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【摘要】采空区处理是很多矿山都必须直接面对的问题，本文针对湖南柿竹园矿采空区的具体情况，做了采空区处理的相关研究，通过多种方法的研究论证，给出了该矿最合理的采空区处理方法。
【关键词】采空区处理；卸压天窗；削弱平巷
中图分类号：TD85文献标识码：A 文章编号：
1总论
1.1前言
柿竹园矿距郴州市区15km，交通便捷。回采方法为连续阶段崩落法。阶段高度96m。每个采场可回采矿量36.83万t。矿石损失率为 25% （损失矿量可以在下阶段回采时回收），贫化率为3.76%。单个采场最大生产能力为1200t/d，同时回采的采场有三个。
1.2进行采空区处理的现实意义
（1）提高资源的回收率
490m～558m水平之间315m×313m范围内残余大量矿柱，品位高，储量大，此外，该范围周围也有品位较高储量很大的矿段，若不对采空区进行处理，这些矿量的回采都会受到很大影响，所以要必须对采空区进行处理。
（2）提高矿山安全系数
随着矿房矿石的采出和空区的形成，矿山开采工作的延深，或矿柱的回采，空区面积不断扩大，矿岩将出现裂缝，发生片帮，出现巷道、矿柱垮塌，岩层整体移动，顶板大面积冒落，地面大范围开裂、下沉和坍塌，出现大规模的地压活动[1]。为了矿山的安全，必须对采空区进行可靠的技术可行经济合理的处理。
1．3空区处理的范围
矿山现开采的区段为490m～558m水平之间。矿区其余矿段均未回采。现在已经完成了这一区域的矿房回采，且在空场条件下抽采了 K3-4～K3-5间的房间柱 Z3-4/5。下一步将开始490m～558m水平315m×313m范围内矿柱；558m～610m水平之间顶板以及其他富矿段的回采。现在开采区域内累计顶板暴露面积已达到3.5万m2，最大连续暴露面积达8100m2。累计空区260万m3，且在回采区域西北部已经有三个房间柱和一个盘间柱发生垮塌，周围矿柱已经有明显的变形破坏，必须对这一空区进行处理。
本次空区处理的范围为490m～558m范围内的空区。
2空区处理的方案选择
要回采矿柱，就必须现对采空区进行处理，采矿方法的选择是和空区处理方案结合在一起的[2]。确定如下初选方案：
Ⅰ尾砂胶结充填矿房事后回采矿柱；
Ⅱ“隔二采一”抽采矿柱事后崩落顶板围岩充填采空区；
Ⅲ 连续阶段崩落法。
表1 各方案技术经济指标对照表
比较可知，Ⅲ是最优方案，本次设计的最终方案选为Ⅲ方案。
3空区处理
3．1 空区处理工艺
回采开始前，首先在采区西北角首采区域形成卸压天窗，用以缓冲顶板大面积冒落时产生的巨大的空气冲击波对井下人员、设备、巷道等的影响，保证矿山安全正常的生产。
回采初期，采区顶板暴露面积小于18000m2 ，采区顶板很難自然崩落，所以要在回采区域首采区位置强制放顶。强制放顶面积为18750m2。
回采矿柱时，房间柱、对应盘间柱与558m～586m水平的富矿段一次性小微差爆破。利用原有的矿房底部结构出矿，当出矿至剩余矿石厚度为20m左右时停止防矿。留下的约20m厚的矿石层作为采场顶板强制崩落时的缓冲覆盖层。
在顶板自然崩落前，要在采场内保留至少20m厚的矿石垫层。并且在采场内实施强制放顶，崩落586m水平以上部分低品位矿石，补充采场内的矿石覆盖层，使采场内的矿石覆盖层的厚度达到40m。然后，才能采取自然崩落法处理采空区和补充覆盖层。
为了使顶板能够自然崩落，要在586m、610m、620m水平开凿削弱平巷，并在削弱平巷内凿上向孔，进行预裂爆破，以削弱待崩落部分和周围矿岩的联系。
回采全部完成后，封闭联络崩落区的通道，在地表移动范围用带有明显标志的铁丝网围圈。在塌落区范围外设置排水沟。
至此，研究范围内的矿柱回采与空区处理全部完成。进入其他矿段开采。
