采空區(qū)殘礦安全高效回收技術(shù)研究

吳維成，吳寶林，高松濤

（1.錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026300；2.華恒能源有限公司，山東 煙臺(tái) 265700；3.山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦，山東 煙臺(tái) 261438）

錫林郭勒盟山金阿爾哈達(dá)礦業(yè)有限公司成立于2010年4月，其前身為錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗阿爾哈達(dá)鉛鋅礦，一座民營地下開采礦山，2010年被山東黃金收購。公司原為空?qǐng)龇ú傻V，2015年完成了空?qǐng)龇ú傻V向充填法采礦的技術(shù)改造，768m中段部分礦體及768m中段以下全部礦體實(shí)現(xiàn)了充填法開采，2017年被國土資源部授予“國家級(jí)綠色礦山”，現(xiàn)有采選能力3000t/d，主要產(chǎn)品鉛精礦、鋅精礦等。

1 采礦存在的問題

經(jīng)過多年空?qǐng)龇ㄩ_采，淺部中段遺留了大量的采空區(qū)和高價(jià)值礦柱，礦柱礦量占地質(zhì)儲(chǔ)量很大比重。采空區(qū)的存在，不僅會(huì)造成空區(qū)中大量礦柱資源浪費(fèi)，而且隨礦床開采范圍不斷擴(kuò)展，空區(qū)圍巖破壞移動(dòng)加劇，導(dǎo)致巖體崩落，容易給礦山安全生產(chǎn)帶來威脅[1]。因此，為保證礦山安全生產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，必須盡快消除采空區(qū)隱患，遺留的礦柱資源也需要最大限度地回收。

2 采取的措施

2018年3月，礦山開展采空區(qū)治理及殘礦回收研究工作，并首選768m中段7623采場(chǎng)采空區(qū)做為試驗(yàn)對(duì)象。

2.1 研究對(duì)象地質(zhì)概況及周圍采場(chǎng)情況

7623采場(chǎng)位于768m中段23線～27線，采用分段空?qǐng)龇ㄩ_采，2014年結(jié)束回采，形成的采空區(qū)估算體積約31000m3。7623采場(chǎng)礦體呈脈狀，走向北西、傾向南西，傾角42～50°，平均水平厚度12.5m，地質(zhì)品位pb+zn=5.38%，賦礦原巖多為凝灰?guī)r，局部夾有板巖，礦體上盤構(gòu)造明顯穩(wěn)固性一般，礦體及下盤圍巖較穩(wěn)固。采場(chǎng)沿礦體走向布置，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度100m,劃分兩個(gè)礦房和三個(gè)礦柱，單個(gè)礦房沿走向長(zhǎng)度36m，間柱寬度14m,中段高度40m,頂柱高度8m,礦柱礦量54273t；7623采場(chǎng)采空區(qū)上部對(duì)應(yīng)808m中段空?qǐng)龇ú煽諈^(qū)，兩側(cè)為改造后的充填法采場(chǎng)，下部對(duì)應(yīng)728m中段充填法采場(chǎng)，這些充填法采場(chǎng)均于2017年前結(jié)束回采。

2.2 采空區(qū)充填治理方案

2.2.1 高強(qiáng)度鋼網(wǎng)板墻封閉采空區(qū)

在7623采場(chǎng)底部結(jié)構(gòu)周圍，構(gòu)筑高強(qiáng)度鋼網(wǎng)板墻，封閉采空區(qū)以及采空區(qū)通往下中段的天井。鋼網(wǎng)板墻用以隔離阻擋空區(qū)充填時(shí)砂漿外溢，提高泄水和抗壓能力，材料由圓鋼、立梁、橫梁、加固橫梁、斜撐、冷軋鋼筋網(wǎng)、土工布、錨固木鍥組成，立梁、加固橫梁材料采用熱軋普通12.6#槽鋼，橫梁和斜撐材料采用熱軋普通6.3#槽鋼，冷軋鋼筋網(wǎng)網(wǎng)度100mm×100mm,圓鋼直徑∮40mm。

