张文广

[摘 要]开采活动导致的岩层移动对金属矿山造成了非常大的损失，控制岩层移动范围能够有效提高矿石回收，增加矿山企业经济效益。红透山铜矿初期开采充填能力不足，遗留空区规模较大，造成深部中段地压问题突出，浅部岩层变形较大，威胁主井安全。通过构建空区隔离层、充填采空区和采矿方法革新等措施，有效遏制了空区附近岩层移动，顺利开采了大量保安矿柱矿量，稳定了矿山的生产能力。

[关键词]岩层移动；空区隔离层；充填；保安矿柱

中图分类号：P61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0166-01

1.红透山开采现状

红透山矿业开采历史58年，矿体地表露头于+450m高程，根部尖灭于地下-1150m高程，开采深度目前为1400m，将来可达1600m。矿床储量已达中-大型规模，矿床总体走向近EW，倾角70°～80°，属于急倾斜矿体。矿体一般延长200～600m，最大延长超过1500m，水平厚度变化较大（0.5～160m），空区水平面积上部8000m2，深部15000 m2。

矿体与地层关系密切，且受一定层位控制，与地层呈整合关系。受后期区域变质、混合岩化、褶皱构造等作用影响，形成部分脉状、桶状、扁豆状、脉群状等极端复杂多变的矿体形态。矿石类型以浸染型、致密型为主。金属矿物组合主要是黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿。围岩与矿石硬度系数较高，约10～16。矿岩稳固，力学指标好，详细物理力学指标见表1。

2.存在问题

红透山铜矿初期开采中段11个，分布于-347～300m之间，采矿方法主要采用浅孔留矿法、充填法和深孔落矿法。由于充填法比例较低，加之部分充填法采场充填质量不高，结顶效果差。尤其是133m中段和73m中段，空区充填比例仅占60%。300m中段、253m中段和193m中段出矿结束后，采用深孔爆破将顶柱、底柱和矿壁一次回收，最终形成了联通地表的采空区，其垂直深度257m，平均水平面积800m2，空区总体积200万m3（见图1）[6]。随着时间的推移，在地下开采和地表自然条件影响下，缺少约束的地表空区边帮逐渐向空区片落坍塌，速度每年十几米，地压问题突出（见表2）。

1、井塔；2、主井；3、盲罐笼井；4、盲箕斗井；5、漏习状岩移区；6、散落石块；7、人工胶结充填体；8、深部简状空区；9、尾矿废石（局部胶结）充填体；10、传统法圈定陷落范围；

然而，主提升井在矿脉上盘陷落带内，深部中段竖井距空区边缘距离100m。根据力学实验及工程类比确定错动角75°，据此计算地表坍塌面积为24万m2，竖井井塔在预测倒塌范围内，距外边缘211m。

为保证主井安全，保持竖井围岩位移小于临界变形值（无需维修能够保持设施正常运行所允许的最大变形值），设计部门提出了预留保安矿柱的方法。随着开采深度的增加，各中段压矿量及压矿比例逐渐升高，详见表3。按照表3数据，-347至-647中段压矿331.3万t，所占比例高达40%。而矿山年产量40万t，这对矿山生存构成极大威胁。

3.解决措施

针对红透山铜矿存在的问题，经过多家设计、科研和红透山技术人员反复讨论，最终确定采用充填采空区、扩建副井的措施。在73m～113m中段之间的空区实施胶结充填，建立60m高的空区隔离层，以制止地表陷落区范围继续扩大[7]。采用中深孔嗣后充填采矿法和上向尾砂分层（胶结层面）采矿法，代替浅孔留矿法深孔落矿的阶段矿房法[8]。采用胶结充填法回收部分保安矿柱内压矿量，并建立常年地压观测机构，对竖井、空区稳定性连续观测。

为改变充填能力不足，建立了废石充填系统，并逐年完善最终实现了100%废石不出坑。并对原尾砂充填系统进行了改造，淘汰了分级尾砂充填实施了全尾充填，建设了河砂系统和添加干灰系统，使水力充填系统能力大大提高，多年来充填遗留采空区百万立方米，实现了生产空区即时充填。

空区隔离层用废石、尾砂、水泥砂浆构筑，厚度60m，面积7000m2，体积42万m3，其中残留矿柱占10%，平均强度达3.5MPa。空区隔离层形成后，经矿山地压组连续观测发现，地表陷落范围保持稳定没有向外扩展，由1979年至今30余年观测外缘面积一直稳定在4.2万m2，外缘距井塔一直保持在100m以上。

采矿方法方面，采用上向分层充填法和二期矿房开采，淘汰了留矿法。一期矿房回采后，空区胶结充填，充填体强度3.0～3.5MPa，二步矿房直接揭露充填体，实践证明，充填体强度能够满足要求。二部矿房采空区采用尾砂、废石充填[9]。对于保安矿柱内压矿量，矿山用全胶结或局部胶结充填法回采，目前已回收完毕。

矿山与高校合作采用先进的微震、变形监测手段，实现了采场、竖井中段马头门、井塔连续监测，结果表明，竖井和历史空区稳定性良好，采场地压问题和矿量损失得到控制，岩爆现象趋于平缓。这说明充填体能够有效约束临近空区的岩层移动。由于充填体强度仅为3MPa左右，充填体能够起到吸能作用，当临近充填体的围岩应力发生破坏时，充填体能够起到很好的缓冲，降低岩体失稳范围。

4.结论

经过长期连续监测表明，通过构建空区隔离层、充填采空区和采矿方法革新等措施，能够有效遏制空区附近岩层移动，可减少保安矿柱矿量，提高矿石回收率，稳定矿山的生产能力。

参考文献

[1] 黄平路.构造应力型矿山地下开采引起岩层移动规律的研究[D].北京： 中国科学院研究生院，2008.

[2] 于洪富，刘峻山.四道沟金矿岩石移动规律分析[J].黄金，1998，19（2）： 30-33.

[3] 柴华彬，张子月，刘瑞斌，等.基于空间关系的岩层移动角推算[J].河南理工大学学报：自然科学版，2012，31（5）：551-554.