玲珑矿区遗留空区（群）治理与残余资源安全复采协同技术研究

玲珑矿区遗留空区（群）治理与残余资源安全复采协同技术研究

刘景东 孙宜耐 孙可光

山东黄金矿业（玲珑）有限公司  265400

[摘要]：随着矿山开采深度的增加，地表岩石移动影响范围逐步扩大，将会影响现有矿区地表工业场地建筑。地下遗留采空区（群）的存在，对玲珑矿区的地表环境、生态以及地下采场正常生产均造成了重大的安全隐患，已成为玲珑金矿的重大危险源之一。

[关键词]：空区；资源；协同

[前言]：玲珑金矿经多年开采，已形成的采空区及废旧巷道体积和数量巨大，甚至形成地下空区（群），其中绝大部分未做处理或仅采取简单的废石充填处理措施，仍有巨大空间体积的采空区和废旧巷道需处理，且相当数量的采空区及废旧巷道因年代久远而出现冒顶、塌方等现象。

1.玲珑矿区开采现状

1.1交通地理位置

山东黄金矿业（玲珑）有限公司（以下简称玲珑金矿）辖有玲珑矿区和灵山矿区两个相对独立的矿区，其中玲珑矿区现由九曲、大开头、西山、东风等四个独立的井下生产单位和玲珑选厂构成。

1.2矿区地质概况

矿区内构造主要为断裂构造，规模较大的有破头青断裂、玲珑断裂，断裂构造控制了矿区内矿脉的产出规律，矿脉走向北北东-北东，主干矿脉倾向南东，深部倾角变陡，次级矿脉及支脉大多数倾向北西，侧伏向北东，与玲珑断裂倾向一致。

1.3主要生产系统

玲珑金矿生产系统主要由九曲矿区、大开头矿区、西山矿区、东风矿区和灵山矿区等五个独立矿区的生产系统构成，还包括玲珑选矿厂和灵山选矿厂两个独立的选矿系统。其中，玲珑矿区主要生产系统包括九曲、大开头、西山、东风等四个独立的井下生产单位和玲珑选矿厂。

1.4矿山填充系统

玲珑矿区现建有东风和东山两座地表充填站。其中，东风充填系统主要负责东风矿段，东山充填系统主要负责大开头矿段。九曲矿段目前尚未建设充填站，若利用东山充填站进行井下尾砂充填，需要进行充填能力与管网验证。

1.5充填成本

东风矿区采用上向水平分层和上向进路尾砂胶结充填采矿方法，根据矿山实际生产统计，充填成本费用为65.30元/m3（表2-6）。需说明的是，充填主要技术指标调查内容包括设计/实际充填浓度、充填倍线、充填能力；企业当前的充填配比与充填强度情况；墙体密封方式调查（混凝土砌筑；砖墙砌筑；木材+土工布；钢支架+土工布；其他方式）；充填体接顶和脱水情况；当前采充是否平衡；自动化控制情况等。

2.玲珑矿区采空区与废置巷道探测方法

微重力探测技术以地下介质间的密度值差异作为其物质基础，通过研究局部密度不均体引起的重力加速度变化的数值、范围及规律来解决地质问题。

高密度电法是以不同岩（矿）石之间导电性能差异为基础，通过观测和研究人工电场的地下分布规律和特点，实现解决各类地质问题的一种勘探方法。高密度电阻率法实质是通过接地电极在地下建立电场，以电测仪器观测因不同导电地质体存在时地表电场的变化，从而推断和解释地下地质体的赋存状态，以达到解决地质问题的目的。

探地雷达是一种电磁探测技术，利用主频为数十兆赫至数千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器（T）发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器（R）接受。