3．2空区处理所需要进行的工程
为了安全、顺利地完成开采范围内的矿柱回采以及空区处理，需要进行一如下工程。
<1>卸压天窗
为了消除采空区顶板大面积冒落和大爆破冲击波对井下作业人员、设备和地下工程设施的危害，维持矿山的安全生产，必须预先形成卸压天窗。
①位置
本研究的首采区段选在开采范围的西北角，地面标高为630m～650m。可采矿体顶部赋存标高为625m，矿体品位较高。目前该处已经回采到586m水平，计划回采到610m水平。现在已经在610m水平形成了部分回风和强制放顶巷。所以，选择该处开凿卸压天窗。
②断面
卸压天窗的断面积大小，由待处理的采空区规模，矿岩稳固程度，欲保护的地下工程的重要程度等因素决定。本次研究中，卸压天窗的断面积选为55m×30m=1650m2。
③施工及工程量
首先在K1-1～K1-2西边对应矿柱上面掘进两口通地表天井，天井断面2.2m×2.2m。
在这两口凿岩天井中，开凿凿岩硐室（2.9m×2.9m），在凿岩硐室内，用QZJ-100B型潜孔钻机钻凿φ100-110mm的水平深孔，孔底距为4～5m，排距3～3.5m。用BOF-100型装药器装粒状铵油炸药，非电微差雷管起爆。与586m～610m间的矿块一次爆破形成天窗。
表2 卸压天窗施工工程量表
<2>强制放顶
矿区矿体和围岩主要是矽卡岩、大理岩以及花岗岩和花岗斑岩，多由比较稳固而且不容易风化的矿物组成，结构紧密。根据柿竹园矿岩体力学研究成果，当顶板暴露面积小于8000m2时不会自然崩落，8000～18000m2是属于自然冒落的过渡区，大于18000m2时，会自然冒落。
按照该矿的回采顺序和采矿方法，采区顶板暴露面积是逐步扩大的。卸压天窗形成时，暴露面积为1650m2。采矿初期，一定时间内，采区顶板暴露面积也小于18000m2。为了保证安全生产，在采场内形成40m厚的垫层，必须采取强制放顶。
①强制放顶位置
强制放顶区的位置主要与回采顺序、卸压天窗的位置以及回采现场的具体情况有关。
本研究中，卸压天窗位于采区西北角K1-1～K1-2对应顶板的上部。
回采顺序：490m～558m水平之间，315m×313m范围内间柱，和558m水平以上顶板富矿段的回采，从采区西北角开始，呈北东向斜线向东南方向推进。在采的相邻矿柱间基本保持在一条直线上，各盘区之间超前两个房间柱，强制放顶区选在首采区无底柱采场的 K1、K2、K3、K4范围。
②强制放顶面积
强制放顶区域的面积主要与矿岩的物理力学性质，以及采场现场的具体情况有关。本研究中，强制放顶的面积要在18000m2以上。结合现场的具体情况，强制放顶面积确定为18750m2。
③强制放顶施工
在实施强制放顶工程时，首先要在西北角610m水平首采区段边缘布置强制放顶平巷。在强制放顶平巷内，每隔40m布置一个凿岩硐室。在凿岩硐室内用QZJ-100B型潜孔钻机钻凿上相深孔。孔径φ100～110mm，孔底距4～6m。用BQF-100型装药器装粒状铵油炸药，非电微差雷管起爆。在强制放顶前，采场内应至少保留20m厚的矿石垫层。
表3强制放顶工程量
<3>削弱平巷
为了有步骤有计划地自然崩落顶板低品位矿石，处理采空区，要在586m、610m和620m水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷，并在削弱平巷内向上凿深孔，进行预裂爆破，减弱待崩落顶板与周边矿岩地联系，以利于其自然崩落。
削弱平巷超前采矿工作面一定距离进行，随着采矿工作面的推进逐步形成。断面为2.7m×2.7m。
在610m和620m水平的凿削弱平巷内凿上向平行中深孔，进行预裂爆破。孔距为1.5m，孔深为9m。
在586m的削弱平巷内凿上向束状中深孔，强制放顶
表4 削弱平巷工程量
<4>自然崩落
