浅析阶段矿房法采空区处理的方法

浅析 阶段矿房 法 采空区处理的方法

佟兴东、韩金喜、于春华、崔志强

凌钢股份北票保国铁矿有限公司 辽宁省北票市 122104

摘要：凌钢股份北票保国铁矿有限公司黑山矿区进行地下开采铁矿石，采用竖井开拓，采矿方法主要为分段凿岩阶段矿房法，随着矿房内矿石的采出，形成采空区。

关键词：采空区；间顶柱；爆破；

1、开采技术条件

1.1水文地质条件

矿区水文地质勘探类型属于以裂隙含水层充水为主、顶底板直接进水、水文地质条件中等的裂隙充水矿床。主要矿体位于当地侵蚀基准面以下，但附近地表水不构成矿床的主要充水因素，主要充水含水层、构造破碎带富水性中等，地下水补给条件差，水文地质边界较复杂。

黑山矿区地下开采系统水文地质条件属中等类型。

1.2工程地质条件

矿区地层总的来说是一个单斜构造，走向NE40°～50°，倾向SE。在单斜构造中部形成黑山区向斜构造。向斜构造被很多断层破坏，主要是西北向及北东向的高角度断层，对矿体有一定破坏作用。

矿体及顶底板围岩稳定性：黑山矿区矿体为磁铁石英岩矿层，矿体顶板及北端围岩主要为混合岩，局部夹斜长角闪岩；矿体底板及南端围岩主要为混合岩。均为前震旦系建平群中深变质岩系，属坚硬和半坚硬岩石，稳定性较好。

1.3环境地质条件

矿区存在地表部分区域已塌陷；矿山地表形成的塌陷区对地质环境有一定的破坏；矿区地下水污染主要为井下生产凿岩钻孔产生的较少废水，对地下水污染基本无影响；矿山在采矿及运输过程中造成一定的粉尘污染；采矿对地质环境破坏较大。

2、采空区分布情况

2.1采空区分布、范围、标高及体积

根据实测采场现状，矿区现有1处采空区，分布在216、217、218、219采场。

216采场采空区底板标高约为+215m水平，顶板标高约+239m水平，采空区水平投影面积约580㎡，采空区体积约为12760m³。

217采场采空区底板标高约为+225m水平，顶板标高约+239m水平，采空区水平投影面积约183㎡，采空区体积约为4026m³。

218采场采空区底板标高约为+210m水平，顶板标高约+239m水平，采空区水平投影面积约395㎡，采空区体积约为8690m³。

219采场采空区底板标高约为+200m水平，顶板标高约+239m水平，采空区水平投影面积约266㎡，采空区体积约为10374m³。

矿山地下采空区总体积约35850m³。采空区总体规模较大，空区情况比较复杂。

2.2采空区顶、底板岩性特征

矿体顶板及北端围岩主要为混合岩，局部夹斜长角闪岩；矿体底板及南端围岩主要为混合岩。均为前震旦系建平群中深变质岩系，属坚硬和半坚硬岩石，稳定性较好。

矿区采场内存有采空区，受矿房回采影响，矿体及其顶、底板围岩稳定性和稳固性减弱，应引以注意。同时要加强地压监测，发现异常要及时采取相应措施。

2.3采空区现状

根据矿山开采现状，矿区内因矿房回采形成的采空区面积和高度不大，顶底板围岩主要为混合岩，岩石完整性较好，节理裂隙弱发育，岩石局部破碎，岩体完整性较好。

该矿未发现采空区大范围围岩塌落，采场间顶柱较稳定。

3. 采空区治理方案

3.1采空区冒落形式分析

该矿山矿体为缓倾斜的薄～中厚矿体，其主要的冒落危害来源于顶板冒落。

采用阶段矿房法进行开采，随着开采深度的增加，顶板暴露面积加大，整个空区顶板围岩就形成一个周边固定的“倒锅”或“平板”(切一剖面则可以把顶板视为一简支梁)，这个简支梁是由多种岩层组合而成的。在岩体自重和因开采而产生的次生应力场的共同作用下，它将产生向空区自由面的弯曲变形并发生应力性质的改变。当暴露面积过大，顶板围岩因所受的拉应力超过岩体的抗拉强度时，就会发生破坏、冒落；或因爆破振动影响造成空区顶板冒落时，这时空区顶板遵循冒落拱理论，即在直接顶板的上方承受着一个有限区域的岩体自重所产生的压力，直到冒落一定厚度的顶板重新达到应力平衡为止。

根据普氏理论，巷道或采区开采后，其顶板将形成抛物线型的三拱带。在坚硬岩石中，其顶部承受垂直压力，侧帮受压较小，形成自然拱；在比较松软的地层中，其顶部及侧帮均有受压现象，形成压力拱；在松软性的地层中，采空区侧壁崩落后的滑动面与水平的交角等于松软岩石的内摩擦角，形成破碎拱。

3.2采空区治理方法选择

采空区治理方法主要有以下几种：

1）崩落矿岩治理采空区；

2）充填料充填采空区；

3）封闭、隔离采空区；

4）联合治理采空区。

综合考虑黑山矿区的采空区现状情况、矿山工程地质条件及地表周边环境，同时对各种采空区治理方法进行了详细的比较后，黑山矿采空区采用崩落间顶柱治理采空区的方法较为合理。

3.4采空区治理实施方案

为避免采空区因大面积暴露和控制一次装药量减小爆破振动，黑山矿区依照采场布置方向，由南向北依次把采空区分采场爆破崩落间顶柱。

结合黑山矿区采空区的分布特点，利用采场现有的+243m水平巷道，施工采场顶柱大孔，孔径是100mm，孔底距3m。在顶柱大孔施工完成后，进行采场爆破间顶柱的准备工作，采场采出矿岩量满足间顶柱爆破所需空间；根据间柱的已有中深孔数据，对钻孔进行复查，发现不能使用或堵塞的钻孔及时采取措施。

3.5治理采空区的安全保障措施

1）矿山空区形态危险，在治理过程中必须做好测量、检查工作，对所有与空区相通的巷道进行及时的检查防护。

2）在治理过程中必须严格按照矿山安全规程及设计的要求进行施工。

3）为了保证采空区治理的安全性，矿山要成立专门的采空区治理队伍，制订严格的操作规程，并要加强采空区治理现场管理。

4）在空区治理过程中必须及时的对现有采空区间顶柱进行监测，发现危险，应及时撤离人员及设备。

5）在采空区治理过程中，应严禁人员进入空区内进行作业。

结语：采空区处理时采矿生产中的一项技术难题，采空区治理施工过程复杂、周期长、工程量大、投入人力多、一次爆破消耗炸药量大、作业危险因素多、危险性大，需要在施工作业前制定周密的施工预案，严格按预案有序组织施工，确保安全、及时地完成采空区处理，保证矿山安全生产。