采空区残矿安全高效回收技术研究

吴维成，吴宝林，高松涛

（1.锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司，内蒙古 锡林郭勒 026300；2.华恒能源有限公司，山东 烟台 265700；3.山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东 烟台 261438）

锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司成立于2010年4月，其前身为锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗阿尔哈达铅锌矿，一座民营地下开采矿山，2010年被山东黄金收购。公司原为空场法采矿，2015年完成了空场法采矿向充填法采矿的技术改造，768m中段部分矿体及768m中段以下全部矿体实现了充填法开采，2017年被国土资源部授予“国家级绿色矿山”，现有采选能力3000t/d，主要产品铅精矿、锌精矿等。

1 采矿存在的问题

经过多年空场法开采，浅部中段遗留了大量的采空区和高价值矿柱，矿柱矿量占地质储量很大比重。采空区的存在，不仅会造成空区中大量矿柱资源浪费，而且随矿床开采范围不断扩展，空区围岩破坏移动加剧，导致岩体崩落，容易给矿山安全生产带来威胁[1]。因此，为保证矿山安全生产和持续稳定发展，必须尽快消除采空区隐患，遗留的矿柱资源也需要最大限度地回收。

2 采取的措施

2018年3月，矿山开展采空区治理及残矿回收研究工作，并首选768m中段7623采场采空区做为试验对象。

2.1 研究对象地质概况及周围采场情况

7623采场位于768m中段23线～27线，采用分段空场法开采，2014年结束回采，形成的采空区估算体积约31000m³。7623采场矿体呈脉状，走向北西、倾向南西，倾角42～50°，平均水平厚度12.5m，地质品位pb+zn=5.38%，赋矿原岩多为凝灰岩，局部夹有板岩，矿体上盘构造明显稳固性一般，矿体及下盘围岩较稳固。采场沿矿体走向布置，设计走向长度100m,划分两个矿房和三个矿柱，单个矿房沿走向长度36m，间柱宽度14m,中段高度40m,顶柱高度8m,矿柱矿量54273t；7623采场采空区上部对应808m中段空场法采空区，两侧为改造后的充填法采场，下部对应728m中段充填法采场，这些充填法采场均于2017年前结束回采。

2.2 采空区充填治理方案

2.2.1 高强度钢网板墙封闭采空区

在7623采场底部结构周围，构筑高强度钢网板墙，封闭采空区以及采空区通往下中段的天井。钢网板墙用以隔离阻挡空区充填时砂浆外溢，提高泄水和抗压能力，材料由圆钢、立梁、横梁、加固横梁、斜撑、冷轧钢筋网、土工布、锚固木锲组成，立梁、加固横梁材料采用热轧普通12.6#槽钢，横梁和斜撑材料采用热轧普通6.3#槽钢，冷轧钢筋网网度100mm×100mm,圆钢直径∮40mm。

2.2.2 钻孔联合采准天井充填与泄水

为实现均匀充填，消除采空区内积水量大易产生安全隐患问题，使用QZJ100B型潜孔钻机分别由808m中段和768m中段向采空区钻凿∮100mm的充填孔和泄水孔，利用已有的充填系统，在808m中段敷设充填管路，通过充填钻孔和原采场采准天井向采空区内实施充填，实现采空区内多点放砂。采空区下部充填灰砂比1∶10的分级尾砂胶结体（胶固粉∶分级尾砂），充填高度约5m,中部充填灰砂比1∶20的分级尾砂胶结体，充填高度约25m,上部2～3m灰砂比1∶6的分级尾砂胶结体接顶充填。采空区充填高度超过5m后，板墙泄水能力开始下降，这时需要利用泄水孔辅助泄水，在泄水孔上安装虑水装置，通过引水管，将空区内的充填水汇集到768m中段排水系统。如图1所示。

图1 采空区充填治理方案

2.3 矿柱回采方案

2.3.1 采矿方法选择

根据矿体厚度、矿岩稳固性及开采现状等诸因素，并结合类似矿山的开采技术经验和有关研究，选用上向进路充填法联合浅孔小分段崩落采矿法[2]进行矿柱回采试验。

2.3.2 采场结构参数

（1）矿柱采场沿矿体走向布置，矿体平均水平厚度12.5m,由顶柱和3个间柱组成，单个间柱宽度14m,回采高度32m；走向长度113m，顶柱回采高度8m,分两部分回采，前期预留3m原岩矿柱，隔离上中段采空区及存窿矿，并做为下部矿体回采的安全保护层，顶柱保护层后期采用浅孔崩落法回采。

