石人沟铁矿地下-60m中段采空区处理方法探讨.pdf

S e r i a l No． 49 7 S e p t e mb e r ． 2 01 0 现代矿业 M0RDEN MI NI NG 总 第4 9 7期 2 0 1 0 年 9月第 9期 石人沟铁矿地下 一 6 0 m 中段采空 区处理方法探讨 张国庆 刘海林 ， 。 1 ． 河北钢铁集团矿业有限公司； 2 ． 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司； 3 ． 金属矿山安全与健康国家重点试验室 摘要 针对石人 沟露天转地下后首采中段 一 6 0 m水平的采空区现状以及周边环境特点 ， 对采 空区的处理方案进行 了探讨， 确定以充填为主， 崩落为辅的充填处理方案 ， 并利用 C MS进行 空区探 测后 ， 建立 一 6 0 m以上三维现状图进行 了实施。 关键词 采 空区处理 ； 三维建模 ； 充填； 崩落 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 9 1 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 4 - 6 0 8 2 2 0 1 0 0 9 - 0 1 1 2 -02 石人沟铁矿建设初期露天开采 ， 于 2 0 0 3年转入 地下开采。转人地采后 ， 主要采 矿水 平在 一6 0 m。 一 6 0 m中段 以 l 6线为界分为南、 北两个采 区， 采矿 方法以浅孔留矿法为主 ， 分段空场法为辅 ， 采矿后空 区未进行处理 ， 在 0 m和 一 6 0 m两个水平遗 留了大 量采 空 区， 南 区 部 分 采 空 区 已开 始 塌 陷。 目前 一 6 0 m 水平也即将采完 ， 下部水平设在 一1 8 0 m， 采矿 方法为上向分层充填法 ， 充填站建设在二期 副井西 部 ， 目前正在建设中。 矿山原有露天边坡 ， 0 m空 区、 一6 0 m空 区都没 有处理 ， 空区存在不仅直接影响露天边坡稳定性 ， 而 且对下部矿体安全开采也构成 巨大威胁。 1 石人沟铁矿采空区处理方案分析 1 ． 1 采空区处理分类 根据采空 区的不 同特征及处理要求 ， 目前 国内 采空区处理方案可分为以下几类 ①崩落围岩 包括 爆破强制崩落和 自然崩落； ②充填采空区 包括废石 充填、 尾砂充填 、 胶结材料充填等 ； ③支撑采空区 包 括留自然矿柱、 人工砌矿柱等； ④封闭采空区 砌筑 密闭墙 ， 将采空区与工作区隔开 ， 以避免采空区塌落 的气浪危害 。 1 ． 2 石人沟铁矿采空区处理 石人沟铁矿采空区处理主要的 目的 ①露天边 坡保证稳定； ② ⋯ 6 0 1 2 0 m中段矿体的安全开 采 ； ③雨季大气降水不会流入井下； ④应尽可能多的 回收矿柱以及边角残矿。 1 ． 3 石人沟铁矿采空区处理 的经济、 安全问题分析 1 崩落 围岩。可更 多地 回收矿柱 和边角残 矿 ， 也可彻底消灭采空区危害， 经济上成本最低 。但 张国庆 1 9 6 4一， 男 ， 部长 ， 高级工程师 ， 0 6 3 0 0 0河北省唐 山市。 1 1 2 崩落采空区会造成塌陷， 周 围区域会发生大面积岩 移。此种方法可在石人沟南区矿体边界部分采空区 处理时选用 ， 南区的地表 已做排土场用 ， 采空区围岩 崩落对于露天边坡没有太大影响， 而且上部已有很 厚的隔离层 ， 大气降水不会对井下造成太大的威胁 。 此类采空区若采用充填处理 ， 采空区位置远离充填 站 ， 充填费时费力 ， 经济不合理。 2 支撑采空 区。根据矿 山 目前的情况， 若采 用此类方法只能是砌筑人工矿柱 ， 该矿井下采空区 体积巨大 ， 最大的体积接近 3万 m ， 高度可达 4 0多 米 ， 砌筑人工矿柱困难 。而且处理后空 区内的残矿 回收困难 ， 不能保证空区长期处于稳定状态。 3 封闭空 区。 一6 0 m 中段采 矿已近尾声 ， 将 空区封闭处理 ， 可以暂时降低空 区突然 冒落对于临 近采场的威胁。但采用该种处理方式 ， 隐患依 旧存 在 ， 不宜应用。 4 充填 采空 区。石人 沟尾矿 库库容 即将 用 完 ， 扩容征地 困难 ， 而且尾矿库也是地表重大危险 源 ， 因此下部矿体采用充填法开采 ， 充填站已经接近 建成 ， 充填的外部条件非常有利 ， 而且充填处理空区 一 劳永逸 。 