2.2.2 鉆孔聯(lián)合采準(zhǔn)天井充填與泄水

為實(shí)現(xiàn)均勻充填，消除采空區(qū)內(nèi)積水量大易產(chǎn)生安全隱患問題，使用QZJ100B型潛孔鉆機(jī)分別由808m中段和768m中段向采空區(qū)鉆鑿∮100mm的充填孔和泄水孔，利用已有的充填系統(tǒng)，在808m中段敷設(shè)充填管路，通過充填鉆孔和原采場(chǎng)采準(zhǔn)天井向采空區(qū)內(nèi)實(shí)施充填，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)多點(diǎn)放砂。采空區(qū)下部充填灰砂比1∶10的分級(jí)尾砂膠結(jié)體（膠固粉∶分級(jí)尾砂），充填高度約5m,中部充填灰砂比1∶20的分級(jí)尾砂膠結(jié)體，充填高度約25m,上部2～3m灰砂比1∶6的分級(jí)尾砂膠結(jié)體接頂充填。采空區(qū)充填高度超過5m后，板墻泄水能力開始下降，這時(shí)需要利用泄水孔輔助泄水，在泄水孔上安裝慮水裝置，通過引水管，將空區(qū)內(nèi)的充填水匯集到768m中段排水系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 采空區(qū)充填治理方案

2.3 礦柱回采方案

2.3.1 采礦方法選擇

根據(jù)礦體厚度、礦巖穩(wěn)固性及開采現(xiàn)狀等諸因素，并結(jié)合類似礦山的開采技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)研究，選用上向進(jìn)路充填法聯(lián)合淺孔小分段崩落采礦法[2]進(jìn)行礦柱回采試驗(yàn)。

2.3.2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）礦柱采場(chǎng)沿礦體走向布置，礦體平均水平厚度12.5m,由頂柱和3個(gè)間柱組成，單個(gè)間柱寬度14m,回采高度32m；走向長(zhǎng)度113m，頂柱回采高度8m,分兩部分回采，前期預(yù)留3m原巖礦柱，隔離上中段采空區(qū)及存窿礦，并做為下部礦體回采的安全保護(hù)層，頂柱保護(hù)層后期采用淺孔崩落法回采。

（2）進(jìn)路布置形式與幾何尺寸。間柱采場(chǎng)進(jìn)路工作面沿礦體走向推進(jìn)長(zhǎng)度14m,進(jìn)路寬度3m～4m，高度3m～3.5m。根據(jù)進(jìn)路法回采頂柱其頂板安全厚度的相關(guān)研究數(shù)據(jù)[2]，頂板安全厚度達(dá)到3m時(shí)，沿走向布置進(jìn)路長(zhǎng)度宜在20m～30m范圍取值，進(jìn)路寬度宜在2m～3.5m范圍取值，綜合考慮其它影響因素，確定頂柱采場(chǎng)進(jìn)路工作面沿走向推進(jìn)長(zhǎng)度25m～30m，進(jìn)路寬度2.8m，高度2.5m。

2.3.3 采準(zhǔn)切割工程

主要有脈外斜坡道、分段巷、采場(chǎng)聯(lián)巷、切割巷、溜井聯(lián)巷、脈外溜井、人行充填井聯(lián)巷、人行充填井，脈外斜坡道連接808m中段27線穿脈巷和800m、783m分段巷，規(guī)格2.6m×2.7m,坡度-17.63%，分段巷、采場(chǎng)聯(lián)巷和分層切割巷規(guī)格2.6m×2.7m,采場(chǎng)聯(lián)巷坡度-15%～18.53%。回采方案見圖2。

2.3.4 施工順序

（1）采空區(qū)完成充填治理后，由808m中段27線穿脈巷下掘脈外斜坡道至800m分段和783m分段，施工分段巷、采場(chǎng)聯(lián)巷、切割巷揭露間柱礦體；施工768m中段-800m分段廢石溜井、礦石溜井，施工800m分段、783m分段溜井聯(lián)巷，分別貫通溜井；施工783m分段人行充填井聯(lián)巷、783m分段-808m中段人行充填井，施工800m分段人行充填井聯(lián)巷，貫通人行充填井。

（2）礦柱自下而上逐分層回采，先采間柱，后采頂柱。

（3）間柱由分層切割巷向礦體兩翼前進(jìn)式回采，同一分層內(nèi)先采上盤進(jìn)路，后采下盤進(jìn)路。

（4）頂柱自下而上由三個(gè)分層回采，一、二分層（下面和中間分層）回采高度2.5m,三分層（頂柱保護(hù)層）回采高度3m。一、二分層分別由分層切割巷向礦體兩翼前進(jìn)式回采至設(shè)計(jì)邊界，先采上盤進(jìn)路，后采下盤進(jìn)路，一分層進(jìn)路回采結(jié)束后全部接頂充填，二分層最后一條進(jìn)路回采結(jié)束后，不再充填，而作為淺孔崩落礦的鑿巖巷道，由采場(chǎng)兩翼向中央后退式崩落頂柱保護(hù)層。

