qū)處理的方案，以期在以后遇到類似的工程時供同行參考。

【關鍵詞】鐵礦；采空區(qū)；充填法；崩落法

1　采空區(qū)概況

本次發(fā)現(xiàn)的采空區(qū)沿礦體走向向上跨度大，平均采礦寬度寬，垂直方向上采高高度高，采空區(qū)總體規(guī)模遠大于2 092m上段發(fā)現(xiàn)和處理的采空區(qū)。

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)礦體上下盤礦巖界線分明，形態(tài)規(guī)整，變化情況小。礦體走向55～70°，傾向北西，傾角平均＞60°，屬急傾斜礦體，呈層狀、似層狀產(chǎn)出。14線以東礦體厚度為20～35m，以西為15±2m。礦體礦物成分主要為磁鐵礦，平均品位mFe＞18%，礦石主要以條帶狀構造為主。礦體靠近上盤因受節(jié)理較發(fā)育影響，穩(wěn)固性相對較差，靠近下盤則屬穩(wěn)固，上盤圍巖主要為角閃片巖、綠泥石英片巖、含鐵石英巖以及少量云母石英片巖，穩(wěn)固相對較差，下盤圍巖為角閃巖，穩(wěn)固性好，區(qū)域內(nèi)礦體工程地質(zhì)巖組均勻，巖體比較完整，工程地質(zhì)條件屬簡單類型。

1.2 工程施工現(xiàn)狀

2 080m、2 068m分段雖按初步設計進行了施工，但過程中遇采空區(qū)，故部分工程未進行施工(主要為分段脈內(nèi)回采巷)?，F(xiàn)已施工工程(沿脈運輸巷、進路等)大部分施工至各分段的15#進路附近，最遠的為2 080m分段掘至14線附近，離礦權界線尚有近百米。通過已有工程，基本上摸清了采空區(qū)的空間形態(tài)(2 068m分段14#進路以北東向)，但對于2 068m分段14#進路西至礦界約150m較長范圍內(nèi)的采空區(qū)來說，因受限于工程滯后，采空區(qū)形態(tài)尚待進一步詳細了解和控制。

各分段未完工程的施工應結合采空區(qū)詳細情況摸排處理方案，對下一步施工做出相應的調(diào)整或設計。

1.3 采空區(qū)空間形態(tài)

本次采空區(qū)形態(tài)的求得既有現(xiàn)場實際勘測，又有各分段一部分工程揭露與區(qū)域內(nèi)礦體地質(zhì)現(xiàn)狀相結合的理論推測，雖不盡準確，但有一定依據(jù)。關于采空區(qū)形態(tài)描述如下：

(1) 采空區(qū)底板。

略高于2 056m分段水平(＜2m)，整體采空區(qū)底板絕對標高為2 060.5±1m。

(2) 采空區(qū)頂板。

整體而言，采空區(qū)頂板呈上盤高下盤低的拱形或半拱形，拱高一般高于2 068m分段底板水平約5.5m，絕對標高約在2 077m，拱底標高約在2 074±2m。由于種種原因，采空區(qū)的頂板采礦后存在兩個問題：①頂板完整性被破壞，致使采空區(qū)偶有礦層冒落現(xiàn)象；②采空區(qū)局部塊段采高太高以至于影響上部分段(2 080m)正常的礦體回采作業(yè)，迫使該項作業(yè)出于安全因素考慮停產(chǎn)。

已發(fā)現(xiàn)和觀測到的類似塊段有：①2 068m分段14#進路部位的采空區(qū)頂板采空已接近2 080m分段底板水平，后已經(jīng)塌落連通；②2 080m分段16#進路下部的采空區(qū)采高已高于2 080m分段底板水平4m左右；③14線附近采空區(qū)頂板已和2 080m分段沿脈巷垮通，并上延至2092m分段的老采空區(qū)，與之聯(lián)通(見圖1)。

圖1　14線剖面圖

(3) 采空區(qū)邊幫。

采空區(qū)邊幫呈直立狀態(tài)，輪廓較為規(guī)整。

(4) 采空區(qū)寬度。

由于采空區(qū)邊幫直立，因此采空區(qū)同一部位各水平采寬也基本相同。以14線左右為界，其以北東采空區(qū)部分采寬為18～20m，南西采空區(qū)采寬則為15m。

(5) 采空區(qū)長度。

采空區(qū)自礦權界線開始沿礦體走向到2 068m分段9#進路，全長共260m。

(6) 采空區(qū)礦柱。

采空行為人在采礦和出礦過程中出于對安全考慮，也在相應位置預留了礦柱以將采空區(qū)分隔成幾個塊段，據(jù)采空區(qū)最大礦塊長度推算，整個采空區(qū)應有2～3個預留礦柱。

(7) 采空區(qū)殘留礦。

本采空區(qū)自揭露發(fā)現(xiàn)后，鑿巖爆破行為雖已結束，但采下礦石未完全出盡，在采空區(qū)發(fā)現(xiàn)后的半個月左右時間內(nèi)，采空區(qū)內(nèi)殘留礦石依然較多，主要為采空區(qū)落礦，其次為冒頂片幫落礦。

