張 保 劉允秋 孫麗軍

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團(tuán)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)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(qū)(冬瓜山礦區(qū))和老區(qū)(獅子山礦區(qū))。目前，新區(qū)主要開采冬瓜山礦段，老礦區(qū)主要開采原獅子山銅礦的大團(tuán)山、老鴉嶺和樺樹坡礦段。老區(qū)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(jié)束，形成了數(shù)百萬立方米的特大空區(qū)，目前已全部采用尾砂充填法進(jìn)行了治理。

老鴉嶺礦床為緩傾斜薄礦體，主要采用淺孔空?qǐng)龇ㄩ_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(shí)際生產(chǎn)能力為300 t/d，預(yù)計(jì)2018年回采結(jié)束。大團(tuán)山礦段是老區(qū)生產(chǎn)的主力，目前-580 m中段以上基本回采結(jié)束，并實(shí)施了充填，現(xiàn)正對(duì)-580 m以下中段進(jìn)行回采，實(shí)際生產(chǎn)能力約2 000 t/d。大團(tuán)山礦體沿走向可分為5個(gè)盤區(qū)，-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(xiàn)正處于大規(guī)?；夭呻A段。樺樹坡礦段2003年初建成投產(chǎn)，其-520 m中段已回采結(jié)束，目前正在回采-580～-670 m中段，已形成了700～800 t/d的生產(chǎn)能力，-670 m中段以下正在進(jìn)行深部勘探。

老區(qū)采礦作業(yè)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(jìn)入老區(qū)礦石溜井后，在-875 m水平通過電機(jī)車運(yùn)輸、卸載進(jìn)入冬瓜山礦石提升系統(tǒng)。目前，全礦有-390，-520，-580，-670，-730，-760，-790，-850，-875，-1 000 m等主要生產(chǎn)中段(圖1)。

圖1 冬瓜山各礦段空間關(guān)系示意

礦山綜合貧化率為14%，綜合損失率為15%，其中，新區(qū)綜合貧化率為10%，綜合損失率為15%，采場(chǎng)綜合生產(chǎn)能力為1 500 t/d。大團(tuán)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(chǎn)，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(chǎng)崩礦量4.5 t/m，塹溝受礦，無軌設(shè)備出礦，單個(gè)采場(chǎng)生產(chǎn)能力為600 t/d，漏斗受礦，電耙出礦，單個(gè)采場(chǎng)生產(chǎn)能力為240 t/d；大直徑深孔落礦采場(chǎng)崩礦量25 t/m，塹溝受礦，無軌設(shè)備出礦，單個(gè)采場(chǎng)生產(chǎn)能力為1 000 t/d；少量淺孔采礦采場(chǎng)，單個(gè)采場(chǎng)的生產(chǎn)能力為50～80 t/d。為適應(yīng)似層狀緩傾斜礦體厚度變化大的特點(diǎn)，冬瓜山礦段采用階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄩ_采。

2 采空區(qū)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(chǎn)，初期采用房柱法開采，20世紀(jì)70年代開始開采盲礦體，采用頂板不崩落、采空區(qū)下暫留礦石墊層的階段崩落法開采[4]。采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)為階段高度40 m，采場(chǎng)垂直于礦體走向布置，沿走向每12.5 m劃分1個(gè)采場(chǎng)，底部結(jié)構(gòu)由電耙道和放礦漏斗組成。電耙道設(shè)置于底部結(jié)構(gòu)正中，兩側(cè)每隔6 m布置1對(duì)漏斗，下設(shè)沿走向的聚礦巷道，聚礦巷道中布置溜井。底部結(jié)構(gòu)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(nèi)進(jìn)行，采用6A-100型鉆機(jī)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(qū)，頂板未自行冒落。1997—2000年對(duì)17#礦柱進(jìn)行了有計(jì)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(chǎn)能力為200 t/d。東獅子山礦段主要開采對(duì)象為Ⅶ#礦體，在其上部有小空區(qū)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(qū)。其中，東獅子山采空區(qū)主要賦存于43#～47#線，埋深70～-190 m，有部分空區(qū)直通地表，空區(qū)總體積達(dá)101.64萬m3；西獅子山礦段盲采空區(qū)較大且分布較集中，最大的采空區(qū)體積約230萬m3，埋深50～-220 m[5]。

