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摘要：松江銅礦從1969年開始建設，目前生產規模為1000t/d，33萬t/a。井下淺部為銅鋅礦體，為目前主要開采礦體。礦山主要采用淺孔留礦法開采，經過40多年的生產，淺部銅鋅礦體基本采完，進入殘采階段。因此，礦山采空區治理是礦山生產延續的前置條件。

關鍵詞：銅礦；淺孔留礦法；采空區

礦山采空區分布情況復雜，如果調查不清，加上難以控制，極容易造成采空區失穩，而采空區失穩容易危害性較大的礦山地質災害，影響造成經濟損失，重者造成人員傷亡及巨大的經濟損失，嚴重影響到人民群眾的生命財產安全。如何在保證采空區穩定的前提下，進行鎢鉬礦體的安全開采，既要保證礦山生產的平穩過渡，又不能發生地質災害，是礦山目前面臨的最大問題。采空區的穩定性研究及其治理方案選擇是礦山必須要解決的問題。同時，淺部及深部銅鋅礦體開采面臨枯竭，亟需開展深部下盤鎢鉬礦體的開采，以延續礦山服務年限。下盤鎢鉬礦體開采時，由于上盤銅鋅礦體采空區的存在，空區會對開采產生影響，同時下盤礦體的開采也會影響上盤空區的穩定性。因此，深部鎢鉬礦體開采時，采礦方法的選擇、礦體開采和上盤空區相互影響研究，對保證礦山安全生產、促進礦山可持續發展的具有重要意義。

1采空區現狀

1.1采空區分布

礦山從1969年開始建設，目前生產規模為1000t/d，33萬t/a。井下淺部為銅鋅礦體，為目前主要開采礦體。深部為鎢鉬礦體，尚未開采。礦山主要采用淺孔留礦法開采，經過40多年的生產，淺部銅鋅礦體基本采完，進入殘采階段。因此，深部鎢鉬礦體的開采是礦山生產延續的必然趨勢。由于+90m中段（六中）以上的礦柱回采結束后，上盤圍巖一直沒有及時崩落。地表局部已出現凹陷，但尚未冒透至地表。經過統計核算，井下采空區共計約311.01萬m3，92%的空區集中在5個比較大的區域內。為便于描述，分別將這5個大型空區命名為1#空區（綠色區域，原8號銅礦體13線至0線區域和原49號銅礦體區域）、2#空區（紅色區域，原17號銅礦體區域；藍色區域，原43#、44#及8#南翼銅礦體區域，主要位于+210m～+10m中段，3-2#勘探線~0#勘探線之間）、4#空區（棕色區域，主要位于+50m～+330m中段，1#～6#勘探線之間，即原8#銅礦體1線至6線區域）、5#空區（洋紅色區域，主要位于+130m～+330m中段之間，6#～8#勘探線線之內）其他零散空區，由于規模較小，不列入分析范圍。1號空區分布范圍最廣、空區體積最大、產狀最復雜。以1#線為界，1#線以東的1號空區主要由東部原六個采場采完后形成，部分區域貫通上下中段。但由于爆破作業不到位，導致部分區域頂底板及間柱崩落不徹底，形成懸臂梁，將礦巖卡住。尤其頂板欠挖嚴重。同時，由于懸臂梁的存在，部分未及時爆破落下的礦體片幫、冒落，沿由懸臂梁形成的坡面匯入其它已貫通的采空區，堵塞其它采空區出礦進路。1#線以西的6中段7#線至13#線是所有中段1號空區暴露面積最大的一部分，整個空區基本形成一個整體，少數區域留有間柱。通過地質資源分析可知，礦山下步開采的51號鎢鉬礦體主要也分布在1號空區下方。因此，1號空區是否能保持其穩定性、下部礦體開采擾動對其影響是否明顯，將成為礦山是否能安全生產的重點。采空區平面圖見圖1。

1.2目前采空區治理情況

為了防止上部大量空區圍巖突然冒落的危害，礦山根據井下實際情況，于1997年10月提出了《松江銅礦采空區處理方案》，方案主要內容為“不開天窗，不崩落圍巖，井下西沿將+170m中段底柱+130m中段頂柱留作保安隔離層，東沿用+210m中段底柱和+170m中段頂柱做隔離層，同時保留部分礦石做墊層，封閉與空區相聯系的巷道，使空區與井下設施相隔絕。”為落實上述方案，礦山已將50m中段以下1#采空區13-15線至5線在生產過程中，已用廢石充填結束的部分采空區與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉，90m中段以下7線至1線1#采空區在礦山日常生產過程中已用廢石進行充填，充填結束并與中段主運巷道相連的穿脈進行了漿砌石封閉。保證每一個采空區都形成了20m以上的保護層，避免礦山生產時爆破產生的振動將其破壞；為了保證安全，對+50m中段以上部分石門進行了漿砌石補加封閉，確保主井、副井、風井及各系統安全。對生產中段+10m中段生產結束的穿口進行了圍巖崩落，同時保證空區墊層20m以上，穿口進行了漿砌石硬封閉，保證沖擊波不會摧毀。