(8) 采空區(qū)總體規(guī)模。

采空區(qū)全長260m(不計礦柱)，平均寬度約17.6m，面積約為4 580m2，平均采高約16.5m(不計局部)，因此采空區(qū)體積約為75 500m3；

2　采空區(qū)存在的危害

該采區(qū)南翼掛幫礦體經(jīng)設計選用的是無底柱分段崩落法。因利益驅(qū)動，掛幫礦體常年遭受采礦并形成巨大采空區(qū)，這與設計采礦方法根本不同，而且對下部礦體開采造成極大安全隱患，給生產(chǎn)人員及設備帶來重大威脅。采空區(qū)存在的危害主要表現(xiàn)在如下幾方面。

2.1 經(jīng)濟方面

(1) 原采礦活動本身不具合法性，屬肆意的私采亂挖，造成資源浪費，形成后的采空區(qū)處理時必然增加工程成本，直接造成不可挽回的經(jīng)濟損失。

(2) 影響正常的崩落法放礦作業(yè)，造成回采損失和出礦貧化。

2.2 安全方面

(1) 采空區(qū)形成過程中，爆破作業(yè)、頂?shù)装蹇缏涞葘ι舷虏炕蛑苓吷a(chǎn)人員和設備的危害。

(2) 采空區(qū)形成后采空區(qū)頂板大面積冒落、巖移可引發(fā)地表塌陷、山體滑坡等地質(zhì)災害，對區(qū)內(nèi)人員、設備造成危害，嚴重時可產(chǎn)生空氣沖擊波危害。

(3) 對井下通風系統(tǒng)產(chǎn)生的危害。

(4) 易造成人員或設備暴露在采空區(qū)下產(chǎn)生的危害。

由于地下采空區(qū)具有隱伏性強、空間分布特征易變化不易掌握、采空區(qū)頂板冒落塌陷時間、規(guī)模等情況難以預測等諸多特點，對安全生產(chǎn)危害性大，因此必須及時處理采空區(qū)。

3　采空區(qū)處理

3.1 處理方法及目的、任務

采空區(qū)處理方法通常有封閉、崩落、加固和充填幾種，圍巖崩落法其實質(zhì)是可以及時采落礦柱，使圍巖自然冒落。如果圍巖不能自然冒落，則可用中深孔或藥室大量崩落采空區(qū)圍巖。此方法可釋放應力，改變應力集中部位，將承壓帶轉(zhuǎn)移到采空區(qū)周圍較遠處的巖體中，使巖體中的應力達到新的相對安全的平衡狀態(tài)。

充填法是處理采空區(qū)較為有效的方法，主要有三種：干式充填、尾砂充填和膠結充填。干式充填是最早采用的一種方法，將廢石等固體廢料充填到井下采空區(qū)，以此來控制圍巖的移動，同時處理了廢石。此法成本低，工藝簡單，可以就地取材，同時減少了廢石處理的問題。但此法充填難以接頂，采空區(qū)充填完好率低，對控制圍巖移動非常有限。一旦密閉墻垮塌或礦柱損毀，充填的廢石移動，會給井下造成更大的危害。經(jīng)過實地勘探和測量，對于掛幫礦存在的采空區(qū)處理采用充填和崩落相結合的方式較為合理。

(1) 依據(jù)：現(xiàn)場勘測的各分段實測圖及由此繪制的反映采空區(qū)形態(tài)的剖面圖；以往處理采空區(qū)的方法、經(jīng)驗。

(2) 原則：安全、經(jīng)濟、工期短。

(3) 目的：爆落采空區(qū)的頂板，使上部覆蓋巖層下落。

(4) 任務：按批準的設計完成先期的巷道掘進工程，詳細掌握采空區(qū)形態(tài)后施工中(潛)孔鑿巖工作。

3.2 處理方案

沿采空區(qū)走向(即礦體走向)上，因處理的項目不一，方案也有所不同。因此，將采空區(qū)沿其走向共分成三段。

(1) 第一段：礦界至2 080m分段16#進路，全長約165m。處理項目為采空區(qū)頂板，頂板厚度約13m，其中位于2 080m分段以上約8m，以下約5m。

工程布置：向南延伸2 080m分段下盤脈外運輸巷至礦權附近，其間每隔一定距離向采空區(qū)方向掘放頂進路(掘至礦巖交界或與老脈內(nèi)巷貫通)見圖2。

鑿巖布置：于鑿巖進路端部(安全范圍地點)向采空區(qū)方向布置多種角度的中(潛)孔，見圖3。

圖2　A-A剖面圖

圖3　C-C剖面圖

(2) 第二段：2 080m分段16#進路至13#進路間。處理項目為采空區(qū)頂板、采空區(qū)礦柱、2 080m分段15#進路至13#進路間上部礦體。全長共45m。

工程布置：延伸2 068m分段8#進路至上盤圍巖內(nèi)，大致平行采空區(qū)邊界向南西向掘沿脈巷，其間每隔一定距離向采空區(qū)方向掘放頂進路(掘透采空區(qū))。

