某铁矿山采空区治理方案研究

2021-05-17王俊虎

中国矿山工程 2021年2期

王俊虎

(山西中条山工程设计研究有限公司，山西运城 043700)

1 前言

随着我国经济的快速发展，对铁矿资源的需求持续增产，在此背景下对铁矿山企业提出了更高的要求。部分铁矿山由于历史原因，开采中形成了大量的采空区，其对矿山深部矿体充分开发利用形成了巨大的威胁。某铁矿山于20世纪90年代建矿，2002年5月投产，年生产规模为15万t/a、采用留矿法开采。矿山采用竖井+斜坡道联合开拓方式，坑内运输采用无轨运输，矿石分别卸入各中段矿石溜井、经溜井放至卸矿硐室装入箕斗，经主井提升至地表。截止2019年底，矿山形成大小不等的采空区共计有9个、采空区总面积约7.5万m2、总体积约62.07万m3。

为了保证铁矿山安全生产，根据国家及山西省相关规定，提出了切实可行的治理措施。

2 采空区概况及危害

2.1 采空区概况

该铁矿山采用NTS-352型全站仪及南方动态GPS(RTK)2台对矿山采空区现状进行实测。探明矿区内存在9个大小不等的采空区，其赋存范围为1 803～2 026.8 m。采空区平均高度5.05～12.13 m，矿山实测的9个采空区基本情况详见表1。

2.2 采空区影响

矿区内存在的9个采空区对矿山后续的开采，以及矿区环境均会带来较大的不良影响，主要表现以下几个方面。

表1 矿山采空区基本情况表

1) 易出现地表塌陷、地裂缝及地面沉降

矿山现有采空区的赋存标高为1 803～2 026.8 m，其距离地表平均大于≥150 m。短期来说，其产生的不良影响较小。但是随着时间的推移，采空区会逐渐塌陷影响至地表，造成地表坍塌等不良状况出现，甚至对地表的建筑物和人员造成伤害[1]。

2) 对当地水资源的影响

采空区还会对当地的水资源产生影响，这主要表现在两个方面：一是对地表径流水资源的影响。采空区的存在，特别是有巷道连通至地表的采空区，在雨季时易形成雨水倒灌，影响地表正常的河流雨水汇集。二是对地下水资源的影响。该地区的采空区均位于地下水位线以上，采空区会破坏这种原始的自然地下水补给系统，对当地水资源循环系统产生不良的影响。

3) 对当地地形地貌景观的影响

采空区若出现塌陷，会对地表地形及地貌景观产生破坏作用。这对当地的自然地貌、自然景观产生难以挽回的损失影响。

4) 对土地、植被的影响

矿区内地表覆盖物较多，主要以灌木林和疏草地为主。如果不对矿山现有采空区进行有效的处理，会破坏地表土地资源。

5) 对后续采矿的影响

采空区对矿山后续的安全生产威胁较大，可能会出现突然坍塌产生空气冲击波，破坏井下设施、设备，甚至发生人员伤亡。另外贯通地表后，井下工作面会发生突水事件，严重时可能造成大量的人员伤亡和财产损失。

2.3 采空区治理

1)利用充填法处理采空区

针对矿区9个采空区的现状，对其中19号采空区进行充填处理。该采空区距离地表大于150 m，距离地表较深。其次采空区范围小，充填量不大。经计算，需要充填废石量大约1.85万m3。这些废石全部来自以往矿山进行露天开采时堆放在地表的废石，经实地查看足以满足这些采空区的充填废石用量。

2) 利用崩落围岩对采空区进行处理

利用崩落围岩方法来充填采空区，可有效达到治理采空区的目的[2]。经过技术经济比较，决定对矿区的32号、34号及35号采空区进行崩落围岩来进行治理。为了避免采空区治理不当造成其他采空区难以施工等问题，确定治理顺序：35号-34号-32号采空区。采用中深孔爆破对三个采空区分布的平面进行排面布置，35号采空区排面布置情况如图1所示。

图1 35号采空区1913排面布置图

3) 利用联合法对采空区进行处理

当采用一种单一的方法难以达到有效治理采空区时，可采用两种或两种以上的方法来共同达到治理采空区的目的[3]。设计对26号采空区、28号采空区及30号采空区使用联合治理方法(封闭和废石充填联合法)。

具体措施：在30号采空区硐口处施工一条通往28号采空区东侧的巷道(这是由于28号采空区与30号采空区上下垂直距离较近，最薄处仅为2 m左右，人员无法进入其中进行施工)，通过该巷道往28号采空区内现存的两个矿柱内施工短巷。同时在28号采空区硐口西侧施工一条巷道，以便30号采空区进行爆破设计。由于26号采空区距离地表最深处约250 m，故对该采空区施工一条东西向的巷道，将平行的两个空区连成一片。