卸压天窗形成后，通过首采区的强制放顶，采区顶板外露部分失去支撑，已经成为悬臂梁状态，再通过爆破振动，产生了新的裂纹裂隙，稳定性减弱。为顶板自然崩落创造了条件。随着采矿的进行，采空区顶板暴露面积越来越大，当达到破坏极限时（连续暴露面积大于18000m2），就会开始自然崩落。故采空区处理采用自然崩落法。
为了有计划有步骤地自然崩落顶班，处理采空区，在586m、610m、620m水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷。削弱平巷超前采矿工作面一定距离，随着采矿工作面的推进逐段形成。
其它工程
①安全检测巷道
在630m和650m水平采区移动界限外布置安全检测巷道，用来检测顶班塌落情况、厚度、应力变化以及位移情况等，以便及时预报，采取措施。检测巷道的断面可取为2.5m×2.5m。
②封闭工程
全部回采工作结束后，要封闭连通崩落区的通道。并在地表移动范围用有明显标志的铁丝网围圈起来。
③排水工程及其他
在塌落区范围外，布置排水沟，将降雨排到塌落区外部，将厚度较小容易产生泥石流的表土和泥石剥离，以免进入塌落区。
4 需要说明的问题
1：由于本矿区矿岩硬度大，稳固性好，可崩性差，在进行自然崩落时要进行一定的削弱工程，如削弱平巷、强制放顶，割帮爆破 、预裂爆破等。在进行割帮爆破和预裂爆破时，要爆破多大的深度才能最有效的起到诱导崩落的作用，需要进行一定的现场试验。
2：本论文中，考虑到采区目前已经有了260万m3的空区存在，顶板自然崩落的连续暴露面积下限较大（为18000m2），为了防止顶板大面积突然冒落產生的空气冲击波对井下人员、设备等可能造成的伤害和破坏，本设计中将卸压天窗面积取得较大。
3：回采工程中，矿主的回采和采空区处理的相关工程是同时进行的，因此，要对施工工序和施工时间进行合理的安排，并根据回采的进行情况不断的调整，以取得最佳的效果。
参考文献
[1]刘敦文 古德生，地下矿山采空区处理方法的评价与优选[J]，中国矿业-2004年8期
[2]周宗红 任凤玉，诱导冒落技术在空区处理中的应用[J]，金属矿山-2005年12期
【关键词】采空区处理；卸压天窗；削弱平巷
中图分类号：TD85文献标识码：A 文章编号：
1总论
1.1前言
柿竹园矿距郴州市区15km，交通便捷。回采方法为连续阶段崩落法。阶段高度96m。每个采场可回采矿量36.83万t。矿石损失率为 25% （损失矿量可以在下阶段回采时回收），贫化率为3.76%。单个采场最大生产能力为1200t/d，同时回采的采场有三个。
1.2进行采空区处理的现实意义
（1）提高资源的回收率
490m～558m水平之间315m×313m范围内残余大量矿柱，品位高，储量大，此外，该范围周围也有品位较高储量很大的矿段，若不对采空区进行处理，这些矿量的回采都会受到很大影响，所以要必须对采空区进行处理。
（2）提高矿山安全系数
随着矿房矿石的采出和空区的形成，矿山开采工作的延深，或矿柱的回采，空区面积不断扩大，矿岩将出现裂缝，发生片帮，出现巷道、矿柱垮塌，岩层整体移动，顶板大面积冒落，地面大范围开裂、下沉和坍塌，出现大规模的地压活动[1]。为了矿山的安全，必须对采空区进行可靠的技术可行经济合理的处理。
1．3空区处理的范围
矿山现开采的区段为490m～558m水平之间。矿区其余矿段均未回采。现在已经完成了这一区域的矿房回采，且在空场条件下抽采了 K3-4～K3-5间的房间柱 Z3-4/5。下一步将开始490m～558m水平315m×313m范围内矿柱；558m～610m水平之间顶板以及其他富矿段的回采。现在开采区域内累计顶板暴露面积已达到3.5万m2，最大连续暴露面积达8100m2。累计空区260万m3，且在回采区域西北部已经有三个房间柱和一个盘间柱发生垮塌，周围矿柱已经有明显的变形破坏，必须对这一空区进行处理。
