排山楼金矿采空区充填技术研究

任凤玉，翟会超，曹建立，常 帅

(东北大学，辽宁 沈阳 110819)

1 概 述

排山楼金矿露天转地下开采后，应用有底柱空场法开采露天境界外矿体，露天坑作为尾矿库堆存含毒尾沙。随着回采工作面的下降，顶板围岩悬空，形成了规模较大的不连续的复杂采空区。为便于控制空区之下品位较低矿石的回采指标，原用监控强采与适时诱导冒落的方法处理采空区，后因深部开采设计中需要继续利用露天坑作为尾矿库，从而使尾矿存放高度超过空区冒落的影响范围。为保障尾矿库安全，最好保护采空区不冒透地表，为此提出留矿柱与监控充填的处理方案。即在空区顶板适当的位置打钻孔，使用RG井下录像系统对空区顶板围岩裂隙发育状态进行跟踪监测，并在井下VI线附近留下宽15～17m的垂直走向矿柱，在VI～XIV线之间留下宽10m的沿走向矿柱，以维持采空区顶板围岩的稳定性。这些保安矿柱将空区划分为南北两部分，其中北侧空区埋深56～96m，南侧空区埋深96～110m。经过近二年的监测，北侧空区顶板始终未发生变化，整体稳定性良好。而南侧空区顶板在其下矿体回采爆破中发生两次冒落，之后通过控制爆破参数与采场回采顺序至今未发现任何变化，目前基本处于亚稳定状态。

2 采空区处理技术研究

根据排山楼金矿的空区现状，采取对南北两侧空区进行分区充填的治理方案。北侧空区采取地表打井充填方案，而南侧空区则需在监控状态下逐步充填以保障施工安全，方法是沿矿体走向从稳定性较好部位向稳定性较差部位依次打井充填，每个充填井都用充填料最大限度地充填空区；前一充填井充填完毕后，将后一充填井部位的冒落风险降低到不妨碍安全生产的程度时，再施工后一充填井。在充填井的施工与充填过程中，用钻孔监测空区冒落状况，建立报警系统，确保施工安全。

2.1 北侧采空区处理技术

北侧空区利用废石+碎石混凝土充填空区的处理方案。露天废石作为主体充填料，通过地表充填井充入空区；碎石混凝土作为接顶材料，用于充填接顶，最大限度地保护矿柱与限制空区的暴露面积，由此控制空区顶板的变形，保持顶板围岩的稳定性。

根据空区形态，设计在IV线附近开掘充填井进行充填。充填井设计断面直径φ3.0m，从地表钻凿11个竖直平行孔，采用VCR法自下而上分层爆破成井。在充填井施工期间，从观测孔每天量测空区顶板的厚度变化，当发现空区顶板处于冒落活动状态时，或充填井顶盖厚度小于20m时，施工人员需配带一端固定于Ⅱ线方向的安全绳作业，以确保施工安全。

充填井VCR法爆破参数通过现场倒置爆破漏斗试验与利文斯顿原理确定，每次分层高度2.5～3m。当爆破至距地表6～8m时，采取层间微差分段一次崩透地表。目前，VCR法已经施工42m，平均一次爆破层高可达2.5～4m，每日可爆1～2层，爆后孔深基本切齐，相差不超过0.5m。并且施工安全条件较好，掘井费用也较低廉。

充填井掘成后，可进行废石充填作业。在废石充填结束后，进行碎石混凝土充填接顶。

2.2 南侧采空区处理技术

首先，南侧空区底部矿块的回采工作，安排在北侧空区底部矿块回采结束之后。由于有Ⅵ线附近的矿柱相隔，两空区可独立处理，但越早施工越有利于安全。根据南侧空区形态初步确定，采用两井充填方案，第一个充填井设计在Ⅷ线钻孔位置，井深56m左右。该充填井直径为4m，用VCR法施工，施工方法与北空区充填井相同。Ⅷ线充填井形成后，从407m台阶立即采用废石+碎石混凝土接顶的方法进行充填。该充填井对空区的充填程度，预计充填量可达20万～22万m3。

在Ⅷ线充填井施工与充填期间，利用Ⅹ线钻孔建立空区冒落监测与报警系统，以保障施工安全。在Ⅷ线充填井充填结束后，视空区顶板冒落状态，确定是否开掘与在何处开掘第二个充填井。完成整个空区的废石充填工作，之后再从Ⅷ线与后续充填井两井用碎石混凝土接顶。值得注意的是，在空区下部矿体回采过程中，要做到上部地表废石充填的反复跟进，保持废石充满空区，在下部矿体回采结束后，再用碎石混凝土充填接顶。

其中，废石充填是用推土机将露天废石经格筛、漏斗放入宽为1.2m的皮带运输机，再由皮带运输至充填井充入采空区。格筛上的废石大块，可集中使用破碎机进行处理再利用。漏斗及推土机作业面，应距离预测首次冒落线10m远，以有效保障废石充填的作业安全。

其次，如果在实施上述充填方案的过程中，南侧空区冒透地表，则实施地表充填与防渗预案。即在刚冒透地表时，用废石充填塌陷坑。在充填过程中，每隔8m间距，铅直埋置一根10寸带孔钢管于充填散体中。当下部采场出矿引起充填体表层出现凹坑时，立即充填凹坑，使散体堆的高度保持不降低。废石充填与钢管埋设一直到尾矿库的设计高度(420m)为止，此后利用预埋带孔钢管向充填散体内注入黄泥，并在露天坑边帮适时钻孔注浆塌陷坑边缘的开裂岩体，为尾矿库扩容形成较好的防渗基层。

研究表明，上述监控充填方法能够较好地适应空区围岩的稳定状态，可使空区得到安全、经济、高效治理，并可减小空区处理对采矿生产的影响，保障矿山生产的平常进行。

3 结 论

1)排山楼金矿露天边帮之下的采空区，处于稳定-亚稳定状态。由于利用露天坑作为尾矿库，需要保护空区顶板围岩的稳定性。为在安全与便于生产的条件下最大限度地保护空区不冒透地表，适合采用留矿柱与监控充填的空区处理方案。

2)北侧空区围岩稳定性较好，采取从地表用VCR法打充填井、利用露天坑废石充填、碎石混凝土填接的处理方案。根据北侧空区形态，通过碎石混凝土接顶，可使空区基本充满，能够满足保护顶板围岩稳定性需要。

3)南侧空区处于亚稳定状态，需在监控下逐步充填。根据空区形态和岩体稳定程度，可选用2～3井逐渐充填方案，首次充填井宜选择在VIII线附近，根据充填效果与监测结果，确定后续充填井的位置。此外，南北空区废石充填，采用皮带运输方式，以确保施工安全。

4)用VCR法开掘充填井，爆破参数由现场倒置漏斗爆破试验和利文斯顿原理确定，初步试验爆破效果良好。分析表明，在排山楼金矿条件下，用VCR法开掘地表充填井，是一项安全、高效、经济实用的技术措施。

5)南侧空区不能排除凿井与充填过程中冒透地表的可能性，为此需用钻孔监控空区顶板围岩的冒落状态并建立报警系统，以确保施工安全，此外，还需研究冒透地表后的防渗措施。本文给出的及时用废石充填塌陷坑、预埋充填管向散体注黄泥、对边缘开裂岩体钻孔注浆的技术方案，可作为空区一旦冒透地表的防渗预案。

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