华宇菱镁矿露采生产中地下采空区危害及其技术对策

时间：2015-12-20 23:31:50 所属分类：天然气工业 浏览量:

摘 要：通过对华宇菱镁矿地下采空区的基本特征研究及其稳定性分析，阐述了地下采空区对露天开采的影响及危害，从理论和实践的角度强调了露天开采面临地下采空区的威胁，提出了消除采空区对生产危害的防治措施与技术手段。 关键词：地下采空区； 露天开采；工

摘　要：通过对华宇菱镁矿地下采空区的基本特征研究及其稳定性分析，阐述了地下采空区对露天开采的影响及危害，从理论和实践的角度强调了露天开采面临地下采空区的威胁，提出了消除采空区对生产危害的防治措施与技术手段。

关键词：地下采空区； 露天开采；工程地质条件；防治技术对策
0引言
　　华宇菱镁矿于1958年初由鞍钢大石桥镁矿开始小规模开采，鞍山冶金地质勘探公司四○六队和水文地质队对该区进行了多期勘探。2000年前，该矿由多家民营矿山无序开采，其坑道及采空区几乎遍布全区，东起Ⅻ线西止ⅩⅤ线均有地下采空区。目前已测到的坑口就有17处，其中镁矿坑口10个，滑石矿坑口7个。各坑口的底板标高由121.2～192.1m不等，采空区的顶底板高差为3～20m，平均为12m左右。这些采空区不但导致矿石储量大量消失，而且严重影响了矿山的安全生产，并造成矿石回采率下降。
1矿山概况
　　华宇菱镁矿位于营口宽甸古隆起之营口断块。矿区属大青山～大葳子山～山角山山脉的一部分，为剥蚀丘陵地貌，山势起伏不平，地形切割中等，沟谷纵横分布，山脊走向大致NE，倾角15～25°。
矿区位于北东向复背斜构造的南翼，变质岩层呈单斜构造形态，走向60～70°，倾向南东，倾角自东向西逐渐变缓。断裂构造比较发育，主要有纵断层和横断层两组。菱镁矿赋存于前震旦纪辽河群大石桥组下部白云岩～菱镁矿段。矿体围岩上盘为白云大理岩夹千枚岩，下盘为黑云母片岩。夹石有滑石片岩、绢云母片岩、千枚岩、透闪白云岩及菱镁大理岩等。工程地质岩组特征表明，矿坑的赋矿围岩主要为大理岩和少量煌斑岩，岩性致密坚硬，稳定性一般较好，在构造发育部位，稳固性相对较差。
矿山目前主要有三个露天采场进行了开采，即华峪采场、范峪采场、青山寺采场。
2地下采空区现状及稳定性分析
2.1 原地下采空区现状基本特征
1 采空区体积不清。现有采空区及之前老硐之间的空间组合、分布情况和对应关系都不清楚。目前尚能查清的仅有明空区，主要分布在工程地质条件较好的地区。另有暗空区尚未查清，主要分布在工程地质条件差的地区。矿区暗空场主要有两种类型，一是岩移塌陷区内的暗空区，一是古采老酮。目前据2006年底的不完全统计，地下采空区体积约为60万m3。
2 采空区边界不清。在开采初期出现采富弃贫、丢采的现象，加上塌落原因，许多空区轮廓不清。该矿在整合前，由于民采矿点进行无序开采，在矿区内120m水平以上遗留大量坑道及采空区，而在开采过程中又陆续发现新的采空区。
3 原地下采空区在剖而上有重叠现象，在平面上具交叉特征。多中段采空区投影在平面上形态千疮百孔，呈现重叠的蜂窝状。许多空场中坍塌受堵，上部及内部深处仍为未充填空场，增加了采空区的隐蔽性。
4 采空区顶板高度及形态控制程度不够。许多空场都是在中段闭坑后才进行调查，已无法深入到采场顶部，又因测量手段的限制，某些采空区顶板及边界不能控制。
