浅析金属矿山地下开采采空区的几种治理方法

杨军

摘要：分析阐述了传统地下开采金属矿山存在的主要问题及危害，详细介绍了金属矿山地下开采采空区的几种治理方法。

关键词：金属矿山;采空区;治理方法;

传统的金属矿山地下开采采选模式存在众多的地质、环境问题和危害，尤其是经多年开采已经形成了较大范围的地下采空区，对周围居民、工厂构成威胁，为了解决采空区及地表陷落的安全隐患，同时为矿山生产的大量尾矿砂和废石寻找堆存场地，某金属矿山通过在矿山老区的使用充填采矿法的基础上不断完善，使用全尾砂胶结充填技术和块石胶结充填技术对新矿山井下采空区进行充填处理，基本上消除了地表陷落及采空区垮塌安全隐患，取得了较好的经济效益和社会效益，为小型矿山采空区治理工作提供了技术指导。

一、传统地下开采金属矿山存在的主要问题及危害

1.1能源消耗高，原材料消耗大，导致矿山的经济效益低下。

1.2地下开采金属矿山矿石回采率平均约60%，造成大量矿石永久性损失，采选回收率低造成资源、能源的浪费。

1.3环境污染严重。我国金属矿山每年排放的废石和尾矿约5×108t，废渣量大且成分复杂，难处理，难回收，难复垦，污染地下水源。

1.4资源逐渐枯竭，开采条件日趋恶化。由于资源的不可再生性，高品位矿、浅部矿产资源越来越少，金属矿山开采向深部地下开采和低品位矿开采发展，开采条件将日益复杂。

1.5破坏土地和生态环境。矿山开发不仅占用大量的土地，还对土地资源造成很大程度的破坏。露天采掘、倾卸固体废石、尾矿坝和沉陷区等可使土地变成很难重新利用的不毛之地。矿山开采还会造成地表塌陷和地表景观的破坏。

1.6引发多种工程灾害和地质灾害。开采时破坏岩石稳定条件引起的滑坡、冒顶片帮;由于崩落法采矿引起的地陷;废石堆、尾矿库垮塌引起的泥石流;地下爆破引起的地面振动、空气冲击波等。

二、金属矿山地下开采采空区的几种治理方法

2.1尾矿（废石）充填技术

充填采矿将尾矿（废石）处理充入井下采空区，改善矿山的环境，节省污染治理费用，减少修筑废料石场和占用农田。根据矿山的开采技术条件和采矿方法，采用工艺成熟的中深孔落矿一步回采方案，嗣后用井下掘进和采矿的废石充填采空区。由于井下掘进和采矿的废石量有限，确定井下废石主要充填东部和西部的采空区，中部无矿带附近的采空区采取封堵方法隔离空区，即采取“充两头封中间”的方法，实现井下废石不出坑，全部用于井下采空区充填。该方法采场衔接顺利，生产作业安全，能较好地回收矿石，提高劳动生产率，同时使采场地压得到有效控制和转移，既可保护地表环境，降低成本，又确保井下安全。

废石不出坑，直接充填采空区，工艺简单，效果明显，适应性广，易于推广。这种方法只需要采矿方案设计规范、合理，便可实施，对设备、人员素质要求不高，适合中小型矿山采用。

2.2 全尾砂胶结充填技术

选矿厂尾矿部分或全部用作充填料，不仅可以解决充填料的来源问题，而且可省去建设尾矿坝，降低矿山尾矿处理带来的成本，改善矿山环境，消除尾矿库垮塌带来的泥石流等安全隐患，对矿山采選节能减排具有重要的意义。20世纪80年代，凡口铅锌矿试验充填料的动电固结工艺获得成功，使全尾砂充填采矿成为现实。该法能有效地加速全尾矿充填料的脱水和固结硬化过程，可提高充填体的初始强度，为设备作业提供坚硬的底板。随后，金川镍矿高浓度胶结充填料管道输送的研究获得成功，为我国利用全尾砂充填采矿积累了成功的经验为全尾砂充填的推广起到了带头作用，为实现矿山采选节能减排开采提供了技术支持。铜陵有色公司在冬瓜山新开采的矿床高浓度全尾矿充填法也获得成功，采用的采矿方法为阶段空场嗣后充填采矿方法。回采结束，一步骤矿房采场采用全尾砂胶结充填，二步骤矿柱采场采用全尾砂充填，以保证采空区的稳定和生产的衔接，控制深井回采地压的安全。

在全尾矿充填法中存在两个方面的难题制约着其推广应用。首先由于尾矿的化学特性，难以短时间形成一种致密的渣，需要添加化学药剂和增加处理设备来加速尾矿固结，实施工艺比较复杂。其次，尾矿充填需要配套的加压、输送设备和严格的操作管理，增加企业投入，尤其是加大了企业生产管理难度。因此，全尾矿充填法难以在中小型矿山中推广。

2.3 块石胶结充填技术

胶结块石充填料是由块石骨料、胶结料和水3种基本成分组成。胶结块石充填料制备方法有2种：采用混凝土搅拌法，将所有的成分一起加入滚筒式、盘式或螺旋叶片式搅拌机内;用浆叶式搅拌机将水泥胶结料混合成水泥浆，而后将水泥浆喷射到充填骨料上。块石胶结充填采矿法的实质是采用级配良好的块石与水泥浆（或水砂浆）混合进行充填，形成的人工壁柱的强度和稳定性都比细砂胶结的好。同时还能保证第二步回采的安全，相应减少坑下废石的提升量。

我国很早就使用废石充填采场，华锡集团铜坑矿采用井下机车、溜井分配系统、皮带输送机将废石运送至采场口，然后与管道输送来的水泥浆同时充入采场，在下落过程中自然混合充填，形成高强度的块石胶结充填体。该法是一种高效率的充填法，日处理废石量较大，较适用于大矿山、大矿体。另外，金山金矿、湘西金矿和锡矿山将废石和水泥浆直接充填采场，用电耙混合，也取得了很好的效果。

块石胶结充填法所需的块石、水泥浆都可以在井下作业现场制备，实施工艺和所需设备条件比全尾矿充填法要简单，胶结强度比单纯的废石直接充填高很多，也适合中小型矿山采用。

三结论

许多矿山的实际应用证明通过以上方法对采空区充填治理，使矿山开采形成的采空区得到了有效的治理，有效保护地表不塌陷和保护远景资源，消除和大量减少了矿山固体废料的排放，保持矿区生态体系完整，是一条变害为利、综合利用、可有效控制和消除地压危害、保证矿山安全生产、改善地质环境和生态环境的有效途径，从根本上最大限度地消除矿产资源开采带来的负面影响，并且能使矿山效益最大化。

参考文献

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