2.3.5 主要回采工藝

（1）鑿巖爆破。YT28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，使用2#巖石粉狀乳化炸藥，采用分段延時(shí)起爆技術(shù)和光面爆破技術(shù)，以降低爆破對(duì)頂柱保護(hù)層和相鄰進(jìn)路膠結(jié)充填體的破壞，消除進(jìn)路頂板應(yīng)力集中。

（2）通風(fēng)。采用混合式局部通風(fēng)，壓入式局扇將新鮮風(fēng)流經(jīng)分段巷、采場(chǎng)聯(lián)巷送入工作面，污風(fēng)由抽出式局扇經(jīng)采場(chǎng)充填回風(fēng)井送入808m中段回風(fēng)系統(tǒng)。

（3）頂板管理。分層回采進(jìn)路主要采用管縫式錨桿聯(lián)合鋼帶支護(hù)，錨桿網(wǎng)度1.5m×1.5m。

（4）出礦。WJD-1型電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)搬進(jìn)路充填法回采的礦石，1立方遙控鏟運(yùn)機(jī)回收淺孔崩落的頂柱保護(hù)層礦石及808中段采場(chǎng)的存窿礦，倒入脈外溜井，768m中段振動(dòng)漏斗放礦后，電機(jī)車運(yùn)輸至27線主溜井卸載。

（5）充填。進(jìn)路回采結(jié)束立即清理散礦，利用人行充填井，架設(shè)充填管路、安設(shè)泄水籠、構(gòu)筑鋼網(wǎng)板墻封閉進(jìn)路口，對(duì)進(jìn)路及時(shí)接頂充填。為充分接頂，一次充填結(jié)束后，間隔24小時(shí)再進(jìn)行補(bǔ)充充填；上盤進(jìn)路采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填，膠結(jié)體灰砂比1∶4，下盤進(jìn)路先分級(jí)尾砂充填,后采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填0.4m，膠結(jié)體灰砂比1∶4，既要保證接頂，又要保證轉(zhuǎn)層后設(shè)備在膠結(jié)體上安全運(yùn)行。膠結(jié)充填體養(yǎng)護(hù)72小時(shí)后，相鄰進(jìn)路才允許進(jìn)行回采，上中段存窿礦回收完畢，采用分級(jí)尾砂膠結(jié)接頂充填采空區(qū)，膠結(jié)體灰砂比1∶6。

（6）轉(zhuǎn)層。分層結(jié)束回采并充填后，由采場(chǎng)聯(lián)巷沿下一分層礦體底板施工分層切割巷，或采用壓頂墊底的方式抬高采場(chǎng)聯(lián)巷至下一分層礦體底板水平，施工分層切割巷，控制下一分層礦體，進(jìn)入下一分層回采。

3 取得的效果

經(jīng)過3年多的研究實(shí)踐，充填治理采空區(qū)，有效控制和管理了地壓，消除了采空區(qū)隱患，安全高效經(jīng)濟(jì)地回收了資源，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)459.8萬元，促進(jìn)礦山持續(xù)穩(wěn)定性發(fā)展。

4 結(jié)語

阿爾哈達(dá)公司經(jīng)過多年的空?qǐng)龇ㄩ_采，遺留的采空區(qū)和高價(jià)值礦柱，既不利于地壓管理，又影響礦山持續(xù)穩(wěn)定性發(fā)展，通過采取構(gòu)筑高強(qiáng)度鋼網(wǎng)板墻封閉采空區(qū)、施工充填泄水鉆孔、分級(jí)尾砂膠結(jié)充填等措施治理采空區(qū)，選用上向進(jìn)路充填法聯(lián)合淺孔崩落法回采工藝，遙控出礦，安全高效經(jīng)濟(jì)地回收了資源，促進(jìn)了綠色環(huán)保礦山建設(shè)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益雙贏，為本礦山回收殘礦提供了技術(shù)支持,也為同行業(yè)類似礦山提供技術(shù)借鑒。