铅硐山矿利用废石充填井下采空区方案研究

郭康胜

摘 要：简要概述了铅硐山铅锌矿井下开采产生的废石外排现状，以及1280中段采空区、1230中段潜在采空区情况。结合建设绿色矿山要求，为了充分利用井下已有采空区排放废石，从安全性、可利用方面和经济性等方面对废石外排进行了分析论证和可行性研究，提出了利用现有运输设施和井下采空区排放废石的可行性方案设计，同时该方案已在1 330m中段实施并取得了良好的效果。实践证明，该方案不仅最大限度地降低了废石外排，减少了对环境的污染，同时降低了废石排放成本，带来一定的经济效益。

关键词：采空区 充填 废石 经济效益

中图分类号：TD853 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（c）-0042-03

Astract：Briefly summarizes the qiandongshan lead-zinc mine underground mining waste rock produced outside the status quo， as well as 1280 middle goaf，potentially mined-out area in the middle of 1230.Combining the construction of green mining， in order to make full use of existing underground goaf discharge waste rock，from the aspects of safety，available and economical efficiency of waste rock outside analyzed feasibility studies，and proposed the use of the existing transportation facilities and underground goaf discharge of waste rock the feasibility of the scheme design，at the same time，the scheme was implemented in the 1 330 m middle and achieved good results.Practice has proved that the scheme not only minimize the waste rock outside，reduce the pollution to the environment，and reduce the emissions of waste rock cost，bring certain economic benefits.

Key Words：Goaf；Filling；Waste rock；Economic benefits

铅硐山铅锌矿是第三批国家级绿色矿山试点单位，有责任在绿色矿山建设方面做出更突出的成绩。为了减少废物外排，经过研究，对井下可利用的采空区加以充分利用，利用采空区排放采矿废渣，使部分废石不出坑就地消纳，缓解了废石场库容压力，并节约了提升和运输废石所产生的能源消耗。从开采源头控制固体废物的资源化利用，减少废石外排，相对延长了废石场的服务年限。

长期堆存在蒋家沟废石场的废石容易造成环境污染。利用采空区排放采矿废石，有助于地表生态环境恢复，从消极的后期治理转为积极的源头控制，实现可持续性发展。

1 可利用采空区概述

铅硐山矿主要采用分段空场法和浅孔留矿法采矿法，采空区采用崩落围岩充填处理，地表允许塌陷，因而，采场回采结束后很难找到可利用的采空区。随着开采中段的下降，矿体侧伏角变缓，当开采到1 280 m中段时，矿体端部的侧伏角小于上覆围岩的稳定堆积角，使得端部采空区暂时不被围岩充填。基于这种情况，及时对采空区进行研究，留置部分间柱暂时不回采以隔断上覆围岩而保证回采空区的安全存在，然后对其加以充分利用，以最大限度的排放井下废渣。见图1采空区纵剖面图。

该研究利用1 230～1 330m之间的采空区分为两部分：1280中段已有的采空区和1230中段潜在的采空区。1280中段1号矿体9间柱以西为一连续采空区，空区顶部最大高程为1 315 m，对应上部1330中段10采空区为一宽4 m、长20 m、高20 m的锥形状，对应下部1230中段是潜在采空区。1280中段及1230中段可利用空区边缘暂时留置滞后回采的间柱以保证足够的排放空间，并保证上部排放废石作业的安全。

2 利用采空区排放废石方案简况

在9采空区顶部与1330中段之间开掘溜渣井，在1330中段布设排渣硐室和排渣线路。井下废石汇集到1330中段后，一般由3t架线式电机车牵引0.5 m3翻转式矿车运至溜渣井上口处，采用人工翻卸，将废石排入采空区。见图2工程平面图。溜渣井上下口位于矿体下盘灰岩中，稳固，无裂隙水和溶洞，其断面规格2 m×2 m、垂高24.8 m、倾角70°。溜渣井上口设计有卸矿坑，并安装格筛，起到安全防护作用。卸渣硐室规格6 m×4 m，其周围安装护栏设施。排渣线路大部分利用已有巷道。