（2）进路布置形式与几何尺寸。间柱采场进路工作面沿矿体走向推进长度14m,进路宽度3m～4m，高度3m～3.5m。根据进路法回采顶柱其顶板安全厚度的相关研究数据[2]，顶板安全厚度达到3m时，沿走向布置进路长度宜在20m～30m范围取值，进路宽度宜在2m～3.5m范围取值，综合考虑其它影响因素，确定顶柱采场进路工作面沿走向推进长度25m～30m，进路宽度2.8m，高度2.5m。

2.3.3 采准切割工程

主要有脉外斜坡道、分段巷、采场联巷、切割巷、溜井联巷、脉外溜井、人行充填井联巷、人行充填井，脉外斜坡道连接808m中段27线穿脉巷和800m、783m分段巷，规格2.6m×2.7m,坡度-17.63%，分段巷、采场联巷和分层切割巷规格2.6m×2.7m,采场联巷坡度-15%～18.53%。回采方案见图2。

2.3.4 施工顺序

（1）采空区完成充填治理后，由808m中段27线穿脉巷下掘脉外斜坡道至800m分段和783m分段，施工分段巷、采场联巷、切割巷揭露间柱矿体；施工768m中段-800m分段废石溜井、矿石溜井，施工800m分段、783m分段溜井联巷，分别贯通溜井；施工783m分段人行充填井联巷、783m分段-808m中段人行充填井，施工800m分段人行充填井联巷，贯通人行充填井。

（2）矿柱自下而上逐分层回采，先采间柱，后采顶柱。

（3）间柱由分层切割巷向矿体两翼前进式回采，同一分层内先采上盘进路，后采下盘进路。

（4）顶柱自下而上由三个分层回采，一、二分层（下面和中间分层）回采高度2.5m,三分层（顶柱保护层）回采高度3m。一、二分层分别由分层切割巷向矿体两翼前进式回采至设计边界，先采上盘进路，后采下盘进路，一分层进路回采结束后全部接顶充填，二分层最后一条进路回采结束后，不再充填，而作为浅孔崩落矿的凿岩巷道，由采场两翼向中央后退式崩落顶柱保护层。

2.3.5 主要回采工艺

（1）凿岩爆破。YT28型气腿式凿岩机凿岩，使用2#岩石粉状乳化炸药，采用分段延时起爆技术和光面爆破技术，以降低爆破对顶柱保护层和相邻进路胶结充填体的破坏，消除进路顶板应力集中。

（2）通风。采用混合式局部通风，压入式局扇将新鲜风流经分段巷、采场联巷送入工作面，污风由抽出式局扇经采场充填回风井送入808m中段回风系统。

（3）顶板管理。分层回采进路主要采用管缝式锚杆联合钢带支护，锚杆网度1.5m×1.5m。

（4）出矿。WJD-1型电动铲运机运搬进路充填法回采的矿石，1立方遥控铲运机回收浅孔崩落的顶柱保护层矿石及808中段采场的存窿矿，倒入脉外溜井，768m中段振动漏斗放矿后，电机车运输至27线主溜井卸载。

（5）充填。进路回采结束立即清理散矿，利用人行充填井，架设充填管路、安设泄水笼、构筑钢网板墙封闭进路口，对进路及时接顶充填。为充分接顶，一次充填结束后，间隔24小时再进行补充充填；上盘进路采用分级尾砂胶结充填，胶结体灰砂比1∶4，下盘进路先分级尾砂充填,后采用分级尾砂胶结充填0.4m，胶结体灰砂比1∶4，既要保证接顶，又要保证转层后设备在胶结体上安全运行。胶结充填体养护72小时后，相邻进路才允许进行回采，上中段存窿矿回收完毕，采用分级尾砂胶结接顶充填采空区，胶结体灰砂比1∶6。

（6）转层。分层结束回采并充填后，由采场联巷沿下一分层矿体底板施工分层切割巷，或采用压顶垫底的方式抬高采场联巷至下一分层矿体底板水平，施工分层切割巷，控制下一分层矿体，进入下一分层回采。

3 取得的效果

经过3年多的研究实践，充填治理采空区，有效控制和管理了地压，消除了采空区隐患，安全高效经济地回收了资源，实现利润459.8万元，促进矿山持续稳定性发展。

4 结语

阿尔哈达公司经过多年的空场法开采，遗留的采空区和高价值矿柱，既不利于地压管理，又影响矿山持续稳定性发展，通过采取构筑高强度钢网板墙封闭采空区、施工充填泄水钻孔、分级尾砂胶结充填等措施治理采空区，选用上向进路充填法联合浅孔崩落法回采工艺，遥控出矿，安全高效经济地回收了资源，促进了绿色环保矿山建设，社会、经济效益双赢，为本矿山回收残矿提供了技术支持,也为同行业类似矿山提供技术借鉴。