1、湖南柿竹园矿采空区处理方法的研究探讨【摘要】采空区处理是很多矿山都必须直接面对的问题，本文针对湖南柿竹园矿采空区的具体情况，做了采空区处理的相关研究，通过多种方法的研究论证，给出了该矿最合理的采空区处理方法。 【关键词】采空区处理；卸压天窗；削弱平巷 中图分类号：TD85 文献标识码：A 文章编号： 1 总论 1.1 前言 柿竹园矿距郴州市区 15km，交通便捷。回采方法为连续阶段崩落法。阶段高度 96m。每个采场可回采矿量 36.83 万 t。矿石损失率为 25% （损失矿量可以在下阶段回采时回收） ，贫化率为 3.76%。单个采场最大生产能力为 1200t/d，同时回采的采场有三个。 1.
2、2 进行采空区处理的现实意义 （1）提高资源的回收率 490m558m 水平之间 315m313m 范围内残余大量矿柱，品位高，储量大，此外，该范围周围也有品位较高储量很大的矿段，若不对采空区进行处理，这些矿量的回采都会受到很大影响，所以要必须对采空区进行处理。 （2）提高矿山安全系数 随着矿房矿石的采出和空区的形成，矿山开采工作的延深，或矿柱的回采，空区面积不断扩大，矿岩将出现裂缝，发生片帮，出现巷道、矿柱垮塌，岩层整体移动，顶板大面积冒落，地面大范围开裂、下沉和坍塌，出现大规模的地压活动1。为了矿山的安全，必须对采空区进行可靠的技术可行经济合理的处理。 13 空区处理的范围 矿山现开采的区
3、段为 490m558m 水平之间。矿区其余矿段均未回采。现在已经完成了这一区域的矿房回采，且在空场条件下抽采了 K3-4K3-5 间的房间柱 Z3-4/5。下一步将开始 490m558m 水平315m313m 范围内矿柱；558m610m 水平之间顶板以及其他富矿段的回采。现在开采区域内累计顶板暴露面积已达到 3.5 万 m2，最大连续暴露面积达 8100m2。累计空区 260 万 m3，且在回采区域西北部已经有三个房间柱和一个盘间柱发生垮塌，周围矿柱已经有明显的变形破坏，必须对这一空区进行处理。 本次空区处理的范围为 490m558m 范围内的空区。 2 空区处理的方案选择 要回采矿柱，就必
4、须现对采空区进行处理，采矿方法的选择是和空区处理方案结合在一起的2。确定如下初选方案： 尾砂胶结充填矿房事后回采矿柱； “隔二采一”抽采矿柱事后崩落顶板围岩充填采空区； 连续阶段崩落法。 表 1 各方案技术经济指标对照表 比较可知，是最优方案，本次设计的最终方案选为方案。 3 空区处理 31 空区处理工艺 回采开始前，首先在采区西北角首采区域形成卸压天窗，用以缓冲顶板大面积冒落时产生的巨大的空气冲击波对井下人员、设备、巷道等的影响，保证矿山安全正常的生产。 回采初期，采区顶板暴露面积小于 18000m2 ，采区顶板很难自然崩落，所以要在回采区域首采区位置强制放顶。强制放顶面积为 18750m2
5、。 回采矿柱时，房间柱、对应盘间柱与 558m586m 水平的富矿段一次性小微差爆破。利用原有的矿房底部结构出矿，当出矿至剩余矿石厚度为 20m 左右时停止防矿。留下的约 20m 厚的矿石层作为采场顶板强制崩落时的缓冲覆盖层。 在顶板自然崩落前，要在采场内保留至少 20m 厚的矿石垫层。并且在采场内实施强制放顶，崩落 586m 水平以上部分低品位矿石，补充采场内的矿石覆盖层，使采场内的矿石覆盖层的厚度达到 40m。然后，才能采取自然崩落法处理采空区和补充覆盖层。 为了使顶板能够自然崩落，要在 586m、610m、620m 水平开凿削弱平巷，并在削弱平巷内凿上向孔，进行预裂爆破，以削弱待崩落部分
6、和周围矿岩的联系。 回采全部完成后，封闭联络崩落区的通道，在地表移动范围用带有明显标志的铁丝网围圈。在塌落区范围外设置排水沟。 至此，研究范围内的矿柱回采与空区处理全部完成。进入其他矿段开采。 32 空区处理所需要进行的工程 为了安全、顺利地完成开采范围内的矿柱回采以及空区处理，需要进行一如下工程。 卸压天窗 为了消除采空区顶板大面积冒落和大爆破冲击波对井下作业人员、设备和地下工程设施的危害，维持矿山的安全生产，必须预先形成卸压天窗。 位置 本研究的首采区段选在开采范围的西北角，地面标高为630m650m。可采矿体顶部赋存标高为 625m，矿体品位较高。目前该处已经回采到 586m 水平，计划
7、回采到 610m 水平。现在已经在 610m 水平形成了部分回风和强制放顶巷。所以，选择该处开凿卸压天窗。 断面 卸压天窗的断面积大小，由待处理的采空区规模，矿岩稳固程度，欲保护的地下工程的重要程度等因素决定。本次研究中，卸压天窗的断面积选为 55m30m=1650m2。 施工及工程量 首先在 K1-1K1-2 西边对应矿柱上面掘进两口通地表天井，天井断面 2.2m2.2m。 在这两口凿岩天井中，开凿凿岩硐室（2.9m2.9m） ，在凿岩硐室内，用 QZJ-100B 型潜孔钻机钻凿 100-110mm 的水平深孔，孔底距为45m，排距 33.5m。用 BOF-100 型装药器装粒状铵油炸药，非
