紫金山金铜矿采空区处理方案对比分析

赖红源

(紫金矿业集团股份有限公司紫金山金铜矿)

紫金山金铜矿采空区处理方案对比分析

赖红源

(紫金矿业集团股份有限公司紫金山金铜矿)

紫金山金铜矿是一座上金下铜的特大型金属矿床，采用露天与地下联合开采，地下开采于2010年结束，为了消除460～580 m采空区对露天开采带来了的安全隐患，保障目前露天开采的顺利进行，提出了3套采空区处理方案，通过技术经济、施工进度以及安全性等综合分析得出最适合的处理方案，保障了矿山的安全生产，实现了资源综合利用。

采空区处理 联合开采 技术经济指标

紫金山金铜矿位于福建省上杭县境内，地理坐标：东经116°24′00″～116°25′22″，北纬25°10′41″～25°11′44″。矿区面积为4.37 km2。矿山采用露天与地下联合开采。自1993年上部金矿开发以来，经多次技术改造，已成为一个大规模露天开采的金矿山；下部铜矿体于2003年进行1万t/d的坑采建设，于2005年12月建成投产，地下开采于2010年结束，主要开采了460，520 m中段的部分矿房。目前矿山露采采剥能力保持在3 500万m3/a左右，年平均下降台阶数3～5个。

目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题 ，随着露采标高的降低，460～580 m标高的采空区给露天开采带来了严重的安全隐患，同时联合开采的方案将无法实施，势必会影响矿山的生产能力及效益。为此，必须对铜矿地采460～580 m的采空区进行处理，既消除矿山的安全隐患，又能有效地保证露天采场安全高效的开采。

1 采空区概况

紫金山金铜矿520 m中段共采矿房55个，采空区面积约54 232 m2，高约55 m，体积约2 678 058 m3；460 m中段已采矿房36个，采空区面积约 27 470 m2，高约57 m，体积约1 426 464 m3。采空区平面位置在0～15线，垂向方向在460～570 m标高。矿房宽15 m，长度不一，最长达120 m，矿房间隔离矿柱宽约15 m，510～520 m水平矿柱平均厚8.3 m，露天采场目前最低平台标高为604m，距离采空区顶板34 m左右。

2 采空区处理方案提出

目前，国内外处理采空区的方法主要有封闭、崩落、加固和充填四大类[1]。但由于各个矿山的具体条件各不相同，采空区位置、形态特征各异，因此每个采空区的处理方法也不尽相同[2]。根据不同采空区的特征，其处理方法有以下几种[3-6]：

(1)强制崩落围岩，使地表陷落以消除空区，或强制崩落部分围岩使之形成废石垫层，将作业区段隔开。

(2)围岩自然崩落充填采空区。

(3)利用矿石垫层将作业区段与采空区隔开。

(4)利用各种材料，包括掘进废石、选矿尾砂或尾砂加其他胶结材料充填空区。

(5)留永久矿柱支撑空区。

(6)矿柱支撑和充填联合处理采空区。

(7)疏通空区与密闭空区。

(8)以上2种或几种不同方法联合处理空区。

以上可以归纳为充、崩、撑、封，各种方法都有一定的适用条件和局限性[7]。

结合紫金山金铜矿露采工艺和采空区处理安全要求，有以下3种可行的方案供选择。

方案一：崩落矿柱充填采空区，先崩落510～530 m水平矿柱及已采矿房采场上部隔离矿柱，充填460 m中段采空区，然后崩落与矿房采场采空区相邻矿柱采场上部的隔离矿柱，充填520 m中段采空区，最后崩落框架矿柱，充填余下的采空区。

方案二：先崩落矿柱再充填，先崩落矿房采场的隔离矿柱以及510～530 m水平矿柱，充填460 m的部分采空区，然后在露天采场转运低品位矿石，直接充填至 520 m中段采空区。

