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摘要：松江銅礦從1969年開始建設(shè)，目前生產(chǎn)規(guī)模為1000t/d，33萬t/a。井下淺部為銅鋅礦體，為目前主要開采礦體。礦山主要采用淺孔留礦法開采，經(jīng)過40多年的生產(chǎn)，淺部銅鋅礦體基本采完，進入殘采階段。因此，礦山采空區(qū)治理是礦山生產(chǎn)延續(xù)的前置條件。

關(guān)鍵詞：銅礦；淺孔留礦法；采空區(qū)

礦山采空區(qū)分布情況復雜，如果調(diào)查不清，加上難以控制，極容易造成采空區(qū)失穩(wěn)，而采空區(qū)失穩(wěn)容易危害性較大的礦山地質(zhì)災害，影響造成經(jīng)濟損失，重者造成人員傷亡及巨大的經(jīng)濟損失，嚴重影響到人民群眾的生命財產(chǎn)安全。如何在保證采空區(qū)穩(wěn)定的前提下，進行鎢鉬礦體的安全開采，既要保證礦山生產(chǎn)的平穩(wěn)過渡，又不能發(fā)生地質(zhì)災害，是礦山目前面臨的最大問題。采空區(qū)的穩(wěn)定性研究及其治理方案選擇是礦山必須要解決的問題。同時，淺部及深部銅鋅礦體開采面臨枯竭，亟需開展深部下盤鎢鉬礦體的開采，以延續(xù)礦山服務(wù)年限。下盤鎢鉬礦體開采時，由于上盤銅鋅礦體采空區(qū)的存在，空區(qū)會對開采產(chǎn)生影響，同時下盤礦體的開采也會影響上盤空區(qū)的穩(wěn)定性。因此，深部鎢鉬礦體開采時，采礦方法的選擇、礦體開采和上盤空區(qū)相互影響研究，對保證礦山安全生產(chǎn)、促進礦山可持續(xù)發(fā)展的具有重要意義。

1采空區(qū)現(xiàn)狀

1.1采空區(qū)分布

礦山從1969年開始建設(shè)，目前生產(chǎn)規(guī)模為1000t/d，33萬t/a。井下淺部為銅鋅礦體，為目前主要開采礦體。深部為鎢鉬礦體，尚未開采。礦山主要采用淺孔留礦法開采，經(jīng)過40多年的生產(chǎn)，淺部銅鋅礦體基本采完，進入殘采階段。因此，深部鎢鉬礦體的開采是礦山生產(chǎn)延續(xù)的必然趨勢。由于+90m中段（六中）以上的礦柱回采結(jié)束后，上盤圍巖一直沒有及時崩落。地表局部已出現(xiàn)凹陷，但尚未冒透至地表。經(jīng)過統(tǒng)計核算，井下采空區(qū)共計約311.01萬m3，92%的空區(qū)集中在5個比較大的區(qū)域內(nèi)。為便于描述，分別將這5個大型空區(qū)命名為1#空區(qū)（綠色區(qū)域，原8號銅礦體13線至0線區(qū)域和原49號銅礦體區(qū)域）、2#空區(qū)（紅色區(qū)域，原17號銅礦體區(qū)域；藍色區(qū)域，原43#、44#及8#南翼銅礦體區(qū)域，主要位于+210m～+10m中段，3-2#勘探線~0#勘探線之間）、4#空區(qū)（棕色區(qū)域，主要位于+50m～+330m中段，1#～6#勘探線之間，即原8#銅礦體1線至6線區(qū)域）、5#空區(qū)（洋紅色區(qū)域，主要位于+130m～+330m中段之間，6#～8#勘探線線之內(nèi)）其他零散空區(qū)，由于規(guī)模較小，不列入分析范圍。1號空區(qū)分布范圍最廣、空區(qū)體積最大、產(chǎn)狀最復雜。以1#線為界，1#線以東的1號空區(qū)主要由東部原六個采場采完后形成，部分區(qū)域貫通上下中段。但由于爆破作業(yè)不到位，導致部分區(qū)域頂?shù)装寮伴g柱崩落不徹底，形成懸臂梁，將礦巖卡住。尤其頂板欠挖嚴重。同時，由于懸臂梁的存在，部分未及時爆破落下的礦體片幫、冒落，沿由懸臂梁形成的坡面匯入其它已貫通的采空區(qū)，堵塞其它采空區(qū)出礦進路。1#線以西的6中段7#線至13#線是所有中段1號空區(qū)暴露面積最大的一部分，整個空區(qū)基本形成一個整體，少數(shù)區(qū)域留有間柱。通過地質(zhì)資源分析可知，礦山下步開采的51號鎢鉬礦體主要也分布在1號空區(qū)下方。因此，1號空區(qū)是否能保持其穩(wěn)定性、下部礦體開采擾動對其影響是否明顯，將成為礦山是否能安全生產(chǎn)的重點。采空區(qū)平面圖見圖1。