本次空区处理的范围为490m～558m范围内的空区。
2空区处理的方案选择
要回采矿柱，就必须现对采空区进行处理，采矿方法的选择是和空区处理方案结合在一起的[2]。确定如下初选方案：
Ⅰ尾砂胶结充填矿房事后回采矿柱；
Ⅱ“隔二采一”抽采矿柱事后崩落顶板围岩充填采空区；
Ⅲ 连续阶段崩落法。
表1 各方案技术经济指标对照表
比较可知，Ⅲ是最优方案，本次设计的最终方案选为Ⅲ方案。
3空区处理
3．1 空区处理工艺
回采开始前，首先在采区西北角首采区域形成卸压天窗，用以缓冲顶板大面积冒落时产生的巨大的空气冲击波对井下人员、设备、巷道等的影响，保证矿山安全正常的生产。
回采初期，采区顶板暴露面积小于18000m2 ，采区顶板很難自然崩落，所以要在回采区域首采区位置强制放顶。强制放顶面积为18750m2。
回采矿柱时，房间柱、对应盘间柱与558m～586m水平的富矿段一次性小微差爆破。利用原有的矿房底部结构出矿，当出矿至剩余矿石厚度为20m左右时停止防矿。留下的约20m厚的矿石层作为采场顶板强制崩落时的缓冲覆盖层。
在顶板自然崩落前，要在采场内保留至少20m厚的矿石垫层。并且在采场内实施强制放顶，崩落586m水平以上部分低品位矿石，补充采场内的矿石覆盖层，使采场内的矿石覆盖层的厚度达到40m。然后，才能采取自然崩落法处理采空区和补充覆盖层。
为了使顶板能够自然崩落，要在586m、610m、620m水平开凿削弱平巷，并在削弱平巷内凿上向孔，进行预裂爆破，以削弱待崩落部分和周围矿岩的联系。
回采全部完成后，封闭联络崩落区的通道，在地表移动范围用带有明显标志的铁丝网围圈。在塌落区范围外设置排水沟。
至此，研究范围内的矿柱回采与空区处理全部完成。进入其他矿段开采。
3．2空区处理所需要进行的工程
为了安全、顺利地完成开采范围内的矿柱回采以及空区处理，需要进行一如下工程。
<1>卸压天窗
为了消除采空区顶板大面积冒落和大爆破冲击波对井下作业人员、设备和地下工程设施的危害，维持矿山的安全生产，必须预先形成卸压天窗。
①位置
本研究的首采区段选在开采范围的西北角，地面标高为630m～650m。可采矿体顶部赋存标高为625m，矿体品位较高。目前该处已经回采到586m水平，计划回采到610m水平。现在已经在610m水平形成了部分回风和强制放顶巷。所以，选择该处开凿卸压天窗。
②断面
卸压天窗的断面积大小，由待处理的采空区规模，矿岩稳固程度，欲保护的地下工程的重要程度等因素决定。本次研究中，卸压天窗的断面积选为55m×30m=1650m2。
③施工及工程量
首先在K1-1～K1-2西边对应矿柱上面掘进两口通地表天井，天井断面2.2m×2.2m。
在这两口凿岩天井中，开凿凿岩硐室（2.9m×2.9m），在凿岩硐室内，用QZJ-100B型潜孔钻机钻凿φ100-110mm的水平深孔，孔底距为4～5m，排距3～3.5m。用BOF-100型装药器装粒状铵油炸药，非电微差雷管起爆。与586m～610m间的矿块一次爆破形成天窗。
表2 卸压天窗施工工程量表
<2>强制放顶
矿区矿体和围岩主要是矽卡岩、大理岩以及花岗岩和花岗斑岩，多由比较稳固而且不容易风化的矿物组成，结构紧密。根据柿竹园矿岩体力学研究成果，当顶板暴露面积小于8000m2时不会自然崩落，8000～18000m2是属于自然冒落的过渡区，大于18000m2时，会自然冒落。
按照该矿的回采顺序和采矿方法，采区顶板暴露面积是逐步扩大的。卸压天窗形成时，暴露面积为1650m2。采矿初期，一定时间内，采区顶板暴露面积也小于18000m2。为了保证安全生产，在采场内形成40m厚的垫层，必须采取强制放顶。
①强制放顶位置
强制放顶区的位置主要与回采顺序、卸压天窗的位置以及回采现场的具体情况有关。
