南京栖霞山铅锌矿老采空区综合治理技术研究与运用

ＩＳＳＮ　１６７１—２９００　ＣＮ　４３一ｌ３４７／ＴＤ　采矿技术第８卷第４期　２００８年７月　Ｊｕ１．２００８　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏ１．８，Ｎｏ，４　南京栖霞山铅锌矿老采空区综合治理技术研究与运用　张文如　（南京银茂铅锌矿业有限公司，　江苏南京２１００３３）　摘　要：南京栖霞山铅锌矿地处南京市栖霞山风景区，１９７０～１９９０年间采用空场采矿法　开采，在井下一１７５　ＩＴＩ以上留下大量采空区。为了保护地表风景区，消除因采空区存在而　产生的安全隐患，围绕空区治理开展了工程地质调查，进行了空区稳定性监测与分析，制　定并实施了合理的空区治理方案，有效地控制了地表岩层移动，确保了风景区生态环境。　关键词：采空区；空区治理；充填；地压监测；生态保护　南京栖霞山铅锌矿位于南京市栖霞街道，地处　置了一条复合导线，垂直复合导线方向布置了９条　支导线。共设置２７个平面和高程控制点。采用Ｊ６　级光学经纬仪进行实测，并以控制点为起点进行空　区形状的细部测量。最后绘出实测的采空区形　状图。　南京栖霞山风景区内。矿体的上部有栖霞寺、九乡　河及矿区、城镇的建筑物，属典型的“三下”开采矿　山。矿山从１９５８年开始由露天矿开采转为井下开　采。其中一１２５　ＩＴＩ中段以上采用分层空场法和分段　空场法回采，多数采空区未充填。矿山在一１７５　ＩＴＩ　中段采矿时改用上向水平分层干式充填法开采，　１９８６年建立了尾砂充填系统，采矿方法逐步过渡为　上向水平分层充填法。　由于矿山所处的特殊地理位置，在矿区周围不　（２）调查分析法。对不能进入的采空区，根据　各个采场的回采小结来圈定采空区的范围，绘制出　各采场空区形态。　按照各个中段的实测、调查结果，空区分布可以　分为五大区域（见表１和图１）。　表１各中段空区体积统计　可能建立尾矿库。从１９９３年开始，矿山利用一２８～　一１７５　ＩＴＩ中段留下的约１５万ＩＴＩ　大小采空区，开展　封闭充填空区的综合治理工作，经过十多年的努力，　既解决了尾泥排放污染环境问题，又实现了对地表　和井下岩层稳定性的控制，达到了矿山进行“无废　开采”的目的。　１　老采空区综合治理技术方案的确定　１．１研究路线的选择　为了有效控制矿区岩层移动，对老采空区的综　合治理制定了进行矿山开采老空区现状及地质调　查，对老采空区赋存特性、矿岩力学参数及采空区稳　定性进行初步评价分析，制定老采空区治理方案，对　封闭与充填后的老采空区进行岩移监测，以及对老　采空区综合治理及稳定性进行评价等５个步骤的研　究路线。　１．２老空区现状与分布范围　（１）直接测量法。一７５　ＩＴＩ中段的分层采场与　冒落区基本上连成了一个可以进入的大空区，对该　空区首先进行了踏勘测量。根据形状沿走向方向布　图１　５大空区空间赋存关系　１．３老采空区综合治理方案　维普资讯 http://www.cqvip.com ７４　采矿技术　老空区治理原则：　（１）封充结合。对于孤立的小空区采用封闭方　式，相通性较好的大空区采用充填治理的方式治理　空区；　（２）由下而上。由下而上的空区治理顺序有利　于上部空区的稳定和减少对下部开采的影响，缩小　岩石移动范围ｉ　（３）先西后东。矿体由东向西逐渐侵人深部，　一１７５　ｍ中段西部空区（ｃ区域）上部离生活区建筑　物较近，且西部岩石较东部差，因此，在封闭分区可　能的条件下，西部空区优先充填；　（４）分期实施。矿山全尾砂经原有充填系统分　级处理后，大约每年有５万ｔ尾泥，即使其全部用来　充填空区，也仅能充填３万ｍ　／ａ，因此矿山老空区　的治理只能分期实施；　（５）长期监测。老采空区治理是一个长期过　程，空区对地表井下的影响及治理效果，需要通过地　表、井下的长期监测加以验证和检验。　根据上述５条原则，研究确定了老采空区以充　填为主、封闭和充填相结合的治理方案。