1.2目前采空區(qū)治理情況

為了防止上部大量空區(qū)圍巖突然冒落的危害，礦山根據(jù)井下實際情況，于1997年10月提出了《松江銅礦采空區(qū)處理方案》，方案主要內(nèi)容為“不開天窗，不崩落圍巖，井下西沿將+170m中段底柱+130m中段頂柱留作保安隔離層，東沿用+210m中段底柱和+170m中段頂柱做隔離層，同時保留部分礦石做墊層，封閉與空區(qū)相聯(lián)系的巷道，使空區(qū)與井下設(shè)施相隔絕。”為落實上述方案，礦山已將50m中段以下1#采空區(qū)13-15線至5線在生產(chǎn)過程中，已用廢石充填結(jié)束的部分采空區(qū)與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉，90m中段以下7線至1線1#采空區(qū)在礦山日常生產(chǎn)過程中已用廢石進行充填，充填結(jié)束并與中段主運巷道相連的穿脈進行了漿砌石封閉。保證每一個采空區(qū)都形成了20m以上的保護層，避免礦山生產(chǎn)時爆破產(chǎn)生的振動將其破壞；為了保證安全，對+50m中段以上部分石門進行了漿砌石補加封閉，確保主井、副井、風井及各系統(tǒng)安全。對生產(chǎn)中段+10m中段生產(chǎn)結(jié)束的穿口進行了圍巖崩落，同時保證空區(qū)墊層20m以上，穿口進行了漿砌石硬封閉，保證沖擊波不會摧毀。

2治理方案

國內(nèi)外礦山空區(qū)處理方法大致有五種：崩落圍巖法、充填法、支撐法、封閉隔離法以及聯(lián)合法處理空區(qū)。結(jié)合礦山現(xiàn)場實際情況，在實際空區(qū)治理過程中，需根據(jù)礦山實際情況，如礦石價值、技術(shù)條件、施工能力等綜合考慮，選擇合適的治理方案。

2.1空區(qū)治理方案

1#空區(qū)為礦區(qū)第一大的空區(qū)，為原8號銅鋅礦體開采完所形成。1#采空區(qū)經(jīng)過一期充填治理后，形成3個獨立采空區(qū)，這3個采空區(qū)體積分別為32.96萬m3、89.06萬m3、10.42萬m3。每個采空區(qū)體積均小于100萬m3，為了下一步鎢鉬的開采更安全可靠，將與之開采可能有擾動關(guān)系密切的32.96萬m3的采空區(qū)繼續(xù)進行廢石充填至170m中段隔離層位置，其他2個獨立采空區(qū)距離鎢鉬開采較遠，采用混凝土擋墻+崩落圍巖封堵治理。在目前市場價格下，采用隔離礦柱的方法需要成本最小，同時工藝較為簡單。設(shè)計在長沙院“留設(shè)15m3隔離礦柱”的方案基礎(chǔ)上，增加了采用廢石對該空區(qū)進行部分充填及部分聯(lián)通空區(qū)的巷道封堵等聯(lián)合法治理1#采空區(qū)的方案，截至目前，已經(jīng)充填空區(qū)33萬m3，企業(yè)將繼續(xù)進行充填1#采空區(qū)至170m中段的留設(shè)隔離層位置。通過以上幾種方案同時治理1#采空區(qū)，1#采空區(qū)能夠達到穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2空區(qū)治理方案

2#空區(qū)為該礦山第二大空區(qū)，為原17號銅鋅礦體開采完所形成。6號空區(qū)主要位于-30m～+210m中段之間，2#～9#勘探線線內(nèi)，空區(qū)體積約為75.58萬m3。2號空區(qū)技術(shù)上可行的治理方法主要有封閉采空區(qū)、充填法、留隔離層和聯(lián)合法四種。由于2號空區(qū)對本次設(shè)計鎢鉬礦體開采影響較小，考慮到礦山實際生產(chǎn)情況及經(jīng)濟效益，推薦采用封閉采空區(qū)法治理。

2.3采空區(qū)治理方案

3號采空區(qū)為原8#南翼、43#、44#銅鋅礦體采后形成，體積約為17.81萬m3，主要位于+210m～+10m中段，3-2#勘探線線~0#勘探線之間。通過分析可知其安全穩(wěn)定性為三級，較穩(wěn)定。但由于3號空區(qū)位于1號、2號空區(qū)中間，開采擾動后，地應(yīng)力重新分布對其影響較大，考慮到安全、經(jīng)濟等各方面因素，采用封閉法處理采空區(qū)。