2治理方案

國內外礦山空區處理方法大致有五種：崩落圍巖法、充填法、支撐法、封閉隔離法以及聯合法處理空區。結合礦山現場實際情況，在實際空區治理過程中，需根據礦山實際情況，如礦石價值、技術條件、施工能力等綜合考慮，選擇合適的治理方案。

2.1空區治理方案

1#空區為礦區第一大的空區，為原8號銅鋅礦體開采完所形成。1#采空區經過一期充填治理后，形成3個獨立采空區，這3個采空區體積分別為32.96萬m3、89.06萬m3、10.42萬m3。每個采空區體積均小于100萬m3，為了下一步鎢鉬的開采更安全可靠，將與之開采可能有擾動關系密切的32.96萬m3的采空區繼續進行廢石充填至170m中段隔離層位置，其他2個獨立采空區距離鎢鉬開采較遠，采用混凝土擋墻+崩落圍巖封堵治理。在目前市場價格下，采用隔離礦柱的方法需要成本最小，同時工藝較為簡單。設計在長沙院“留設15m3隔離礦柱”的方案基礎上，增加了采用廢石對該空區進行部分充填及部分聯通空區的巷道封堵等聯合法治理1#采空區的方案，截至目前，已經充填空區33萬m3，企業將繼續進行充填1#采空區至170m中段的留設隔離層位置。通過以上幾種方案同時治理1#采空區，1#采空區能夠達到穩定的狀態。

2.2空區治理方案

2#空區為該礦山第二大空區，為原17號銅鋅礦體開采完所形成。6號空區主要位于-30m～+210m中段之間，2#～9#勘探線線內，空區體積約為75.58萬m3。2號空區技術上可行的治理方法主要有封閉采空區、充填法、留隔離層和聯合法四種。由于2號空區對本次設計鎢鉬礦體開采影響較小，考慮到礦山實際生產情況及經濟效益，推薦采用封閉采空區法治理。

2.3采空區治理方案

3號采空區為原8#南翼、43#、44#銅鋅礦體采后形成，體積約為17.81萬m3，主要位于+210m～+10m中段，3-2#勘探線線~0#勘探線之間。通過分析可知其安全穩定性為三級，較穩定。但由于3號空區位于1號、2號空區中間，開采擾動后，地應力重新分布對其影響較大，考慮到安全、經濟等各方面因素，采用封閉法處理采空區。

2.4采空區治理方案

4號空區為原8#銅鋅礦體采后形成，也是該礦山較大的空區，體積為42.33萬m3，距離下階段開采區域較遠。但由于0線至2-4線采空區地表錯動范圍內有礦區公路，因此，這部分采空區在300m中段需要進行廢石充填，其他考慮到安全、經濟等各方面因素，采用封閉法處理采空區。

2.5采空區治理方案

5號空區為原8#銅鋅礦體采后形成，體積約為9.85萬m3，距離下階段開采區域較遠。考慮到安全、經濟等各方面因素，擬采用封閉法處理采空區。根據礦山采空區的統計結果，5#采空區可能的最大冒落氣體速度v均小于氣流安全速度。因此，不需要像前述封堵措施一樣，僅用木板封閉采空區即可。

3現行措施

3.12015年以前采空區治理情況

為了防止上部大量空區圍巖突然冒落的危害，礦山根據井下實際情況，于1997年10月提出了《松江銅礦采空區處理方案》，方案主要內容為“不開天窗，不崩落圍巖，井下西沿將+170m中段（四中）底柱+130m中段（五中）頂柱留作保安隔離層，東沿用+210m中段（三中）底柱和+170m中段（四中）頂柱做隔離層，同時保留部分礦石做墊層，封閉與空區相聯系的巷道，使空區與井下設施相隔絕。”該方案經哈爾濱市冶金工業總公司1997年12月組織專家評審，認為礦山提出的修改補充方案技術上可行，安全上可靠，經濟上合理，提出了定期觀測、做好地表陷落范圍管理、保護好西沿通風系統等評審意見，評審通過了該方案。礦山已按《松江銅礦采空區處理方案》補充方案在井下+210m中段（三中）東沿，+170m中段（四中）西沿以上留有保護隔離層，東沿的+210m中段（三中）底柱和+170m中段（四中）頂柱留設為8m厚的保安礦柱，形成了與上部采空區的保護隔離層，在保護隔離層上留有20~25m厚的礦、巖墊層；礦山隨后已將50m中段（七中）以下1號采空區13~15線至5線在生產過程中，已用廢石充填結束的部分采空區與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉，90m中段以下7線至1線1號采空區在生產過程中，已用廢石充填結束的部分與中段主運巷道相連的穿脈實施了漿砌石硬封閉。所有采空區都形成了20m以上墊層，保證沖擊波不能摧毀；為了更保證安全，對+50m中段（七中）以上部分石門進行了漿砌石補加封閉，確保主井、副井、風井及各系統安全。對于生產中段+10m中段（八中）生產結束的穿口進行了圍巖崩落，同時保證空區墊層20m以上，穿口進行了漿砌石硬封閉，保證沖擊波不會摧毀。礦山按照《08年復產會議紀要》要求，堅決不回采紀要提出的“四個不能采，四采四類礦段”，對空區采取“隔離柱”“墊層防護”“封堵墻”“地表隔離屏護”的措施，經多年連續進行觀測，未發現有較大地壓活動跡象。