经过上述分析后认为， 石人沟铁矿井下采空区 处理方案主要是充填为主 ， 崩落为辅 。根据各个采 空区不同特性 ， 选择不同的处理方法 。 2 石人沟铁矿采空区的充填与崩落方案 2 ． 1 空 区实测 经过调查后 ， 石人沟铁矿井下南区、 北区采空区 数量达 1 2 8个 ， 自南向北逐个利用 C M S进行 3 D扫 描 ， 在 3 mi n e内建立起采空区三维实体模型。 2 ． 2 井下现状的三维建模 主要内容包括巷道工程 0 、 一 6 0 m的巷道 、 矿 张国庆 刘海林 石人沟铁矿地下 一 6 0 m 中段采空区处理方法探讨 2 0 1 0年 9月第 9期 体 、 大型构造等。然后将空区 、 矿体 、 巷道合成一体 ， 一 6 0 m以上的现状三维可视 ， 空 区的空间位置一 目 了然 。 2 ． 3 崩落或充填方案制定 2 ． 3 ． 1 南 区某 空 区 如图 1所示 ， 目前顶部最高标高为 一3 3 m， 距离 0 m巷道较远 ， 若 采用崩落 围岩处理 ， 在 0 m水平布 孔显然 已经不合理 ， 因此需要在 一6 0 m水平矿体下 盘凿天井至空区上部 ， 然后开挖凿岩硐室 ， 利用水平 扇形炮孔进行爆破放顶 ， 天井 以及硐室的施工位置 坐标根据空区空 间形态确定 ， 在此模型的基础上进 行爆破方案设计 ， 爆破效率及其炮孔有效利用率将 大大提高 。 图 1 南 区某 空区 Y方 向 3 D图 2 ． 3 ． 2 北区某空区 利用充填法进行处理 ， 采空区模型见 图2 、 图 3 。 图 2 南区某空区群 立体 Y方 向 3 D图 图 3 南区某空区群 立体 一 方 向 3 D图 采空区要求充填接顶 、 充填体能够保持很好的 稳定性。充填体稳定性主要是 由充填料配比和充填 空间的形状等决定。充填接顶可以由计算空区体积 确定充填料量 ， 将充填管道布置在空 区最高点进行 充填 控制 。 北区某地段 一6 0 m水平有 4个空区 ， 该地段 向 上对应 0 m水平 1 8 穿 脉。充填方 案设计前先在模 型中查询 1 空区最高点坐标 ， 将该坐标投至 0 m水 平 ， 然后在 1 8 穿脉中掘进充填管道 巷道至该坐标 位置 ， 在该坐标处 打充填钻孔与排气孔进 行充填。 在模型中可以计算出充填量 ， 便可判断空区充填是 否已经接顶 。 图 4 、 图5为 1 空区的充填三维立体 图， 可以看 出充填巷道和充填钻孔 只要是现场环境能够允许施 工 ， 其具体设计方案可以很方便 、 迅速地实施 。 图 4空区巷道布置 y 立体图 图 5空区充填钻子 L 布置 z 立体 图 3结语 1 根据空区处理的要求不同 ， 石人沟铁矿不 同地段的采空 区选择不 同的处理方案 ， 主要是以充 填为主 ， 崩落为辅。 2 空区有效的处理方案制定前提是必须对空 区形态精确掌握， 可借助激光 3 D扫描系统 C MS进 行扫描 ， 然后利用 3 D mi n e或 S u r p a c等三维矿业软 件对空区现状进行三维可视化建模。 3 根据空区模型 的周边巷道状况 以及具体坐 标 ， 设计具体 的施工方案。崩落空区围岩主要是选 择合适的凿岩硐室地点 ， 确定合适的充填钻孔布置 点。 参考文献 [ 1 ]谢世 俊． 金 属 矿床 地 下 开采 [ M] ． 北 京 冶金 工 业 出版 社 ． 1 9 8 4 ． [ 2 ] 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， 2 0 0 9 8 1 9～ 2 2 ． [ 3 ] 南世卿 ， 李 东生． 露天转地下矿 山地 质环境治理与 生态恢复规 划研 究[ J ] ． 现代矿业 ， 2 0 0 9 7 9～1 3 ． [ 4 ] 张 东方． 露天空区处理工艺技术方 法探 索[ J ] ． 金属 矿 山， 2 0 0 9 7 2 4～ 2 6 ， 7 6 ． [ 5 ] 田泽军 ， 周会 志． 对石人 沟铁矿采空 区处理方法的探讨 [ J ] ． 金 属矿 山， 2 0 0 8 1 2 1 5 7～1 5 9 ． 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 6 ． 1 3 1 1 3