2.4采空區(qū)治理方案

4號空區(qū)為原8#銅鋅礦體采后形成，也是該礦山較大的空區(qū)，體積為42.33萬m3，距離下階段開采區(qū)域較遠。但由于0線至2-4線采空區(qū)地表錯動范圍內(nèi)有礦區(qū)公路，因此，這部分采空區(qū)在300m中段需要進行廢石充填，其他考慮到安全、經(jīng)濟等各方面因素，采用封閉法處理采空區(qū)。

2.5采空區(qū)治理方案

5號空區(qū)為原8#銅鋅礦體采后形成，體積約為9.85萬m3，距離下階段開采區(qū)域較遠?？紤]到安全、經(jīng)濟等各方面因素，擬采用封閉法處理采空區(qū)。根據(jù)礦山采空區(qū)的統(tǒng)計結(jié)果，5#采空區(qū)可能的最大冒落氣體速度v均小于氣流安全速度。因此，不需要像前述封堵措施一樣，僅用木板封閉采空區(qū)即可。

3現(xiàn)行措施

3.12015年以前采空區(qū)治理情況

為了防止上部大量空區(qū)圍巖突然冒落的危害，礦山根據(jù)井下實際情況，于1997年10月提出了《松江銅礦采空區(qū)處理方案》，方案主要內(nèi)容為“不開天窗，不崩落圍巖，井下西沿將+170m中段（四中）底柱+130m中段（五中）頂柱留作保安隔離層，東沿用+210m中段（三中）底柱和+170m中段（四中）頂柱做隔離層，同時保留部分礦石做墊層，封閉與空區(qū)相聯(lián)系的巷道，使空區(qū)與井下設(shè)施相隔絕?！痹摲桨附?jīng)哈爾濱市冶金工業(yè)總公司1997年12月組織專家評審，認為礦山提出的修改補充方案技術(shù)上可行，安全上可靠，經(jīng)濟上合理，提出了定期觀測、做好地表陷落范圍管理、保護好西沿通風系統(tǒng)等評審意見，評審通過了該方案。礦山已按《松江銅礦采空區(qū)處理方案》補充方案在井下+210m中段（三中）東沿，+170m中段（四中）西沿以上留有保護隔離層，東沿的+210m中段（三中）底柱和+170m中段（四中）頂柱留設(shè)為8m厚的保安礦柱，形成了與上部采空區(qū)的保護隔離層，在保護隔離層上留有20~25m厚的礦、巖墊層；礦山隨后已將50m中段（七中）以下1號采空區(qū)13~15線至5線在生產(chǎn)過程中，已用廢石充填結(jié)束的部分采空區(qū)與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉，90m中段以下7線至1線1號采空區(qū)在生產(chǎn)過程中，已用廢石充填結(jié)束的部分與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉。所有采空區(qū)都形成了20m以上墊層，保證沖擊波不能摧毀；為了更保證安全，對+50m中段（七中）以上部分石門進行了漿砌石補加封閉，確保主井、副井、風井及各系統(tǒng)安全。對于生產(chǎn)中段+10m中段（八中）生產(chǎn)結(jié)束的穿口進行了圍巖崩落，同時保證空區(qū)墊層20m以上，穿口進行了漿砌石硬封閉，保證沖擊波不會摧毀。礦山按照《08年復產(chǎn)會議紀要》要求，堅決不回采紀要提出的“四個不能采，四采四類礦段”，對空區(qū)采取“隔離柱”“墊層防護”“封堵墻”“地表隔離屏護”的措施，經(jīng)多年連續(xù)進行觀測，未發(fā)現(xiàn)有較大地壓活動跡象。