3.采空区大体积全尾砂充填料浆脱水理论与应用

目前，金属矿山广泛使用全尾砂充填治理采空区。采空区充填治理效果好与否，关键在于大体积充填料浆脱水工艺是否可靠。全尾砂颗粒保水性强，脱水困难。如果脱水工艺不可靠，空区内充填料浆脱水效果不佳，则充填挡墙将承受较大的浆柱压力，易造成井下跑砂等重大安全事故；如果脱水工艺可靠，空区内脱水状态良好，充填挡墙受压显著变小，可以保证安全，而且充填体更加密实，充填速度可明显加快，也更有利于矿山的地压管理与生产、环保管理。

充填渗透脱水理论与技术包括采空区充填料浆中水的存在形式、常用的脱水方式、尾砂的渗透性以及充填料浆渗透脱水速度等研究内容。渗透速度与渗透系数、水力坡度成正比关系，与水头压差成正相关，与水流经过的距离成负相关关系。对于固定的采空区，其所用充填材料是全尾砂，故充填体的渗透系数K是固定不变的。

采空区充填时，充填脱水工艺直接影响充填治理效果，若脱水工艺不可靠，采空区充填体脱水效果不佳，则充填挡墙将承受较大的浆柱压力，易造成井下跑浆的安全事故；若脱水工艺可靠，空场内脱水状态良好，不仅可减小充填挡墙压力，而且充填体更加密实，充填速度可明显加快，也更有利于采空区的地压管理与生产管理。

4.遗留空区（群）稳定控制与充填治理

4.1充填挡墙设计

一般充填挡墙的设置是采空区充填前必须完成的一项重要工作。由于充填体的特殊性及充填料浆水力管道输送的优越性，目前越来越多的矿山遇到了充填挡墙压力计算和设计问题。同时，由于不同矿山中所使用的采矿方法、矿山对充填质量要求及充填和回采的时序等不同，充填挡墙的设置地点、受力大小、强度等也不尽同。

4.2充填管线布置

充填下料管的布置，直接影响着料浆的流动方向、排水效果以及对充填挡墙的受力大小。为保持空区内充填料浆液面平直，尽量采用多点下料方式。充填料浆从下料管放出后，会沿着下料口向空区周边流动。由于空区面积大，料浆进入空区后有一部分远离挡墙或滤水设施而流动，故造成脱排水困难。因此，充填管布置时应当考虑将充填管布置在靠近空区内部的围岩附近

4.3充填料浆配比与浓度

为增加空区下部全尾砂充填体稳定并避免全尾砂遇水泥化，建议空区下部采用灰砂比1︰10、质量浓度70~72%的全尾砂胶结充填料浆进行充填，充填高度5m。为保证充填质量，宜分两次进行充填，每次充填高度≯2.5m。待充填高度超过出矿穿高度且充填料浆固结3d之后，可采用低配比进行充填。

4.4空区充填保障措施

为防止充填料浆泌水，导致空区和大巷积水，在采场充填挡墙外部设计一沉淀池，空区脱排出的水直接通过挡墙滤水孔流入沉淀池内，并及时统计滤排水量以监测空区充填效果。在矿山胶结充填技术应用中，为防止管道内存留或粘结充填料浆，保证管道输送充填料浆畅通，必须对管道进行及时冲洗。玲珑金矿充填采场/空区离散且量多，采场间充填顺序时常更转，故保证充填管道干净是进行矿山顺利实施充填技术的关键。

[结语]：采空区（群）与残余资源复采技术不仅可以解决玲珑金矿采空区（群）给安全生产带来的危害、尾矿库库容不足以及残矿复采地压复杂等问题，其研究成果可以指导山东黄金集团其它矿区的生产实际，因此可以预计该项目可以取得显著经济效益和良好社会效益，具有非常好的应用前景。

参考文献：

[1]矿区生态环境治理研究[D].李海.云南财经大学,2021（05）

[2]矿区生态环境恢复法律问题研究[D].王克.河南大学,2021（12）

[3]基于系统动力学的矿区生态环境系统研究及应用[D].邓春.江西理工大学,2022（26）