8、电微差雷管起爆。与 586m610m 间的矿块一次爆破形成天窗。 表 2 卸压天窗施工工程量表 强制放顶 矿区矿体和围岩主要是矽卡岩、大理岩以及花岗岩和花岗斑岩，多由比较稳固而且不容易风化的矿物组成，结构紧密。根据柿竹园矿岩体力学研究成果，当顶板暴露面积小于 8000m2 时不会自然崩落，800018000m2 是属于自然冒落的过渡区，大于 18000m2 时，会自然冒落。按照该矿的回采顺序和采矿方法，采区顶板暴露面积是逐步扩大的。卸压天窗形成时，暴露面积为 1650m2。采矿初期，一定时间内，采区顶板暴露面积也小于 18000m2。为了保证安全生产，在采场内形成 40m 厚的垫层，必须采取强
9、制放顶。 强制放顶位置 强制放顶区的位置主要与回采顺序、卸压天窗的位置以及回采现场的具体情况有关。 本研究中，卸压天窗位于采区西北角 K1-1K1-2 对应顶板的上部。 回采顺序：490m558m 水平之间，315m313m 范围内间柱，和 558m水平以上顶板富矿段的回采，从采区西北角开始，呈北东向斜线向东南方向推进。在采的相邻矿柱间基本保持在一条直线上，各盘区之间超前两个房间柱，强制放顶区选在首采区无底柱采场的 K1、K2、K3、K4 范围。强制放顶面积 强制放顶区域的面积主要与矿岩的物理力学性质，以及采场现场的具体情况有关。本研究中，强制放顶的面积要在 18000m2 以上。结合现场的具
10、体情况，强制放顶面积确定为 18750m2。 强制放顶施工 在实施强制放顶工程时，首先要在西北角 610m 水平首采区段边缘布置强制放顶平巷。在强制放顶平巷内，每隔 40m 布置一个凿岩硐室。在凿岩硐室内用 QZJ-100B 型潜孔钻机钻凿上相深孔。孔径 100110mm，孔底距 46m。用 BQF-100 型装药器装粒状铵油炸药，非电微差雷管起爆。在强制放顶前，采场内应至少保留 20m 厚的矿石垫层。 表 3 强制放顶工程量 削弱平巷 为了有步骤有计划地自然崩落顶板低品位矿石，处理采空区，要在586m、610m 和 620m 水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷，并在削弱平巷内向上凿深孔，进行预裂
11、爆破，减弱待崩落顶板与周边矿岩地联系，以利于其自然崩落。 削弱平巷超前采矿工作面一定距离进行，随着采矿工作面的推进逐步形成。断面为 2.7m2.7m。 在 610m 和 620m 水平的凿削弱平巷内凿上向平行中深孔，进行预裂爆破。孔距为 1.5m，孔深为 9m。 在 586m 的削弱平巷内凿上向束状中深孔，强制放顶 表 4 削弱平巷工程量 自然崩落 卸压天窗形成后，通过首采区的强制放顶，采区顶板外露部分失去支撑，已经成为悬臂梁状态，再通过爆破振动，产生了新的裂纹裂隙，稳定性减弱。为顶板自然崩落创造了条件。随着采矿的进行，采空区顶板暴露面积越来越大，当达到破坏极限时（连续暴露面积大于 18000
12、m2） ，就会开始自然崩落。故采空区处理采用自然崩落法。 为了有计划有步骤地自然崩落顶班，处理采空区，在586m、610m、620m 水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷。削弱平巷超前采矿工作面一定距离，随着采矿工作面的推进逐段形成。 其它工程 安全检测巷道 在 630m 和 650m 水平采区移动界限外布置安全检测巷道，用来检测顶班塌落情况、厚度、应力变化以及位移情况等，以便及时预报，采取措施。检测巷道的断面可取为 2.5m2.5m。 封闭工程 全部回采工作结束后，要封闭连通崩落区的通道。并在地表移动范围用有明显标志的铁丝网围圈起来。 排水工程及其他 在塌落区范围外，布置排水沟，将降雨排到塌落区外
13、部，将厚度较小容易产生泥石流的表土和泥石剥离，以免进入塌落区。 4 需要说明的问题 1：由于本矿区矿岩硬度大，稳固性好，可崩性差，在进行自然崩落时要进行一定的削弱工程，如削弱平巷、强制放顶，割帮爆破 、预裂爆破等。在进行割帮爆破和预裂爆破时，要爆破多大的深度才能最有效的起到诱导崩落的作用，需要进行一定的现场试验。 2：本论文中，考虑到采区目前已经有了 260 万 m3 的空区存在，顶板自然崩落的连续暴露面积下限较大（为 18000m2） ，为了防止顶板大面积突然冒落产生的空气冲击波对井下人员、设备等可能造成的伤害和破坏，本设计中将卸压天窗面积取得较大。 3：回采工程中，矿主的回采和采空区处理的相关工程是同时进行的，因此，要对施工工序和施工时间进行合理的安排，并根据回采的进行情况不断的调整，以取得最佳的效果。 参考文献 1刘敦文 古德生，地下矿山采空区处理方法的评价与优选J，中国矿业-2004 年 8 期 2周宗红 任凤玉，诱导冒落技术在空区处理中的应用J，金属矿山-2005 年 12 期
