閔元波

摘 要：礦山開采對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，如對地表污染排放的選礦尾砂，由于采礦留下的地下空區(qū)會引發(fā)地表的塌陷和位移以及礦山在開采過程中因為地壓帶來的危害。而使用的全尾砂充填技術是利用尾砂充填回采空區(qū)不僅做到了對廢物的利用，又做到了對環(huán)境的治理，起到了雙重作用。趙案莊王道行鐵礦采用尾砂膠結(jié)充填工藝，很好地保護了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，為我國非煤地下礦山在開采中如何保護生態(tài)環(huán)境提供了經(jīng)驗。

關鍵詞：尾砂膠結(jié)充填：塌陷；環(huán)境保護

中圖分類號：TD851 文獻標識碼：A

1 礦山概況

礦區(qū)位于華北地塊南緣，魯山縣背孜-西平縣出山復式背斜的東部。區(qū)內(nèi)賦存兩個礦床，分別為趙案莊礦床和王道行礦床，礦體呈層狀分布，總體產(chǎn)狀為：傾向180°～260°，傾角20°～25°，屬緩傾斜礦體，埋深200m～350m。趙案莊礦床直接充水因素為基巖含水層裂隙水，水文地質(zhì)條件類型為中等。王道行礦床直接充水因素有頂板和礦層充水，水文地質(zhì)條件類型為復雜。趙案莊礦床工程地質(zhì)條件為中等，王道行礦床工程地質(zhì)條件為復雜。礦山所處區(qū)域為山前緩傾斜平原區(qū)，地面均被第四系覆蓋，開采范圍內(nèi)地表分布有樹林、農(nóng)田，河由南向北流經(jīng)礦區(qū)。

2 采礦對自然環(huán)境的破壞

開發(fā)礦產(chǎn)資源的同時產(chǎn)生的“三廢”不僅成為了生態(tài)環(huán)境的污染源還對生態(tài)的原動力造成了破壞。開發(fā)礦產(chǎn)的一系列過程中，礦山和廠房周圍的土壤、地下水源及江河湖泊都受到“三廢”的污染了。各種傳統(tǒng)采礦方法都會給環(huán)境造成嚴重的后果。因為采礦空區(qū)或采地下水的過度開采都會引發(fā)地面的塌陷、滑坡、沉降、地裂縫等一系列災害。

采礦業(yè)對環(huán)境的破壞主要有以下幾方面：

廢石，全世界每年的礦山都會有大量的廢石，這些廢石在地表的長久堆積必然會對環(huán)境造成非常大的影響；尾砂，礦業(yè)工業(yè)中較敏感問題就是礦山尾礦的排棄。一些礦山直接把尾礦排放到河流湖海中嚴重污染了水源，對生態(tài)環(huán)境造成了破壞；地表塌陷，隨著大量礦體的開采，在地下形成可空區(qū)，很容易引起地面的大面積塌陷。而進行開采時也會對礦區(qū)周圍的地質(zhì)以及地表造成影響；對地下水的影響。疏干排水為礦山主要防治水手段時，礦坑即成為所處地下水單元的最低排泄區(qū)，從而改變了天然的地下水。

3 采礦工藝

3.1 礦山采礦工藝方法

眾所周知，礦山開采在給人類提供原料的同時，對人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境也造成了極大的破壞。非煤地下礦山采礦方法按地壓管理對采空區(qū)的處理方法不同，主要分空場法、崩落法、充填法三大類。

（1）空場法主要利用采場內(nèi)所留的礦巖柱支撐圍巖和頂板，以確保作業(yè)空間的安全，但隨著時間的推移，應力集中造成礦巖柱片幫、垮塌，引起采空區(qū)的垮塌，最終波及到地表，造成地面塌陷，破壞地表植被、景觀、水系。