2.2 大團(tuán)山礦段

大團(tuán)山礦段主要分為-490，-520，-565，-580 m 等生產(chǎn)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(gè)盤區(qū)，盤區(qū)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(qū)劃分依據(jù)。盤區(qū)之間留有盤區(qū)間柱，盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)連續(xù)回采，采場(chǎng)間不留礦柱。Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#盤區(qū)采用下向大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟛傻V法生產(chǎn)，Ⅰ#、Ⅱ#盤區(qū)采用分段空?qǐng)龇ㄉa(chǎn)，中深孔落礦，底部結(jié)構(gòu)采用塹溝形式，在出礦進(jìn)路中采用2 m3電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)出礦。當(dāng)1個(gè)盤區(qū)內(nèi)采場(chǎng)全部開采完畢后，適時(shí)進(jìn)行微膠和尾膠充填采空區(qū)。Ⅰ#、Ⅱ#盤區(qū)在-490 m水平布置出礦巷道和受礦塹溝，鑿巖硐室設(shè)為2層，Ⅰ#盤區(qū)1層硐室上坡12.5%，標(biāo)高-475.8～-469.4 m，Ⅱ#盤區(qū)1層硐室位于-475.8 m水平，2個(gè)盤區(qū)的2層硐室均于-460 m(約-458.0 m)中段。Ⅲ#盤區(qū)底部結(jié)構(gòu)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(qū)底部結(jié)構(gòu)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(qū)，23#、35#礦柱均已開采完畢并進(jìn)行了全尾砂微膠充填。截至2017年6月，大團(tuán)山礦段開采后形成的采空區(qū)體積如表1所示。

表1 大團(tuán)山礦段采空區(qū)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(jié)束，-310 m中段也將回采完畢，生產(chǎn)能力為100 t/d。目前，該礦段已進(jìn)入深部開采，生產(chǎn)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(guī)劃生產(chǎn)能力250 t/d[6]。該礦段采空區(qū)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(biāo)高的部分采空區(qū)進(jìn)行了膠結(jié)或尾砂充填外，其余采空區(qū)分布及體積如表2所示。

表2 老鴉嶺礦段采空區(qū)分布及體積

2.4 樺樹坡礦段

樺樹坡礦段規(guī)劃生產(chǎn)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(jìn)行回采。該礦段-580 m中段以上主要采用中深孔分段空?qǐng)龇ɑ夭?，采?chǎng)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(chǎng)回采后形成的采空區(qū)正在進(jìn)行充填。該礦段-580 m 中段以下采用人工礦柱盤區(qū)空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，采用鏟運(yùn)機(jī)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(qū)體積小，截至目前，共形成了40.73萬m3采空區(qū)。采空區(qū)主要分布于31#A～33#線，采空區(qū)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(gè)中深孔采場(chǎng)最終采空區(qū)頂板暴露面積為1 900 m2，其余房柱法淺孔采場(chǎng)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(qū)內(nèi)的一步驟、二步驟回采已基本完畢， 42#～58#線區(qū)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(jì)資源消耗已達(dá)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(gòu)成資源的良好補(bǔ)充。該礦段采用階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄉa(chǎn)，基本處于采充平衡狀態(tài)，故不存在采空區(qū)。

3 采空區(qū)充填方案

冬瓜山銅礦充填制備站共設(shè)置有6套獨(dú)立的充填系統(tǒng)，該系統(tǒng)于2007年1月26日投入生產(chǎn)，單個(gè)系統(tǒng)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(jīng)由充填管路(6路)沿充填井到達(dá)-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(tuán)山盲豎井可到達(dá)-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(dá)-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(dá) -670，-730 m 中段。總體上，目前充填管路鋪設(shè)可覆蓋冬瓜山銅礦老區(qū)和新區(qū)井下所有采空區(qū)。井下采空區(qū)由井巷工程相通，在進(jìn)行全尾砂充填前須將井下采空區(qū)與其相通的且正在使用的井巷設(shè)施進(jìn)行隔離，即對(duì)需要充填的采空區(qū)進(jìn)行封閉[8]。選廠尾礦經(jīng)過充填站，沿充填管道充填至井下采空區(qū)，由于充填料漿需要濾水，因此充填擋墻內(nèi)需埋設(shè)濾水管，采空區(qū)充填體內(nèi)的水經(jīng)過濾水管排出。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查并結(jié)合本研究試驗(yàn)分析，團(tuán)山礦段和樺樹坡礦段可采用灰砂比1∶6尾砂膠結(jié)充填和灰砂比1∶15尾砂微膠充填法治理采空區(qū)，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(qū)，冬瓜山礦段宜采用灰砂比1∶6尾砂膠結(jié)充填和1∶15尾砂微膠充填法，也可與矸石充填法相結(jié)合治理采空區(qū)。

4 建 議

(1)目前冬瓜山銅礦老區(qū)采空區(qū)數(shù)量較大，隨著時(shí)間推移，采空區(qū)穩(wěn)定性將有所下降。因此，應(yīng)對(duì)采空區(qū)及時(shí)進(jìn)行充填治理。受部分空區(qū)出現(xiàn)頂板垮落的影響，IV#盤區(qū)空區(qū)頂板已無法進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)(監(jiān)測(cè)儀器隨頂板垮落)，故應(yīng)加快該盤區(qū)空區(qū)充填，若受現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)狀制約，短時(shí)間內(nèi)空區(qū)無法充填，可在-460 m水平東側(cè)新掘進(jìn)的主沿脈巷中新增2～3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以便對(duì)IV#、V#盤區(qū)地壓進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

(2)對(duì)于年度地壓監(jiān)測(cè)報(bào)告中監(jiān)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)活躍且變化幅度大的區(qū)域首先進(jìn)行充填，及時(shí)消除隱患，如大團(tuán)山礦段1#空區(qū)已存在多年，距副井較近，需及時(shí)進(jìn)行充填治理。