冬瓜山銅礦采空區分布特征及充填治理方案設計

張 保 劉允秋 孫麗軍

(1.銅陵有色金屬集團控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；4.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

1 礦山概況

冬瓜山銅礦井下開采分為新區(冬瓜山礦區)和老區(獅子山礦區)。目前，新區主要開采冬瓜山礦段，老礦區主要開采原獅子山銅礦的大團山、老鴉嶺和樺樹坡礦段。老區最早開采的淺部東獅子山和西獅子山礦段已分別于2001年7月和2002年上半年回采結束，形成了數百萬立方米的特大空區，目前已全部采用尾砂充填法進行了治理。

老鴉嶺礦床為緩傾斜薄礦體，主要采用淺孔空場法開采。該礦段-340 m中段以上已全部采完，-390，-520 m中段正在回采。目前，該礦段的實際生產能力為300 t/d，預計2018年回采結束。大團山礦段是老區生產的主力，目前-580 m中段以上基本回采結束，并實施了充填，現正對-580 m以下中段進行回采，實際生產能力約2 000 t/d。大團山礦體沿走向可分為5個盤區，-670 m中段以上主要采用深孔和中深孔階段礦房嗣后充填采礦法，現正處于大規?；夭呻A段。樺樹坡礦段2003年初建成投產，其-520 m中段已回采結束，目前正在回采-580～-670 m中段，已形成了700～800 t/d的生產能力，-670 m中段以下正在進行深部勘探。

老區采礦作業中段主要集中于-730 m中段以上，礦石從-390，-460，-520，-580，-670 m水平進入老區礦石溜井后，在-875 m水平通過電機車運輸、卸載進入冬瓜山礦石提升系統。目前，全礦有-390，-520，-580，-670，-730，-760，-790，-850，-875，-1 000 m等主要生產中段(圖1)。

圖1 冬瓜山各礦段空間關系示意

礦山綜合貧化率為14%，綜合損失率為15%，其中，新區綜合貧化率為10%，綜合損失率為15%，采場綜合生產能力為1 500 t/d。大團山礦段采用垂直深孔落礦階段礦房法、分段落礦階段礦房法和淺孔采礦法生產，老鴉嶺礦段采礦方法以淺孔房柱法和淺孔留礦法為主[1-3]，樺樹坡礦段采用垂直深孔落礦階段礦房法、分段落礦階段礦房法和淺孔房柱法開采。中深孔落礦采場崩礦量4.5 t/m，塹溝受礦，無軌設備出礦，單個采場生產能力為600 t/d，漏斗受礦，電耙出礦，單個采場生產能力為240 t/d；大直徑深孔落礦采場崩礦量25 t/m，塹溝受礦，無軌設備出礦，單個采場生產能力為1 000 t/d；少量淺孔采礦采場，單個采場的生產能力為50～80 t/d。為適應似層狀緩傾斜礦體厚度變化大的特點，冬瓜山礦段采用階段空場嗣后充填法開采。

2 采空區分布特征

2.1 東、西獅子山礦段

東、西獅子山礦段于1966年7月建成投產，初期采用房柱法開采，20世紀70年代開始開采盲礦體，采用頂板不崩落、采空區下暫留礦石墊層的階段崩落法開采[4]。采場結構參數為階段高度40 m，采場垂直于礦體走向布置，沿走向每12.5 m劃分1個采場，底部結構由電耙道和放礦漏斗組成。電耙道設置于底部結構正中，兩側每隔6 m布置1對漏斗，下設沿走向的聚礦巷道，聚礦巷道中布置溜井。底部結構高8 m，底柱上為切割層，切割層以上分3層硐室鑿巖。由切割層開始，第1層鑿巖硐室沿走向布置，第2、3層鑿巖硐室垂直于礦體走向布置。鑿巖工作在硐室內進行，采用6A-100型鉆機鉆鑿垂直上向的扇形中深孔，排距2.0 m，采用多排同段爆破方式。