3.22015—2021年期間采空區治理情況

（1）一期采空區治理情況礦山組織浙江省蒼南縣鴻基建設工程有限公司對一期治理工程進行施工，委托黑龍江省冶金工程建設監理有限責任公司進行監理。2017年1-12月，礦山按照黑龍江省冶金設計規劃院編制的《哈爾濱松江銅業實業有限責任公司采空區治理工程項目設計》及監理單位現場審查，通過“廢石充填崩+崩落圍巖、阻斷連續空區”的方式，在+90m中段（六中）、+50m（七中）建立充填工程，利用現有設備及廢石場廢渣對1號采空區進行了系統治理，治理采空區共計30×104m3。2018年初，相關專家對松江銅礦采空區進行現場探查，截止2018年1月累計治理采空區約178×104m3，測算剩余采空區體積約132.4×104m3。通過連續近四年的采空區專項治理，采空區的總量已降到132.4×104m3，分別為89.06×104m3、32.96×104m3，10.42×104m3三個不連續采空區，二期步將繼續對剩余的采空區進行相關治理，避免安全隱患的存在。一期空區治理工程完工后，哈爾濱松江銅業實業有限公司組織設計單位、施工單位、監理單位對一期空區治理工程項目進行驗收，驗收結論為“工程符合竣工驗收條件，可以投入使用”。（2）二期采空區治理情況經一期治理后，1號采空區還剩余132.44×104m3采空區未治理，剩余采空區分別形成3個獨立的采空區，第一個為170m中段以下、13線至7線間32.96×104m3采空區；第二個為170m以上、13線至1線間89.06×104m3采空區；第三個為210m以下、1線至2線間10.42×104m3采空區。二期對以上范圍的剩余采空區進行治理。2018年初至2020年末，礦山按照《哈爾濱松江銅業實業有限責任公司采空區治理工程項目設計》繼續對二期治理工程進行施工，并于2020年初完成全部治理工程。針對剩余三個獨立采空區利用“混凝土砌筑+崩落圍巖和混凝土砌筑”等封堵方式進行治理。同時，為了下一步鎢鉬的開采更安全可靠，礦山利用探礦、采礦掘進廢石和廢石場廢石，將與之開采可能有擾動關系密切的32.96×104m3采空區進行了廢石充填，根據礦山提供的臺賬，廢石充填采空區共計20.11×104m3，充填率約61%。二期采空區治理完成后，礦山成立驗收組，進行了自驗收，對封堵工程質量等進行了重點驗收。

4問題和建議

（1）礦山開采多年，井下產生了較多采空區，目前礦山已對銅鋅老采空區治理開展了治理工作。為了確保安全，礦山仍需加強地表位移監測和井下地壓監測，及時掌握地表位移變化情況和井下地壓活動規律，預測預報地質災害。（2）目前來看，新采空區無危險度極高區域，但為了后續鎢鉬礦體的開采安全，建議對新采空區進行綜合治理。（3）為減小爆破振動對封閉采空區圍巖的擾動，礦山今后開采應采取控制爆破等必要的安全技術措施。（4）鎢鉬礦體開采位于采空區下方，為保證回采安全，留設了隔離礦柱和采場礦柱維持圍巖的穩定性。在未采取相應措施（如廢石充填、加強支護等）的情況下，嚴禁抽采礦柱。（5）建議礦山今后采用充填法開采，通過生產組織和管理，兼顧經濟效益與安全環保同時并舉的原則，正確處理好采礦與充填的關系，減少采空區暴露面積和時間，確保礦山安全生產。（6）本礦區水文地質條件屬中等類型。空區雖未貫通地表，但為了防止地表水經斷層、導水裂隙帶滲入到井下，建議礦山在礦區內采取修筑排洪溝等措施。同時，完善井下排水系統，避免采空區積水，生產過程中，堅持“有疑必探、先探后掘”的探水方針，杜絕開采過程中發生水害。（7）采空區的監測。考慮到鎢鉬礦體位于空區的下盤，開采的安全性勢必會受到上盤空區的影響。建設單位采用先進的微震監測系統監測采空區的穩定性，確保鎢鉬礦體的回采安全。微震監測的范圍與對象為7線至11線、50m（七中）至10m（八中）標高范圍內采空區。

作者:趙德偉 陳琪 甄東來 單位:黑龍江省冶金設計規劃院