作者：王先锋
来源：《科技创新导报》 2015年第7期
王先锋
(中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司 河北秦皇岛 066000)
摘要：以某典型中小型金矿山的采空区为研究背景，结合空区特点提出了封堵治理方案，矿山严格按着设计方案进行操作，可以满足安全要求，对类似矿山有一定的指导作用。取得以下结论：(1)总结分析了矿山开采空区现状与地质及水文开采技术条件。(2)对现有采空区的安全隐患进行了分析评价。(3)提出了在地表修建护栏网、井下废弃巷道进行封闭等措施的空区处理方案。(4)制订了封堵过程中安全技术措施，并从地压管理、通风等方面给出了安全防范措施。水管堵头
关键词：中小型 金矿 采空区 处理方案
中图分类号: TD853
文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)03(a)-0175-02
1 山采空区现状与开采技术条件分析
1.1 矿山空区现状
某中小型金矿山，采区内共发现金矿（化）脉25条矿脉，其中②、③、⑤号矿脉规模较大。矿体平均厚度0.22～1.03m，倾角50°～61°。该矿在早期进行过露天民采，露天开采结束后又进行过地下开采，采用竖井-盲斜井开拓，240m中段以上大部分已经形成了采空区，目前在420m、440m中段还有局部地段在进行零星开采，矿山已在210m、180m、150m中段做开拓工程。
矿山已开采多年，采矿方法为沿巷道式浅孔留矿法开采，240m以上采空区分布较广，呈不连续状，采空区大小不等，最大的采空高40m，采空高2～40m不等，大部分在15～20m之间。240m中段，矿块长度40～50m，矿块高度不等基本为10～30m，间柱宽6m左右，采用脉外巷道，每隔8m设一条采矿进路，采用人工装矿。矿山采取封堵和充填措施对340m、380m、400m中段采空区进行了处理，充填材料为下部掘进和采准产生的废石，其它中段均为封堵式处理。该次方案设计是针对已处理的采空区处理措施进行完善，并对240m中段以下开采后的空区提出处理措施。
1.2 开采技术条件
矿体围岩为变闪长岩，极限抗压强度6～8MPa。矿体围岩因风化作用，近地表岩石裂隙发育，岩石
力学性能降低，岩石稳定性差，深部岩石节理、裂隙不发育，岩石完整，致密坚硬，力学性能很高，岩石稳固性较好，工程地质条件属简单类型。
巷道内未见涌水现象，见有滴水、渗水。采矿时地下水全部汇集到水仓之中，然后通过水泵将水直接排出井下采场，水文地质条件属简单类型。
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2 采空区安全隐患分析
2.1 240m中段以上采空区安全隐患分析
该矿山已开采多年，240m以上其存在的采空区暴露面积时间较长，地压将不断增加，会出现采空区局部冒落、矿柱变形破坏、相邻作业区采场维护困难等地压现象，有可能从高应力（特别是拉应力）部位或岩性较差、地质结构发育部位为突破口，发生大面积突发性冒落和岩石移动，给下部生产和安全带来严重后果。
2.2 240 m中段以下采安全隐患分析
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240m下部矿体开采时的主要危害因素是来自240m以上存在的采空区，一旦上部采空区发生大面积突发性冒落和岩石移动，给下部生产和安全带来严重后果。因此只有处理好上部采空区以后，才能开采下部矿体。
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内六角螺栓 矿山采用浅孔留矿采矿方法，该方法属于二步骤回采法，即矿块划分为矿房和矿柱。矿柱是用来限定采场顶板的暴露面积，维护采场地压的。一般先采矿房，后回采矿柱并同时处理采空区。
3 采空区处理方案
针对矿山开采状况，设计通过对新老采空区的大小、分布特点结合地区的地质条件，确定对采空区均采用封堵方式进行处理。
3.1 老采空区处理方案
矿山原有井下各中段采空区规模均较小，并呈不连续状，对空区起到了支撑作用，由于矿体厚度较薄，形成的采空区宽度较小，待采空区内上盘岩石自行冒落后可充填采空区。开采结束后必须对所有能进入采空区的通道进行封堵，封堵墙采用钢筋砖混结构，厚度不得小于1.0m，底部设置泄水孔，并设置警示标志，禁止人员进入。为保证安全生产，原有井巷工程均不再利用，采取封闭处理措施。
3.2 240m中段采空区处理方案
矿山在开采240m以下矿体时，首先需要处理240m采空区，处理方式与上部一样，仍采用封堵的方式处理，在做好治理采空区的同时，做好240m采空区的密闭工作。
一般倾角为急倾斜的矿体需要在巷道内铺设缓冲垫层，以缓解突然坍塌产生的冲击波危害，由于该矿为倾斜矿体，塌落的顶板岩石只能在矿房内产生堆积不会对巷道产生冲击，因此对下部生产不会产生影响。
240m中段是下部各中段的运输枢纽地区和回风巷道，在该中段有盲斜井的绞车硐室、车场等工程，需要长期保留该中段巷道，因此该中段开采结束后，要及时封闭各采场进路，以阻挡废石，保障240m平巷的畅通。在开采结束后的矿房内充填废石，充填材料由下部中段开拓、采准产生的废石形成，这样即解决了井下废石的运距，又解决了地表存放废石的场地。空区处理完成后，在封堵墙周围设立显著的警示标志，禁止人员进入，避免造成人员伤亡和设备损失。