方案三：先充填再崩落矿柱，先用露天采场低品位矿石充填460 m中段的采空区，崩落矿房采场与矿柱采场的隔离矿柱以及510～530 m水平矿柱，充填460 m中段剩余的采空区及520 m中段采空区。

3 采空区处理方案比选

3.1 方案投资估算对比

3.1.1 510～530 m水平矿柱崩落

510～530 m水平矿柱采用中深孔爆破崩落，投资估算见表1。

表1 510～530 m水平矿柱崩落投资估算结果

3．1．2 520 m中段矿房采场隔离矿柱崩落

520 m中段矿房采场隔离矿柱采用中深孔爆破崩落法，投资估算见表2。

表2 520 m中段矿房采场隔离矿柱崩落投资估算结果

3.1.3 520 m中段矿柱采场隔离矿柱崩落

520 m中段矿柱采场隔离矿柱采用大直径深孔一次性崩落，投资估算见表3。

表3 520 m中段矿柱采场隔离矿柱投资崩落估算结果

3.1.4 460 m中段采空区充填

460 m中段采空区采用露天采场低品位矿石充填，投资估算见表4。

表4 460 m中段采空区充填投资估算结果

3.1.5 项目总投资

具体项目总投资估算见表5。

表5 项目总投资估算结果

3.2 方案进度计划对比

方案一需分4个工序完成：①崩落510～530 m矿柱，充填460 m中段采空区；②崩落矿房采场采空区上部隔离矿柱，充填460 m中段采空区；③崩落与矿房采场采空区相邻矿柱采场上部的隔离矿柱，充填520 m中段采空区；④崩落与矿房采场及矿柱采场相邻的框架矿柱，充填520 m中段采空区。4个工序的凿岩工作可同时进行，钻凿深孔的时间为12个月，钻凿中深孔的时间为10.1个月。因此，本方案的进度为12个月。

方案二需分3个工序完成：①崩落510～530 m矿柱，充填460 m中段采空区；②崩落矿房采场采空区上部的隔离矿柱，充填460 m中段采空区；③在露天采场转运低品位矿石，充填至 520 m中段采空区。本方案在第一个采场崩落510～530 m矿柱和矿房采场采空区上部的隔离矿柱后，可以进行露天采场低品位矿石充填，3个工序可同时作业。510～530 m矿柱凿岩需10.1个月，520 m中段矿房采场隔离矿柱凿岩需8.8个月，露天采场低品位矿石充填需6.15个月。因此，本方案的进度为10.1个月。

方案三需分3个工序完成：①露天采场低品位矿石充填460 m中段采空区；②崩落510～530 m矿柱，充填460 m剩余的采空区；③崩落矿房采场和矿柱采场隔离矿柱，充填520 m中段采空区。该方案在充填溜井掘进完成后才可进行460 m中段低品位矿石充填，然后才可进行中深孔作业，此时，3个工序同时进行。第一工序，充填溜井掘进需1.6个月，460 m中段低品位矿石充填需16.8个月，共需18.4个月；其他工序，510～530 m矿柱凿岩需3.5个月，520 m中段矿房采场和矿柱采场隔离矿柱凿岩需9.6个月。因此，本方案的进度为18.4个月。

3.3 方案优缺点对比

方案一：①在510～530 m矿柱及隔离矿柱崩落充填采空区后，大部分采空区的高度在70 m以下，个别采空区的高度在70 m以上，如此高直立的采空区一方面容易引起相邻矿柱的垮塌，另一方面在崩落相邻矿柱采场的隔离矿柱时，施工安全性较差；②深孔工程量大，爆破作业量大，安全风险大；③较高采空区对周围的边坡影响较大，需长距离放坡，工程量大，时间长；④该方案投资最少，作业时间适中。