3.22015—2021年期間采空區(qū)治理情況

（1）一期采空區(qū)治理情況礦山組織浙江省蒼南縣鴻基建設(shè)工程有限公司對一期治理工程進行施工，委托黑龍江省冶金工程建設(shè)監(jiān)理有限責任公司進行監(jiān)理。2017年1-12月，礦山按照黑龍江省冶金設(shè)計規(guī)劃院編制的《哈爾濱松江銅業(yè)實業(yè)有限責任公司采空區(qū)治理工程項目設(shè)計》及監(jiān)理單位現(xiàn)場審查，通過“廢石充填崩+崩落圍巖、阻斷連續(xù)空區(qū)”的方式，在+90m中段（六中）、+50m（七中）建立充填工程，利用現(xiàn)有設(shè)備及廢石場廢渣對1號采空區(qū)進行了系統(tǒng)治理，治理采空區(qū)共計30×104m3。2018年初，相關(guān)專家對松江銅礦采空區(qū)進行現(xiàn)場探查，截止2018年1月累計治理采空區(qū)約178×104m3，測算剩余采空區(qū)體積約132.4×104m3。通過連續(xù)近四年的采空區(qū)專項治理，采空區(qū)的總量已降到132.4×104m3，分別為89.06×104m3、32.96×104m3，10.42×104m3三個不連續(xù)采空區(qū)，二期步將繼續(xù)對剩余的采空區(qū)進行相關(guān)治理，避免安全隱患的存在。一期空區(qū)治理工程完工后，哈爾濱松江銅業(yè)實業(yè)有限公司組織設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位對一期空區(qū)治理工程項目進行驗收，驗收結(jié)論為“工程符合竣工驗收條件，可以投入使用”。（2）二期采空區(qū)治理情況經(jīng)一期治理后，1號采空區(qū)還剩余132.44×104m3采空區(qū)未治理，剩余采空區(qū)分別形成3個獨立的采空區(qū)，第一個為170m中段以下、13線至7線間32.96×104m3采空區(qū)；第二個為170m以上、13線至1線間89.06×104m3采空區(qū)；第三個為210m以下、1線至2線間10.42×104m3采空區(qū)。二期對以上范圍的剩余采空區(qū)進行治理。2018年初至2020年末，礦山按照《哈爾濱松江銅業(yè)實業(yè)有限責任公司采空區(qū)治理工程項目設(shè)計》繼續(xù)對二期治理工程進行施工，并于2020年初完成全部治理工程。針對剩余三個獨立采空區(qū)利用“混凝土砌筑+崩落圍巖和混凝土砌筑”等封堵方式進行治理。同時，為了下一步鎢鉬的開采更安全可靠，礦山利用探礦、采礦掘進廢石和廢石場廢石，將與之開采可能有擾動關(guān)系密切的32.96×104m3采空區(qū)進行了廢石充填，根據(jù)礦山提供的臺賬，廢石充填采空區(qū)共計20.11×104m3，充填率約61%。二期采空區(qū)治理完成后，礦山成立驗收組，進行了自驗收，對封堵工程質(zhì)量等進行了重點驗收。

4問題和建議

（1）礦山開采多年，井下產(chǎn)生了較多采空區(qū)，目前礦山已對銅鋅老采空區(qū)治理開展了治理工作。為了確保安全，礦山仍需加強地表位移監(jiān)測和井下地壓監(jiān)測，及時掌握地表位移變化情況和井下地壓活動規(guī)律，預測預報地質(zhì)災害。（2）目前來看，新采空區(qū)無危險度極高區(qū)域，但為了后續(xù)鎢鉬礦體的開采安全，建議對新采空區(qū)進行綜合治理。（3）為減小爆破振動對封閉采空區(qū)圍巖的擾動，礦山今后開采應(yīng)采取控制爆破等必要的安全技術(shù)措施。（4）鎢鉬礦體開采位于采空區(qū)下方，為保證回采安全，留設(shè)了隔離礦柱和采場礦柱維持圍巖的穩(wěn)定性。在未采取相應(yīng)措施（如廢石充填、加強支護等）的情況下，嚴禁抽采礦柱。（5）建議礦山今后采用充填法開采，通過生產(chǎn)組織和管理，兼顧經(jīng)濟效益與安全環(huán)保同時并舉的原則，正確處理好采礦與充填的關(guān)系，減少采空區(qū)暴露面積和時間，確保礦山安全生產(chǎn)。（6）本礦區(qū)水文地質(zhì)條件屬中等類型?？諈^(qū)雖未貫通地表，但為了防止地表水經(jīng)斷層、導水裂隙帶滲入到井下，建議礦山在礦區(qū)內(nèi)采取修筑排洪溝等措施。同時，完善井下排水系統(tǒng)，避免采空區(qū)積水，生產(chǎn)過程中，堅持“有疑必探、先探后掘”的探水方針，杜絕開采過程中發(fā)生水害。（7）采空區(qū)的監(jiān)測?？紤]到鎢鉬礦體位于空區(qū)的下盤，開采的安全性勢必會受到上盤空區(qū)的影響。建設(shè)單位采用先進的微震監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測采空區(qū)的穩(wěn)定性，確保鎢鉬礦體的回采安全。微震監(jiān)測的范圍與對象為7線至11線、50m（七中）至10m（八中）標高范圍內(nèi)采空區(qū)。

作者:趙德偉 陳琪 甄東來 單位:黑龍江省冶金設(shè)計規(guī)劃院