高峰矿105号矿体残矿回采与采空区治理协同技术研究

第２６卷增刊２　２０１７年１０月中　国　矿　业ＣＨＩＮＡ　ＭＩＮＩＮＧ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　Ｖｏｌ．２６，ＳｕｐｐｌＯｃｔ．　２０１７高峰矿１０５号矿体残矿回采与采空区治理协同技术研究万串串１，２，王湖鑫１，２，罗先伟３，陈光武３，蒋　靖４（１．北京矿冶研究总院，北京１０２６２８；２．金属矿山智能开采技术北京市重点实验室，北京１０２６２８；３．广西高峰矿业有限责任公司，广西河池５４７２０５；４．北京中油瑞飞信息技术有限责任公司，北京１０２２０６） 摘　要：早期矿山经过多年开采一般会遗留大量的采空区与高品位残矿，随着资源禀赋条件的改变及深部矿体开采安全的需要，上部采空区通常需要及时处理，与此同时安全回收高品位残矿往往会带来可观的经济效益。

本文以高峰矿１０５号矿体为例，受民采破坏的影响，—１５２ｍ水平以上留下了大量的采空区，极大影响了深部矿体开采的安全，通过对采空区及残矿的分类，制定了残矿回采与采空区治理协同的技术方案，最后通过工业试验验证了方案的可行性，并为高峰矿其他地段残矿回采提供了技术参考。

关键词：残矿开采；采空区治理；协同技术；高峰矿 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４０５１（２０１７）Ｓ２－０３４０－０５Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄｍｉｎｅ　ｖｏｉｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｏ．１０５ｏｒｅｂｏｄｙ　ｉｎ　Ｇａｏｆｅｎｇ　ｍｉｎｅＷＡＮ　Ｃｈｕａｎｃｈｕａｎ１，２，ＷＡＮＧ　Ｈｕｘｉｎ１，２，ＬＵＯ　Ｘｉａｎｗｅｉ　３，ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇｗｕ３，ＪＩＡＮＧ　Ｊｉｎｇ４（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２６２８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２６２８，Ｃｈｉｎａ；３．Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｇａｏｆｅｎｇ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｃｈｉ　５４７２０５，Ｃｈｉｎａ；４．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｒｉｃｈｆｉｔ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，ＣＮＰＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｅａｒｌｙ　ｍｉｎｉｎｇ，ｎｕｍｅｒｏｕｓ　ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｈｉｇｈ－ｇｒａｄｅ　ｏｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｌｅｆｔ．Ａｓ　ｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅ　ｅｎｄｏｗｍｅｎｔ　ｇｅｔｓ　ｗｏｒｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ，ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄｓ　ａｂｏｖｅ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅｔｒｅａｔｅｄ　ｔｉｍｅｌｙ　ａｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅｓ　ｗｉｌｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｂｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｔａｋｉｎｇ　Ｎｏ．１０５ｏｒｅｂｏｄｙ　ｉｎ　Ｇａｏｆｅｎｇ　ｍｉｎｅ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｐｌｅｎｔｙ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄｓ　ａｂｏｖｅ－１５２ｍｌｅｖｅｌ，ｗｈｉｃｈｅｘｅｒｔ　ｇｒｅａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅｓ，ａ　ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｅａｓｉｂｌｉｔｙ　ｉｓ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｔｅｓｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅｍｉｎｉｎｇ　ｉｎ　ｏｔｈｅｒ　ｌｏｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｇａｏｆｅｎｇ　ｍｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｏｒｅ　ｍｉｎｉｎｇ；ｍｉｎｅ　ｖｏｉｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｇａｏｆｅｎｇ　ｍｉｎｅ收稿日期：２０１７－０９－０５ 责任编辑：刘硕基金项目：国家重点研发计划项目资助（编号：２０１６ＹＦＣ０６００７０９）第一作者简介：万串串（１９８８－），男，江西南昌人，采矿专业，硕士，采矿工程师，主要从事采矿工艺相关研究与设计工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｕａｎｃｈｕａｎ．１９＠１６３．ｃｏｍ。

１　概　况一般而言，矿山残矿产生有如下原因：①为防止地表塌陷，保护地面建筑留下的保安矿柱；②初期勘探程度较低，不能为矿山设计与开采提供准确依据的薄小矿脉；③因受地压活动影响，采场顶板不安全而停止作业留下的边角余料矿石；④留下的顶柱、底柱、矿柱及临时性护顶层，在正常回采时没有回收的矿石；⑤民采损失破坏的矿量。

残矿具有矿量少、分布零散、赋存情况复杂、回采安全性差等特点，需要投入大量的人力物力，回收成本高［１－３］。

高峰矿１０５号矿体位于－７９ｍ以下，为上部１００号矿体的资源接替矿体。

１００号矿体与１５０号矿体的空间关系如图１所示。

由于民采的破坏，在－１５２ｍ以上遗留了大量的采空区，据前期调查结果显示，目前残留的采空区体积约１７万ｍ３，不仅数量众多而且形态极不规则，相互之间存在影响，此外前期残留的坑道错综复杂，综合以上因素，在深部矿增刊２万串串，等：高峰矿１０５号矿体残矿回采与采空区治理协同技术研究体开采扰动作用下，上部采空区塌陷及诱发地压活动等地质灾害的可能性较大。