西獅子山礦段的主礦體(Ⅱ#～Ⅴ#礦體)彼此靠近，礦體傾角55°～75°，走向長314 m，-40 m以上采用房柱法開采，至1975年形成了約23萬m3的采空區，頂板未自行冒落。1997—2000年對17#礦柱進行了有計劃的部分回采。該礦段最低開采水平為-280 m，已于2002年底閉坑。東獅子山礦段的礦體賦存條件與西獅子山礦段類似，采礦方法也與西獅子山礦段一致，生產能力為200 t/d。東獅子山礦段主要開采對象為Ⅶ#礦體，在其上部有小空區存在，距地表較近。東獅子山礦段最低開采水平為-190 m，已于2001年7月底閉坑。

東、西獅子山礦段開采完畢后，形成了大量采空區。其中，東獅子山采空區主要賦存于43#～47#線，埋深70～-190 m，有部分空區直通地表，空區總體積達101.64萬m3；西獅子山礦段盲采空區較大且分布較集中，最大的采空區體積約230萬m3，埋深50～-220 m[5]。

2.2 大團山礦段

大團山礦段主要分為-490，-520，-565，-580 m 等生產中段。目前，冬瓜山銅礦出礦水平主要為-670 m中段。-580 m中段以上依次劃分為5個盤區，盤區的最大暴露面積為10 000～11 000 m2，頂板最大斜長跨度不超過150 m，作為盤區劃分依據。盤區之間留有盤區間柱，盤區內采場連續回采，采場間不留礦柱。Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#盤區采用下向大直徑深孔階段空場嗣后采礦法生產，Ⅰ#、Ⅱ#盤區采用分段空場法生產，中深孔落礦，底部結構采用塹溝形式，在出礦進路中采用2 m3電動鏟運機出礦。當1個盤區內采場全部開采完畢后，適時進行微膠和尾膠充填采空區。Ⅰ#、Ⅱ#盤區在-490 m水平布置出礦巷道和受礦塹溝，鑿巖硐室設為2層，Ⅰ#盤區1層硐室上坡12.5%，標高-475.8～-469.4 m，Ⅱ#盤區1層硐室位于-475.8 m水平，2個盤區的2層硐室均于-460 m(約-458.0 m)中段。Ⅲ#盤區底部結構布置于-527 m水平，鑿巖層分別布置于-520，-490，-460 m等水平。-580 m中段的Ⅳ#、Ⅴ#盤區底部結構布置于-565 m 水平，鑿巖層分別布置于-520，-490，-460 m 等水平。目前，Ⅰ#、Ⅱ#、III#、Ⅳ#、Ⅴ#盤區，23#、35#礦柱均已開采完畢并進行了全尾砂微膠充填。截至2017年6月，大團山礦段開采后形成的采空區體積如表1所示。

表1 大團山礦段采空區分布及體積

2.3 老鴉嶺礦段

老鴉嶺礦段-280 m中段以上礦體已于2005年底全部回采結束，-310 m中段也將回采完畢，生產能力為100 t/d。目前，該礦段已進入深部開采，生產主要集中于-390 m中段，開采主礦體D-1及次礦體G-1等礦體，規劃生產能力250 t/d[6]。該礦段采空區分布于-40～-520 m中段-4#～-14#線，跨度不大，截至2017年6月，除了-190～-22 m 標高的部分采空區進行了膠結或尾砂充填外，其余采空區分布及體積如表2所示。