（2）崩落法是隨著礦石的采出，按照先前設計的采礦工藝有計劃地強制或自然崩落頂盤圍巖充填采空區(qū)，釋放能量，減小工作面壓力，保證回采安全，但其直接造成地表陷落，對地表生態(tài)環(huán)境造成破壞。

（3）充填法是隨著回采工作面的推進，逐步用充填料充填采空區(qū)，或礦房采空后一次事后充填，利用充填體進行地壓管理，以控制圍巖崩落和地表塌陷，但由于充填質(zhì)量不過關，仍會引起地表的裂逢或沉陷，同樣對環(huán)境產(chǎn)生影響。文章以趙案莊王道行鐵礦為研究對象，通過其應用的采礦工藝的分析和研究，得出非煤地下礦山在開采中應采用什么樣的采礦工藝來保護生態(tài)環(huán)境。

3.2 采礦方法選擇

礦山早期采用空場法采礦，由于礦體頂?shù)装宀环€(wěn)固，采場塌方嚴重，制約了采礦能力，且開采損失、貧化均較大，實際生產(chǎn)能力僅為30萬噸/年。另外礦區(qū)所處的地表環(huán)境如遭到破壞，其環(huán)境治理成本是無法估量的，且難以恢復到原始地貌和原始生態(tài)景觀。尾砂膠結(jié)充填法從根本上解決采礦方法帶來的問題。

3.3 礦塊布置及構成要素

水平厚度大于15m的礦體，采場垂直走向布置，采場長度為礦體水平厚度，采場寬為8m～10m，中段高度為40m，頂柱高度3m，底柱高度5m。多條平行薄礦體（水平厚度小于15m）或主礦體附近的零星小礦體，多條礦脈聯(lián)合開采，盤區(qū)垂直走向布置，一條礦脈為一個采場，中間的夾石層作永久礦柱，盤區(qū)長50m。單條礦脈水平厚度小于15m的礦段，盤區(qū)沿走向布置，采用進路式開采，盤區(qū)長100m，分層穿脈布置在采場的中央，分成左右兩個采場，進路寬為5m，根據(jù)礦體厚度確定進路條數(shù)。盤區(qū)之間留永久性間柱，寬3m～4m，頂柱高度3m，底柱高度5m。

3.4 采準工程

采準工程主要包括充填回風井、分段巷道、溜礦井、人行井、出礦巷道等。根據(jù)該礦礦體比圍巖穩(wěn)固的特點，采準工程位置優(yōu)先考慮施工于脈內(nèi)。

分段巷道：布置在礦體下盤，通過分段聯(lián)絡巷道與斜坡道相通，通過分層聯(lián)絡巷與盤區(qū)內(nèi)運輸巷相通，無軌設備經(jīng)過斜坡道、分段巷道、盤區(qū)運輸巷進入盤區(qū)內(nèi)。

充填回風井：開口布置于穿脈內(nèi)，底柱段垂直掘進，上部根據(jù)礦體傾角和厚度按一定角度施工至上中段穿脈。充填回風井內(nèi)架設充填管路，用于采場的充填和回風。盤區(qū)內(nèi)4個采場共用2條充填回風井，施工時應考慮充填回風井和盤區(qū)運輸巷的相對位置，保證盤區(qū)運輸巷片幫壓頂時，能夠和充填回風井貫通，減少盤區(qū)內(nèi)采礦、充填作業(yè)的相互影響。

溜礦井：礦體厚度較大，垂直走向布置的礦塊，采用鋼溜井順路架設。溜礦井架設于充填回風井底柱段之上，下口安裝放礦閘門。鋼溜井用σ10鋼板焊制，鋼溜井直徑φ1.1m；礦體厚度較薄，沿走向布置的礦塊，溜井布置在下盤脈外，采用噴錨網(wǎng)支護。

出礦巷道：布置于采場下盤端部，與溜礦井、充填回風井、人行井相通。泄水聯(lián)巷和人行泄水井：泄水聯(lián)巷垂直于穿脈施工，人行泄水井布置于穿脈或泄水聯(lián)巷中，采場內(nèi)采用鋼井筒順路架設，井筒內(nèi)焊制人行梯子間。