鑿巖布置：①2 080m分段15#進路至13#進路上部礦體前期已施工中孔，本次可先行爆落(15#進路下部是礦柱，13#進路下部較厚，故均安全，14#進路略滯后于15#、13#，待其下部充滿后再行爆破)；②2 080m分段三條進路先行爆破后剩余桃形底柱隨同采空區(qū)頂板一同由2 068m分段采空區(qū)南北兩翼的鑿巖進路內(nèi)的上向束狀中(潛)孔對向爆落，見圖4；③采空區(qū)礦柱處理：在鑿巖進路內(nèi)布置扇形孔，一次性爆落。

(3) 第三段：2 068m分段12#進路至9#進路間，全長52.5m。處理項目為空區(qū)頂板及2 080m分段進路間的桃形礦柱，見圖4。

圖4　D-D剖面圖

因采空區(qū)位置在礦體內(nèi)，所以以上三段在具體施工中為使采空區(qū)相對穩(wěn)定，有效控制圍巖移動，采用干式充填法進行充填，同時為保證下步采出礦石品位的質(zhì)量要求，降低貧化率和有利于中孔設備的架設，充填物采用礦石進行充填，這樣做雖然眼前成本較高，但充填的礦石可以在下面的采礦中陸續(xù)采出，最終還是比較經(jīng)濟的。

3.3 爆破警戒

根據(jù)采空區(qū)的分布情況，按礦塊進行處理，計劃分16次爆破，每次爆破藥量的控制不宜過大(控制裝藥系數(shù)為6.0t以內(nèi))，以免造成巖移及其他安全隱患或破壞鄰近孔等。爆破順序：總的原則應是自內(nèi)(指礦界)而外依次、分次爆破；單次爆破區(qū)域劃分如下：

(1) 2 080m分段17#進路以南(包括17#進路)每個鑿巖進路分別作為一個上爆破單元(特殊情況下可分爆，先將下部采空區(qū)爆穿，再將余孔一同起爆)預計爆破次數(shù)為9次。

(2) 2 080m分段13～16#進路上部按已鑿中孔分排分次正常爆破。

(3) 2 068m分段：按單個進路單次爆破(包括處理礦柱，順序上自南西向北東后退式爆破)預計爆破次數(shù)為7次。

孔內(nèi)正常起爆方式為：起爆藥(乳化藥)，導爆索，導爆雷管。網(wǎng)絡連接用導爆索。

設爆破小組長1人，副組長1人，技術員1人，爆破手1人。爆破裝藥分2個小組，各按指定位置裝藥。裝藥技術問題由爆破技術員負責。

因在硐內(nèi)爆破，飛石均在控制范圍內(nèi)，無需對外界進行警戒，但在裝藥爆破前、必須將非爆破人員撤離爆破現(xiàn)場，爆破前30min撤出硐內(nèi)所有人員至安全地帶。警戒距離至硐口50m以外。共設4個警戒點。分別對2 092m硐口、2 056m硐口、邊坡硐口和露天道路進行警戒。計劃放炮時間為當日下午16時。警戒人員提前30min進入各警戒點；進行封鎖警戒，禁止一切人員及車輛通行。警戒人員均帶上紅旗作警戒標識。爆破完畢后，需通風2h、再由爆破技術員與爆破人員攜帶手持一氧化碳測試儀進入爆破區(qū)域檢查，確認安全后方可進入下一道工序。對拒爆孔，原則上采取重新引爆方式進行處理。

4　結語

采用回填法對2 092～2 068m分段采空區(qū)處理后，在設計可采儲量60.45萬t的情況，回采礦量36.87萬t，回采率61%，有效提高了資源利用率。通過本工程的實踐，筆者認為，采空區(qū)的處理應根據(jù)采空區(qū)的實際情況，在保證安全的前提下采用回填法并有針對性的采用各形式爆破方法，能大大提高回采率。

【參考文獻】

[1]《采礦手冊》編緝委員會.采礦手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988:54-61.

[2]崔云龍主編,《建井工程手冊》編委會.簡明建井工程手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003:343-356.

[3]周宗紅,任鳳玉,袁國強.桃沖鐵礦采空區(qū)處理方法研究[J].中國礦業(yè),2005,14(2):15-16.

[4]文武軍,朱靖.寶山鐵礦采空區(qū)處理的探討[J].新疆有色金屬, 2009(5):33-35.

【礦產(chǎn)資源】

【其 他】

Analysis on the Iron Ore in NWW Hanging Wall Goaf Area Treatment Scheme

WU Yi, WANG Zong-wei
(Tunnel Engineering Company in Zhejiang Province, Hangzhou 310030, China)

Abstract:An iron ore NWW hanging wall ore by sublevel caving mining to 2 092m levels, the sublevel height 12m. The goaf of the gradual discovery of the goaf in the middle section of 2 092～2 068m mining. This paper introduces the scheme of the process of the segmented mined out area, which can be used for reference in the similar engineering in future.

Key words:iron ore; goaf area; filling method; caving method

【收稿日期】2015-03-06

【文章編號】1007-9386(2015)03-0051-03

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】TD325.3