表2 老鴉嶺礦段采空區分布及體積

2.4 樺樹坡礦段

樺樹坡礦段規劃生產能力為700 t/d，截至目前，共布置有-460，-520，-580，-610，-640，-670 m 等中段。目前，-520 m中段已全部開采完畢，-610，-640，-670 m中段正在進行回采。該礦段-580 m中段以上主要采用中深孔分段空場法回采，采場垂直于礦體走向布置，間距15 m，底柱高度6 m，分段高度10～12 m，采用φ60 mm中深孔落礦，天井加中深孔爆破的方式形成切割槽，漏斗電耙出礦，在礦體較薄處采用淺孔房柱法回采，部分采場回采后形成的采空區正在進行充填。該礦段-580 m 中段以下采用人工礦柱盤區空場嗣后充填采礦法，采用鏟運機出礦，中深孔或φ165 mm大孔落礦，中深孔落礦采用天井加中深孔爆破方式形成切割槽，大孔落礦采用中深孔拉底，大孔拉槽[7]。該礦段已開采的中段較少，形成的空區體積小，截至目前，共形成了40.73萬m3采空區。采空區主要分布于31#A～33#線，采空區沿礦體走向跨度為60 m，垂直走向跨度為60～90 m，頂板暴露面積為6 600 m2。30#A、31#2個中深孔采場最終采空區頂板暴露面積為1 900 m2，其余房柱法淺孔采場頂板暴露面積一般為450 m2。

2.5 冬瓜山礦段

目前，冬瓜山礦段布置有-670，-730，-790，-850 m等中段。44#～58#線盤區內的一步驟、二步驟回采已基本完畢， 42#～58#線區一步驟、二步驟回采資源消耗比重大，截至2016年6月，兩者合計資源消耗已達到75%。三步驟礦量占冬瓜山礦床資源總量的比重約20%，該部分將構成資源的良好補充。該礦段采用階段空場嗣后充填法生產，基本處于采充平衡狀態，故不存在采空區。

3 采空區充填方案

冬瓜山銅礦充填制備站共設置有6套獨立的充填系統，該系統于2007年1月26日投入生產，單個系統制備能力為2 000 m3/d。充填管路從礦山充填站引出，從地表經由充填管路(6路)沿充填井到達-280 m 中段，充填管路在-280 m中段分支成為充填管路(4路)和充填管路(2路)。充填管路(2路)在-280 m中段沿團山盲豎井可到達-390，-430，-520 m中段。充填管路(2路)在-390 m中段沿充填鉆孔可到達-460，-580 m中段。充填管路(2路)在-280 m中段沿充填井可直接到達 -670，-730 m 中段?？傮w上，目前充填管路鋪設可覆蓋冬瓜山銅礦老區和新區井下所有采空區。井下采空區由井巷工程相通，在進行全尾砂充填前須將井下采空區與其相通的且正在使用的井巷設施進行隔離，即對需要充填的采空區進行封閉[8]。選廠尾礦經過充填站，沿充填管道充填至井下采空區，由于充填料漿需要濾水，因此充填擋墻內需埋設濾水管，采空區充填體內的水經過濾水管排出。

根據現場調查并結合本研究試驗分析，團山礦段和樺樹坡礦段可采用灰砂比1∶6尾砂膠結充填和灰砂比1∶15尾砂微膠充填法治理采空區，老鴉嶺礦段宜全部采用灰砂比1∶15尾砂微膠充填法治理采空區，冬瓜山礦段宜采用灰砂比1∶6尾砂膠結充填和1∶15尾砂微膠充填法，也可與矸石充填法相結合治理采空區。

4 建 議

(1)目前冬瓜山銅礦老區采空區數量較大，隨著時間推移，采空區穩定性將有所下降。因此，應對采空區及時進行充填治理。受部分空區出現頂板垮落的影響，IV#盤區空區頂板已無法進行穩定性監測(監測儀器隨頂板垮落)，故應加快該盤區空區充填，若受現場生產現狀制約，短時間內空區無法充填，可在-460 m水平東側新掘進的主沿脈巷中新增2～3個監測點，以便對IV#、V#盤區地壓進行有效監測。

(2)對于年度地壓監測報告中監測點讀數活躍且變化幅度大的區域首先進行充填，及時消除隱患，如大團山礦段1#空區已存在多年，距副井較近，需及時進行充填治理。