与此同时，在－１５２ｍ以上约存残矿量８０万ｔ，这部分矿体破坏严重，形态复杂，开采条件恶劣。

总体而言，１０５号矿体残矿回采与采空区治理的技术难度较大，如何在确保上部采空区治理安全的前提下，残矿尽可能高效安全回采是本文技术难点。

图１　开拓系统图２　采空区治理２．１　采空区现状及分布情况１０５号矿体内及附近采空区密集分布，－１８１ｍ水平以上各窿开采形成的采空区共有２３个，采空区总体积达到１７１　４０８．５ｍ３，大于１０　０００ｍ３的采空区有４个，占已查明采空区体积的７０．５％，其中规模最大的为－１０１ｍ水平的２号采空区，体积７９　９０４ｍ３。

－１５２ｍ水平以下采空区规模不大，采空区相对独立，除个别地段外，基本上无充填物，大多采空区内都留有不规则矿柱，采空区高度一般在２．５～６ｍ之间。

根据采空区的规模、影响范围及所处位置对１０５号矿体内现存空区进行了分类，如表１所示。

Ⅰ类为１０５号矿体垂直矿段采空区，空区规模大，相互连通或毗邻，空区共６个，总体积为１２．３２万ｍ３，占整个１０５号矿体采空区总量的７１．９％，为治理重点。

Ⅱ类为１０５号矿体垂直矿段周边采空区，共８个，总体积为３．９６万ｍ３，占整个１０５号矿体采空区总量的２３．１％，采空区规模中等，多数相互独立部分存在形状不规则、数量不一的矿柱。

表１　１０５号矿体采空区分类表采空区编号所处矿体编号标高／ｍ顶板底板暴露面积／ｍ２采空区高度／ｍ采空区体积／ｍ３采空区分类采空区内部情况１　１００－５９－６３　５０３　４　２　０１２有两个矿柱，已经充填２　１０５－１－７９－１０１　３　６３２　２２　７９　９０４Ⅰ顶板全部垮下，与１号相通，位于１号下面３　１０５－１－１０１－１０３　３　１２７　２　６　２５４Ⅰ中部顶板部分垮，南侧和边部矿柱多，位于２号下面４　１０５－１－１０６－１１０　３　５３７　４　１４　１４８Ⅰ南侧和边部矿柱多，位于３号下面１２　１０５－１－１２４－１２９　３００　５　１　５００Ⅱ采空区独立，部分位于４号正下方１３　１０５－１－１２４－１３４　５４２　１０　５　４２０Ⅰ采空区独立，与１４号相邻部分位于４号正下方１４　１０５－１－１２６－１３３　３９８　７　２　７８６Ⅱ采空区独立，与１３号相邻１５　１０５－１－１３１－１４５　９３１　１４　１３　０３４Ⅰ采空区独立，大部分位于２３号采空区下方２３　１０５－１－１１５－１２０　８８４　５　４　４２０Ⅰ采空区独立，大部分位于４号采空区下方８　１０５－２－１１７－１２５　３１６　８　２　５２８Ⅲ采空区独立，有部分矿柱５　１０５－３－１１０－１１４　２８６　４　１　１４４Ⅲ采空区独立，有多个矿柱６　１０５－３－１１２－１１４　２９０　２　５８０Ⅲ采空区独立，位于５号东侧７　１０５－３－１１４－１２０　３４５　６　２　０７０Ⅲ采空区独立，与６、９号相邻９　１０５－３－１１４－１２４　６３　１０　６３０Ⅲ采空区独立与７号相邻１０　１０５－３－１２０－１２４　１５７　４　６２８Ⅲ采空区独立，与９号相邻，小部分位于７号下面１１　１０５－３－１２３－１２９　１６３　６　９７８Ⅱ采空区独立１６　１０５－３－１３９－１４２　１　０３４　３　３　１０２Ⅱ采空区独立１７　１０５－３－１４０－１５２　１　２７６　１２　１５　３１２Ⅱ位于１８号南侧下方，部分与其相通１８　１０５－３－１３４－１４５　７６５　１１　８　４１５Ⅱ与１３号紧邻，处于其南侧下方１９　１０５－３－１４０－１５１　５７　１１　６２７Ⅲ独立采空区２０　１０５－３－１３１－１４０　４９　９　４４１Ⅲ独立采空区，位于７号下方２１　１０５－３－１６５－１６９　１　３５０　４　５　４００Ⅱ绝大部分位于１７号下面采空区独立，矿柱多２２　１０５－３－１７８．５－１８１　８３５　２．５　２　０８８Ⅱ位于２１号下面，一半与其重叠，有个别矿柱合计１７３　４２１１０５号矿体采空区合计１７１　４０９１４３中国矿业第２６卷 Ⅲ类为１０５号矿体其他矿段的采空区，共８个，总体积为０．８６万ｍ３，占整个１０５号矿体采空区总量的５％，采空区规模小，相互独立，影响区域小。

２．２　采空区治理措施通过对不同区段和不同类型空区的影响程度进行划分，确定对１０５号矿体采空区治理采用“隔离层加固－走向分割－分区充填”的治理方案，方案分三步实施，并针对不同采空区制定具有针对性的充填治理措施［４－５］。

第一步，加固１００号矿体与１０５号矿体结合部位隔离层。

在－２３ｍ、－５０ｍ、－６０ｍ水平充填体强度较低的部位构筑钢筋混凝土梁（断面宽４ｍ，高６ｍ）３～４条，约２　４００ｍ３，然后对Ⅰ类空区进行分割分区水砂胶结充填治理。

第二步，在－１４５ｍ水平构筑两道垂直分割矿柱，将中间缓倾斜的板脉状矿体区域沿走向分割成三段，而后治理Ⅱ类空区。