钨矿山采空区废石充填法探讨

王 辉，徐绍梅

（江西盘古山钨业有限公司，江西 于都 342311）

空场法是地下钨矿山回采的基本通用方法，随着开采深度及开采量的不断加大，采空区的危害逐步显现，它容易引发地压活动给矿山生产作业造成极大威胁。为了达到消除应力集中和卸载地目的，经常采用放顶贯通地表、崩塌采场两帮和顶底柱等方法处理采空区。现实发现这些方法只对上部的采空区作用明显，随着采区不断下移越不适用[1]。相比较而言，废石充填法效果更明显，成本更低，工艺更简单，更适合地下钨矿山推广应用。

1 采空区治理方案

根据采空区实际情况不同治理方案的制定有所差异。对于矿区上部采空区，覆盖层较厚、植被保护较好、地压活动不明显的区域，具有较好的稳定性，可以采取维护联合搬迁采空区地表塌陷影响范围内的工房，并在塌陷影响范围外设置围栏和警示牌的方式；而上部采空区大、围岩稳定性差的区域可采用空场崩落法处理[2]。对于矿区深部采空区，两端采空区小，分散、独立、不连续的小矿体和盲矿体形成的区域以及规模稍大但围岩相对稳定的空场，适合采用封闭法，利用隔离设施（封闭墙等）将采空区与其他作业地点的通道隔绝处理；对于两端采空区大、围岩稳定性差的区域由于矿脉富集导致地压活动明显，应力集中，而这些区域是对整个矿区生产影响极大的，就需要用废石充填法来控制地压，并优先充填主要生产区及矿脉较密集、厚大的地段。

2 采空区废石充填

2.1 充填规划

通常地压活动分为四个阶段，即初始来压阶段、破坏阶段、移动阶段和相对稳定阶段；对于地压频繁显现地段，在岩层初始来压和稳定阶段处理采空区比较安全。采用废石充填采空区主要应结合钨矿床矿脉赋存特点，地质构造复杂程度，确定充填系数；根据地压活动显现程度，可将充填采空区的区域划分为：主要充填区、次要充填区和一般性充填区。对于采空区密集、夹墙薄及围岩结构较松软的区域，可列为主要充填区，充填系数应为0.6以上；较为密集但体积大、靠下盘的和比较稀疏的采空区可列为次要充填区，充填系数应为0.5至0.6；在矿脉较少、较疏、间距较大，稳定性较好的采空区可列为一般性充填区，充填系数可为0.3至0.5。

2.2 充填废石料制备

充填对于废石的要求不高，能通过充填井口到达采空区即可。但为了提高充填效果、减小沉降率，需对各级别的石块进行均匀搭配。以下是对各个石料来源的分析：①井下开拓、采准工程产生的废石。为了降低井下运矿和提升成本，可以利用该废石作充填石料，是充填料的主要来源，大概占65%左右。②井下矿石中剔除的废石。井下回采中贫化产生的废石混入到矿石中，被运送到选厂在手选工段被剔除。③选厂初碎后剔除的废石。这些废石经过选厂的初碎，块度相对较小且较均匀，有利于降低沉降率，提高充填效果，在充填料中约占20%～25%。

2.3 充填工程布置与运送

充填系统主要包括废石运输、提升和空场下料，虽较简单，但按照安全生产规定需纳入矿山生产技术计划，进行统一设计，也为了方便一线生产组织管理，在采场放空后能及时充填。

①充填溜井。废石充填溜井断面一般是矩形，要依据充填量计划确定具体规格，可垂直或倾斜布置。②采场充填井。布置在上中段靠充填采场最近的下盘沿脉巷道临近采场的一侧，充填井可设计两个或以上，间距在20m左右。③废石运输。通过竖、斜井提升或者平硐到所需地段，用电机车运送到充填溜井,下溜至各中段，由电机车运送到采空区的充填井口，卸入空场充填。

2.4 充填施工

施工前，作业人员要全面排查空场及周围情况，尤其是采空区结构参数和六面关系，以便应对施工中出现的问题，及时进行方案设计.在充填前须对采场放矿漏斗口及侧边的出口采用混凝土进行封闭，不稳定易垮塌的地段要进行加固。充填井口应设置安全防护栏，增加警示标志，以防人员或设备误入采空区导致事故。充填要按照尽量减小进入采空区废石滚动距离的原则，先从两端开始进行且超前于中间部位充填,这样可以减轻废石块度分级，减小对采场两端间柱的冲击与破坏。

3 充填效果及讨论

（1）充填效果。传统上看，似乎是胶结充填效果好，但实际上废石充填也可以有效的控制地压,废石充填可能在稳定采空区的效果上不如原岩体和胶结充填，但它也有优势。对采空区进行系统性的废石充填，可以明显控制地压活动，减少上中段采空区的垮塌和挤压变形,同时还可以降低运矿成本，减轻井下提升和平硐运输的负担，有利于矿山的生产组织和产能稳定。

（2）充填要点。石充填在解决废石排放难题的同时可以治理采空区，但是要平衡这两方面，也是有难度的。要注意参考采空区的技术条件和矿床开采，结合地压显现情况做出合理的方案设计。同时由于井下废石量有限，并不能完全满足采空区充填，因此，在实际施工中，要充分考虑安全生产各种因素，结合充填部位的轻重缓急做出合理规划。

①充填部位。重点充填应设在岩体应力集中的关键部位，比如采空区密集、地质构造弱面等地段。这些地区承受能力差、受采动影响大，在这重点充填可以更好地控制采动影响范围的扩大，使效果更加理想。②空区充填率。这项技术指标能够直接反映采空区的处理效果。有些矿山充填率在60%到70%之间，有的甚至更低。为了改善空场两帮受力状况，要合理进行充填设计，使重点区域的充填系数达到0.65及以上，普通区域也应达到0.55。③充填时间。废石充填的作用主要为了控制岩体移动及范围扩大，提高空场均匀受力能力，增强其稳定性，降低受采动的影响。在空场两帮破裂以后再进行充填将会削弱整体效果，空场两侧充填不均甚至会加剧空场的破坏，加大倒塌的可能性。因此，最好在采场放空矿石后，围岩未发生较大形变时立即进行。④施工方法。废石倒入采空区并不代表充填的完成，每个采空区的结构和内外部环境不同，不能千篇一律的施工，要针对空场具体情况的差异进行合理规划，采用正确的充填方式，尽量不要损坏采场矿柱和两帮围岩，提高充填效果。

4 结语

废石充填在某些方面会逊色于原生岩石和胶结充填，但它最大的优点是成本低、工艺简单、减少废石出窿及少用堆场，也能发挥控制地压活动和防止地表塌陷的作用，是值得推广的。只要按正确的方式作业，就能有效提高矿山安全生产水平和资源利用率，减少尾砂、废石排放及降低运输成本，促进矿山的绿色发展和生态环境恢复。