3.5 回采工藝

3.5.1 切割拉底

盤區(qū)采場采準工程完畢后，進行切割拉底工作。拉底工作從出礦巷道開始。首先在施工有設備井的采場內(nèi)由下盤向上盤掘進2.2m×2.2m的拉底巷道，完成后，鏟運機進入采場。

3.5.2 鑿巖爆破

鑿巖采用7655型風動氣腿式鑿巖機，水平孔落礦，炮眼深度為2.1m。落礦眼交錯布置，排距0.7m～0.8m，孔距0.8m～1.0m。起爆采用非電導爆管起爆。盤區(qū)內(nèi)各采場第一分層回采高度為4.5m，其它分層回采高度為2.5m。

3.5.3 采場通風

新鮮風流經(jīng)中段運輸巷、穿脈、人行井進入采場，清洗工作面后的污風經(jīng)采場充填回風井排到上中段回風平巷內(nèi)，最終由風井風機抽出地表。

3.5.4 采場出礦

采場出礦采用XYWJD-1型電動鏟運機。每個盤區(qū)配備一臺鏟運機，采場落下的礦石，由鏟運機鏟裝，經(jīng)盤區(qū)運輸巷運至溜礦井卸載。

3.5.5 采場充填

盤區(qū)內(nèi)采場分層回采結(jié)束后，按設計架設溜礦井和人行泄水井。采場與出礦巷道相鄰處架設木板墻，板墻內(nèi)掛土工布。充填管路從充填回風井經(jīng)出礦巷道架至采場，用支架固定在采場中央。采場每分層充填高度為2.5m，采用尾砂膠結(jié)充填，灰砂比為1∶8，充填體上表面抗壓強度為0.8MPa～1MPa。每分層充填后，留有2.0m的控頂距，作為下分層回采的爆破自由面和通風的通道。充填體養(yǎng)護7天后，方可進行下分層的回采工作。

3.5.6 礦柱回采

盤區(qū)內(nèi)采場間留有3.0m～4.0m寬的礦石間柱，后采采場回采時，回采相鄰間柱，間柱保留長度不小于4m。間柱回采時，每隔4m回采5m，各分層應保證保留間柱在垂直方向上的連續(xù)性，盤區(qū)與盤區(qū)間的礦柱不回采。采場頂、底柱采用進路式充填采礦法回采。采場最后分層回采結(jié)束后，進行充填接頂工作。

4 生態(tài)環(huán)境保護效果

礦山經(jīng)過十多年的開采，同時對以往空場法遺留的采空區(qū)采用尾砂膠結(jié)注漿處理，區(qū)內(nèi)地表未發(fā)生裂縫、塌陷及河流干涸現(xiàn)象，地表生態(tài)環(huán)境未遭到破壞。礦山通過采用尾砂膠結(jié)充填采礦工藝，選用合適的充填體強度，對空區(qū)進行充填接頂處理，避免了空區(qū)頂板塌落引發(fā)地表沉陷的可能性，從根本上保護了地表生態(tài)環(huán)境。初步估算，雖然采用充填法開采使噸礦成本增加25元左右，但由于減小了貧化和損失，節(jié)省了環(huán)境治理成本，實際為企業(yè)每年帶來近億元的經(jīng)濟效益，多方面均取得了較好的效果。

結(jié)語

礦山開采中，如果采用的采礦工藝不合適，就會造成地表塌陷，致使開采區(qū)域生態(tài)退化、環(huán)境破壞，嚴重時會造成沙化現(xiàn)象。趙案莊王道行礦區(qū)采用尾砂膠結(jié)充填法很好的保護了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。為了保護生態(tài)環(huán)境，非煤地下礦山應加大對充填法的研究和應用，采用科學的采礦工藝，從根本上保護礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。

參考文獻

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