3 利用方案安全评价

根据铅硐山矿围岩性质，构造特征，矿体的倾角、厚度、长度及矿床的埋深和选用的采矿方法确定移动角：上盘60°，下盘65°，侧翼70°，并确定移动范围。1280-1-9采采空区最大高程为1 315 m，根据应力分布，在空区顶部15 m岩层内形成一定的承压拱。在一定时期内，空区顶部的岩层是稳固的，不会自然跨落。

随着中段开采下降，1230-1-9采成为潜在采空区，与对应上部1280-1-9采采空区形成一连续采空区，据上下盘岩石移动角，圈定空区顶部岩层承压拱的范围。通过现场调查，空区顶部的岩层是稳固的，溜渣井及相关措施工程是安全的，可以往1230-1-9采采空区排放废石。

4 可利用采空区空间计算

根据崩落围岩自然安息角（38°），确定废渣堆积的斜面，再结合矿体的采幅范围来计算采空区的体积大小。据空区纵剖面图及横断面图来计算采空区的体积。

4.1 1280中段已采空区

V1=S×K=784 m2×11.68 m=9 157.12 m3

F1=V÷X=9 157.12 m3÷1.75=5 232.64 m3

式中：V—充填空间体积（m3），S—纵剖面空间面积（m2），K—横断面空间宽度（m3），F—排放岩体实方量（m3），X—松散系数，取值1.75。

4.2 1230中段潜在采空区

1230中段10采：

V2=S×K=1 190 m2×6.31 m=7 508.9 m3

F2=V÷X=7 508.9 m3÷1.75=4 290.8 m3

1230中段9采：

V3=S×K=3 002 m2×23.3 m=69 946.6 m3

F3=V÷X=69 946.6 m3÷1.75=39 969.48 m3

V总=V1+V2+V3=9 157.12 m3+7 508.9 m3+69 946.6 m3= 86 612.62 m3

F总=F1+F2+F3=5 232.64 m3+4 290.8 m3+39 969.48 m3≈ 4.9万m3

经计算可知，最终可利用采空区空间为8.6万m3，可排放废石岩体量为4.9万m3。

5 经济性分析

该研究利用井下采空区排放废石方式与目前矿山井下废石外排方式进行可比性分析，可以了解它的经济性。

方案1：利用采空区排放废石

废石集中到1330中段后，由电机车牵引运输至溜渣井排废硐室处，采用人工翻卸，将废石排入采空区。运输线路大部分利用已有工程，新投入的工程量很小，如卸渣硐室、调车场、局部弯道、溜渣井等。

方案2：运往坑外后倒运至废石场

废石集中到1330中段后，由电机车牵引运输至1330坑外临时堆渣场，然后采用汽车倒运至2号格栏坝上部的废石场内。坑口现有锚桥及相关措施工程，外排的废石包含人工翻渣、铲车铲运、大车二次倒运等整个工作。两种方案比较见表（表1）：

通过以上综合分析比较可以看出，利用采空区排放废石，最大限度地降低废石外排，减少对环境的污染，同时相对降低了废石排放成本，带来一定的经济效益。

6 结语

铅硐山铅锌矿对矿山井下采场废石排放方案进行了优化比较，最终确定利用采空区排放废石，该方案成分利用了井下已有空间就地消纳废石，减少了固体废物外排对矿区生态环境的影响，达到了人与自然的和谐共处。因此，矿山企业技术人员应该借鉴该技术方案，在确保矿山安全生产和经济效益的基础上，应尽可能利用井下现有设施对采矿空区加以利用，这不仅符合国家绿色矿山建设的目标要求，而且也最终实现了经济、环境和社会效益的有机统一，意义重大。

参考文献

[1] 彭兆德.采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，1991.

[2] 解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[3] 陈国山.采矿技术[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[4] 孙政权，侯丽伟.井下废石对地表零排放系统工程[J].有色矿冶，2011，27（5）：10-12.