本研究中，卸压天窗位于采区西北角K1-1～K1-2对应顶板的上部。
回采顺序：490m～558m水平之间，315m×313m范围内间柱，和558m水平以上顶板富矿段的回采，从采区西北角开始，呈北东向斜线向东南方向推进。在采的相邻矿柱间基本保持在一条直线上，各盘区之间超前两个房间柱，强制放顶区选在首采区无底柱采场的 K1、K2、K3、K4范围。
②强制放顶面积
强制放顶区域的面积主要与矿岩的物理力学性质，以及采场现场的具体情况有关。本研究中，强制放顶的面积要在18000m2以上。结合现场的具体情况，强制放顶面积确定为18750m2。
③强制放顶施工
在实施强制放顶工程时，首先要在西北角610m水平首采区段边缘布置强制放顶平巷。在强制放顶平巷内，每隔40m布置一个凿岩硐室。在凿岩硐室内用QZJ-100B型潜孔钻机钻凿上相深孔。孔径φ100～110mm，孔底距4～6m。用BQF-100型装药器装粒状铵油炸药，非电微差雷管起爆。在强制放顶前，采场内应至少保留20m厚的矿石垫层。
表3强制放顶工程量
<3>削弱平巷
为了有步骤有计划地自然崩落顶板低品位矿石，处理采空区，要在586m、610m和620m水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷，并在削弱平巷内向上凿深孔，进行预裂爆破，减弱待崩落顶板与周边矿岩地联系，以利于其自然崩落。
削弱平巷超前采矿工作面一定距离进行，随着采矿工作面的推进逐步形成。断面为2.7m×2.7m。
在610m和620m水平的凿削弱平巷内凿上向平行中深孔，进行预裂爆破。孔距为1.5m，孔深为9m。
在586m的削弱平巷内凿上向束状中深孔，强制放顶
表4 削弱平巷工程量
<4>自然崩落
卸压天窗形成后，通过首采区的强制放顶，采区顶板外露部分失去支撑，已经成为悬臂梁状态，再通过爆破振动，产生了新的裂纹裂隙，稳定性减弱。为顶板自然崩落创造了条件。随着采矿的进行，采空区顶板暴露面积越来越大，当达到破坏极限时（连续暴露面积大于18000m2），就会开始自然崩落。故采空区处理采用自然崩落法。
为了有计划有步骤地自然崩落顶班，处理采空区，在586m、610m、620m水平沿可采矿块外缘布置削弱平巷。削弱平巷超前采矿工作面一定距离，随着采矿工作面的推进逐段形成。
其它工程
①安全检测巷道
在630m和650m水平采区移动界限外布置安全检测巷道，用来检测顶班塌落情况、厚度、应力变化以及位移情况等，以便及时预报，采取措施。检测巷道的断面可取为2.5m×2.5m。
②封闭工程
全部回采工作结束后，要封闭连通崩落区的通道。并在地表移动范围用有明显标志的铁丝网围圈起来。
③排水工程及其他
在塌落区范围外，布置排水沟，将降雨排到塌落区外部，将厚度较小容易产生泥石流的表土和泥石剥离，以免进入塌落区。
4 需要说明的问题
1：由于本矿区矿岩硬度大，稳固性好，可崩性差，在进行自然崩落时要进行一定的削弱工程，如削弱平巷、强制放顶，割帮爆破 、预裂爆破等。在进行割帮爆破和预裂爆破时，要爆破多大的深度才能最有效的起到诱导崩落的作用，需要进行一定的现场试验。
2：本论文中，考虑到采区目前已经有了260万m3的空区存在，顶板自然崩落的连续暴露面积下限较大（为18000m2），为了防止顶板大面积突然冒落產生的空气冲击波对井下人员、设备等可能造成的伤害和破坏，本设计中将卸压天窗面积取得较大。
3：回采工程中，矿主的回采和采空区处理的相关工程是同时进行的，因此，要对施工工序和施工时间进行合理的安排，并根据回采的进行情况不断的调整，以取得最佳的效果。
参考文献
[1]刘敦文 古德生，地下矿山采空区处理方法的评价与优选[J]，中国矿业-2004年8期
[2]周宗红 任凤玉，诱导冒落技术在空区处理中的应用[J]，金属矿山-2005年12期