3.3 240m以下新采空区处理方案
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240m以下有3个生产中段，即210m、180m、150m，根据矿体赋存条件及矿山多年的生产经验，采矿方法仍采用浅孔留矿法采矿。由于该矿矿体较薄，开采结束后的空区形状狭窄，即跨度小，段高不大，这种地下空间产生顶部垮塌现象较少，特别是对于丰宁地区工程地质条件较好的金矿岩层，根据矿山对上部采空区已采取的治理措施经验，因此井下仍采用封堵式方法处理采空区。
这种狭窄空区若是垮塌首先是两边墙松散塌落，而边墙塌落后体积松散1.7倍，即边墙塌落1.8m即可充满3.0m的空区，然而这样地表大面积的塌落几乎不存在，但为了安全，可沿地表塌落界限设置栏
网，并树立警示标示，严禁人员进入空区塌落范围，地表设截水沟，防止地表水汇入。
4 空区处理安全措施
4.1 处理采空区时采取的措施
封堵之前应将空区内积水排出，封闭采空区至生产区的所有通道。疏通采空区，将空区与地表或上部老区联通，引导冲击气浪向无害处泻出，采空区与通地表的废弃竖井联通，以达到联通采空区的目的。对需要封堵的采空区内留有岩石充填，采空区内的充填材料为深部掘进时产生的废石。
设计推荐的采空区封堵墙需达到1.0m厚，采用钢筋混凝土结构，施工时在巷道底板及两壁掘防倒槽，防倒槽深度为100mm，封堵墙砌在防倒槽内，以防止封堵墙倒塌。
空区处理完成后，需在各中段封堵墙周围设立显著的警示标志，禁止人员进入，避免造成人员伤亡和设备损失。
回风井附近的采空区采取充填废石的方式进行处理。通过采空区的利旧井巷工程必须保留矿柱或砌筑人工保护柱，使其与采空区隔离。
4.2 安全技术措施
企业要严格按照采空区处理技术方案执行，严格按照设计进行施工。处理采空区施工前，必须测量详细的空区现状图，根据采空区实际情况和处理技术方案编制采空区处理施工图设计，并按照施工图设计进行施工。对于空区图纸要做好存档。
特殊岗位工种需持证上岗，严禁无证人员上岗作业。工程施工过程中，要有完整的施工安全记录和工程质量记录。施工队伍要配备专职安全员，负责工程施工中的安全检查和监督。
施工期间，制定详细的施工方案，采取有效的安全防护措施，降低对周边环境的影响。无关人员禁止进入封堵场地内。企业要安排专职水文地质人员，收录井下水文资料，尤其雨季要每天观测矿井涌水量，以根据实际需要调整排水设备。
井上下通讯必须畅通，在雨季时候如果井下涌水异常，或者遇见暴雨天气，及时通知井下人员升井。矿山在处理采空区时，需要将废石从上部中段充填至下部矿房中，施工过程中要注意安全，防止在倾倒废石时发生被矿车拖拽、牵挂的事故发生。
4.3 采空区处理过程中的安全防范措施
治理过程中需要利用部分老巷道，老巷道中存在毒气聚集，将对人身安全造成危害；施工过程中，将出现采矿浮石、粉尘、噪声等对人身健康与安全的危害。体中构造带节理裂隙发育地段，巷道掘进
过程中可能产生冒顶、片帮等，危害人身安全。通风系统不畅时，局部有害气体富集，将对人身安全造成危害。爆破后，井下通风时间未达到30分钟以上，可能造成炮烟中毒。该矿上部存在的老窿，存在时间较长，各地段积水情况不详，在进行空区治理过程中应采取防老窿、采空区突发水措施。
(1)检查老采空区时的安全防范措施,进入老巷道前，必须先采用局扇进行强制通风，防止污风、有毒气体聚积。进入老巷道前先排干巷道内的积水、清除污泥。进入老巷道之前，应首先了解井巷本身的稳定情况及周围构造物、井巷、采空区等的分布情况，废旧井巷内的空气成分，确认安全方可施工。对巷道周边的浮石应即时清理，对不稳定的巷道应采取临时支护，对已塌方、清理工作量大的地段进行砼支护。对不利用的巷道、硐室应进行导水、封闭。老巷道中严禁使用明火。封闭连接采空区的通道之前，入口处应设有明显标志，禁止人员入内。对于已经采取封堵措施的老巷道严禁开通。
(2)地压管理方面的安全防范措施,对矿柱、采空区和地表进行监测。对地压活动频繁，岩体稳定性差的地段，应先采取加强支护，在保证安全的条件下进行工作。矿山加强对各空区的顶板进行监测。发现异常及时采取应对措施。
(3)通风面的安全防范措施,掘进工作面和通风不良的采场必须安装局扇和风筒；人员进入独头工作面之前必须开动局扇，独头工作面有人作业时局扇必须连续运转；采取压入式通风时，局部通风的风筒口与工作面的距离不超过10m；风筒应吊挂平直、牢固，接头严密。
(4)处理后地表安全防范措施,加强作业地点的地压监测工作，对重大危险源点以及人员经常出入的地段定期监测，并定期做出稳定性分析及冒落预报工作。空区处理完成后，需在封堵墙周围设立显著的警示标志，禁止人员进入，避免造成人员伤亡和设备损失。在地表设立塌陷范围，并设立明显标志范围，组织有关人员对可能产生的塌陷范围定期观察。在塌陷范围设立排水沟，雨季时及时排除地表积水，以免渗入井下。
(5)处理后井下安全防范措施,开采210m中段时需在与240m中段留有隔离矿柱，隔离矿柱厚度应大于8m。开采结束后即对采空区进行废石充填处理，充填材料来自于下部掘进产生的废石。矿房开采结束后，及时充填和封堵采空区，以控制压力转移和顶板应力集中，防止围岩大面积突然崩落时产生的气浪对生产区巷道、设备和人身造成伤害。严格遵守所选用的采矿方法参数，留足和维护好顶柱与间柱，坚持合理的开采顺序。
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