方案二：①在510～530 m矿柱及隔离矿柱崩落充填采空区后，大部分采空区的高度在70 m以下，个别采空区的高度在70 m以上，一方面容易引起相邻矿柱的垮塌，另一方面松动的矿柱采场为在露天采场直接进行低品位矿石充填时埋下了安全隐患，施工的安全性较差；②在露天采场进行低品位矿石充填采空区，在相邻矿柱采场稳定的情况下，充填的安全风险小；③深孔工程量最小，爆破作业量最小，安全风险小；④投资适中，作业时间最短。

方案三：①需完成掘进充填溜井、低品位矿石充填、中深孔凿岩爆破、深孔凿岩爆破等环节，作业工序多，工艺复杂；②在井下进行采空区充填，作业环境较方案二差，安全风险较大；③在采空区下进行中深孔作业，安全风险较其他方案大；④在460 m中段采空区充填的情况下崩落510～530 m矿柱及矿房采场隔离矿柱，崩落后采空区高度小，矿柱暴露面积小，较其他方案稳定，安全性较好；⑤深孔工程量适中，爆破作业量适中，安全风险适中；⑥在井下充填，受作业条件的限制，充填时间较长；⑦投资最大，施工时间最长。

4 结 论

(1)爆破崩落矿柱充填采空区，施工进度为12个月，投资为72 220 966.23元。

(2)崩落矿柱充填460 m中段采空区及露天采场低品位矿石充填520 m中段采空区，施工进度为10.1个月，投资为88 698 183.91元。

(3)露天采场低品位矿石充填460 m中段采空区及崩落矿柱充填520 m中段采空区，施工进度为19个月，投资为99 928 605.236元；

(4)综合对比分析，紫金山金铜矿采空区处理选择方案二为最佳。

[1] 刘敦文，古德生，徐国元．地下矿山采空区处理方法的评价与优选[J].中国矿业，2004(8)：52-55．

[2] 李纯青，姚 香．金属矿地下采空区探测、处理与安全评判[J].采矿与安全工程学报，2006(1)：31-34.

[3] 张军胜，李俊平，宋士生．采空区处理新方法研究与应用[J].金属矿山，2009(8)：19-22.

[4] 周 健，史秀志．基于集对分析同一度的采空区处理方案研究[J].金属矿山，2009(6)：10-13.

[5] 徐 江，崔栋梁，陈 琪．金属矿山采空区处理方法综述[J].黑龙江冶金，2007(4)：35-37.

[6] 孙 帅，李淑霞．黑山露天矿采空区处理实验[J].现代矿业，2014(4)：191-192.

[7] 何俊锋，高广运，刘文生．矿山露天与地下联合开采实例安全性分析[J].地下空间与工程学报，2009，5(4)：808-813．

·记者在线·

“一带一路”地质矿产能源图集编制紧锣密鼓

中国地质调查局“一带一路”图集编制专家组近日来到中国地调局油气资源调查中心指导工作。座谈会上，油气调查中心相关负责人对“一带一路”油气系列图集编制工作组从筹备、组建到工作开展等方面所做的努力进行了简要介绍。中国地调局专家组对目前“一带一路”地质矿产能源系列图集的进展情况进行了介绍，并转达了局领导对图集编制工作的重视及期许，希望编图工作组精益求精，争取取得有质有量的“一带一路”编图成果。

据了解，“一带一路”系列图集之地质矿产能源系列是为配合国家制定“一带一路”战略实施规划，由中国地质调查局负责牵头和组织实施的编制工作，根据局统一安排和工作部署，中国地质调查局油气资源调查中心具体负责油气系列专题图的编制，具体包括“一带一路”主要含油气盆地储产量对比图，主要含油气盆地待发现资源分布图，主要资源国油气资源剩余可采储量分布图，主要资源国石油产量、消费量、贸易量对比图，主要资源国天然气产量、消费量、贸易量对比图，油气进口份额及运输线路分布图，中国企业份额油气去向及主要项目分布图，油气管线分布图，油气勘查风险评估图等9幅图。

2014-12-17)

赖红源(1976—) 男，工程师，364200 福建省龙岩。