5 地下开采方法不正规，矿柱留设无技术标准。原地下开采时主要用非正规房柱采矿法和全面采矿法，形成了状态各异的空区。采空区顶板的支承矿柱没有严格按岩性和受力情况进行设计、选择形状和确定技术参数，空区矿柱大小无统一规格。
2.2 采空区稳定性分析
　　华宇菱镁矿采空区的稳定性主要受到围岩特性及支承矿柱的尺寸强度和空区规模等因素制约。坑内的调查所见无岩体爆裂声响和矿柱微裂张开、剥皮等情况，多数空区顶板较完整。
　　研究认为，华宇菱镁矿采空区的稳定性受自重应力场控制。空区中承压矿柱出现拉伸、剪切破坏的情况极为有限，多数矿柱稳定性较好，对空区顶板起到了良好的支撑作用。仅在工程地质条件差的地区的暗空区有破坏现象。由此可见，华宇菱镁矿出现空区大面积连锁性破坏的岩移灾害条件不具备。但事实表明，采空区的存在对露采生产作业却造成了直接性影响和危害。
3露天开采中的地下采空区危害
3.1 采空区现状灾害
1 滑塌地质灾害。现场调查，在已有露天采场见有3处滑塌点，崩落物为陡坡处白云岩、大理岩块石、碎石、砂土混杂堆积，规模在5～20m3，规模小，形成原因主要为采坡高陡，高度多大于15m，坡度大于70°，有的近直立形成陡崖，崩滑落物为坡顶残坡积碎石、砂土，坡面松散岩块、碎石。
2 井巷坍塌地质灾害。通过现场调查、访问，已有菱镁矿、滑石矿采空巷道停采后出现井巷坍塌，巷道井口坍塌人员已无法进入。经调查、访问核实，现已发现矿区内有四处坍塌。①ⅩⅣ线CK53孔南东40m巷道见坍塌，巷道顶板标高160.3m，采厚10m；②ⅩⅣ线CK54孔，东南约30m，巷道坍塌，巷道顶板标高170.1m，采厚约10m；③在ⅩⅢ线西约30m，巷道坍塌，巷道顶板标高153m，采厚约5m；④在ⅩⅢ线东约30m，巷道坍塌，巷道顶板标高139m，采厚约4m。其中①、③、④巷道坍塌顶板围岩为菱镁矿及菱镁大理岩，在岩石节理裂隙发育部位产生巷道坍塌冒落；②为巷道坍塌，巷道围岩为滑石片岩，由于岩体质软，凌空后在地压重力作用下顶板失稳产生坍塌。
3.2 采空区将导致的危害
　　华宇菱镁矿露天开采中，其下部空区存在的危害多表现为露大作业台阶的失稳破坏，其破坏类型不仅仅位于空区顶板之上，且与多种工程地质因素密切相关，构成了空区危害的多样性与复杂性。
1 露采工作台阶失稳危害。台阶失稳不仅波及范围大，且还可以诱发各种崩塌性灾害。实际观测发现，台阶体的沉陷、倾斜、拉伸性破坏性失稳，会引起台阶体外侧开裂，或产生崩塌性滚石，或片帮性松脱岩块，给生产人员和作业设备带来严重安全威胁。
2 露天工作台阶局部性塌陷危害。由采空区引发的露天工作台阶失稳，甚至塌陷、崩塌、滑塌。在露采场南部在节理裂隙发育带，中部F1断裂破碎带附近，西部F7断裂破碎带附近，北部岩矿体顺向坡段外，有可能引发崩（滑）塌地质灾害。
①预见性塌陷。这是一种依据调查资料预先确定的具体部位，通过生产性爆破或技术性处理揭穿空区顶板而引起的塌陷。在菱镁矿露天采场中部地段，分布大面积不同标高的采空区，矿山露天不同标高阶段开采，由开采爆破及运输机械震动，加之露天采开采空区顶板较薄时，在岩矿体完整性差、节理裂隙地段，F1断裂破碎带处则可能引发采空区塌（沉）陷，其规模可能不同，但塌陷可直接威胁危害作业人员及机械设备的安全。
②非预测性塌陷。这种塌陷危害性很

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