在选择充　填工艺时，在保证空区治理对充填体强度要求的前　提下，应尽可能降低充填成本，经反复论证，结合矿　山生产实际，采用尾砂分级后的细粒级尾泥加水泥　作为充填材料进行充填，充填料浆通过管道水力输　送到老采空区。　１．４封闭墙选用　封闭墙的设计关键是确定充填体和巷道变形产　生力的性质、大小、方向和作用点对封闭墙的影响，　根据井下封闭墙所承受动静压力，以及施工较为困　难的特点，参照国内外矿山成功经验，矿山选用了带　防滑桩的钢筋混凝土封闭墙。　对封闭墙稳定性的验算，主要考虑封闭墙防滑　桩的整体抗滑移和封闭墙墙体本身的抗剪强度。通　过忽略巷道周边的磨擦阻力、防滑槽对封闭墙的阻　力，计算出封闭墙防滑桩的实际抗剪安全系数远大　于１。同时通过对混凝土墙抗剪验算，混凝土墙实　际剪应力为０．４０　ＭＰａ，而Ｃ２０混凝土许用剪应力为　０．８８　ＭＰａ，完全满足要求，但考虑到井下充填的不　确定性，封闭墙设计增设了钢筋布置，提高了封闭墙　的安全系数。　２　老采空区治理过程中的地压监测与分析　２．１地表与井下老采空区监测体系的建立　针对矿山老采空区分布状况及地表建筑物的重　要性，观测控制网点主要布置在６—３４线和栖霞寺　明镜湖一带，其目的是监测老采空区地表、栖霞寺明　镜湖和居民区的地层在采动影响下的岩层移动情　况。地表岩层移动监测网主要在矿山前期建立的岩　移监测网点的基础上，考虑到矿山向下延伸的方向，　在矿部生活区及九乡河一带增加了１６个监测点，补　充恢复了４个监测点，使其地表岩段监测点达到了　５７个。观测网的控制范围东西长度约为５００　ｍ，南　北长度约为３６０　ｍ，控制面积约０．２　ｋｍ　。井下压力　监测使用的压力盒布置在空区壁或充填体内，对采　空区矿柱、封闭挡墙等也进行压力监测。光应力计　用砂浆将其黏结在钻孔内，用以确定岩体应力的方　向和最大剪应力。考虑到一１７５　ｍ中段空区体积较　小（５８３５　ｍ　），且分布散乱，又不连续的特点，井下　压力监测点主要布置在一１２５　ｍ中段。　２．２地表与井下老采空区岩层移动监测结果　本次研究中仅对地表下沉作了系统观测，所以　只计算了地表倾斜变形和地表曲率变形（见表２）。　表２地表长期岩移参数变化趋势　监测结果分析表明：地表倾斜变形值和地表曲　率变形值均小于规范规定的Ｉ临界值，说明上述地区　岩层在监控期间处于相对稳定状态。空区周围岩层　及充填体内的地压监测结果见表３，监测表明，压力　盒所承受的地压在充填时呈缓慢增加趋势，在空区　或巷道充填接顶后即有卸压现象发生，证明充填体　可承受一部分地压，说明空区充填是有效的。　表３井下一１２，５　ｍ中段压力监测　臀监测位置　臀监测位置　１１１８　钻孔内０．２２～０．６１　１１５７　充填体０～０．１２　１１５１　钻孔内０．３３—０．９６　１１７４　钻孔内０．０６～０．０８　１１４４　充填体０～０．２２　光应力计测量结果表明，光应力计上的等级条　（下转第７９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com 李海燕：　双柳煤矿大断面运输顺槽的支护设计　７９　钢锚杆，锚固方式为树脂加长锚固，螺纹钢锚杆配套　使用１支Ｋ２３５５和１支Ｚ２３５５型树脂锚固剂（快速　药卷在上部，中速药卷在下部）。顶部锚杆呈矩形　顶板松软、破碎时必须紧跟工作面迎头。　（４）网片采用由１２　铅丝编织而成的菱形网，　规格为长Ｘ宽＝１　１　ｍ　Ｘ　１．０２　ｍ，网孔规格为５０　ｍｍ　布置，除两根边角锚杆呈７５。向帮内倾斜外，其余均　垂直于顶板布置，边角锚杆必须使用楔形托盘。顶　锚杆间距为１１００　ｍｍ，排距为１０００　ｍｍ，每排５根，　锚杆托盘全部采用冷冲钢托盘，钢筋托梁规格为　１４—３０—１　１００—１３００—２　ｍｍ。　Ｘ　５０　ｍｍ。铺网时，网片要密贴顶帮，铺设平整。联　网时，网片对接，采用１６　的联网丝，剪切成４００　ｍｍ　长，双股对折，联接在网片固定接点上，扭结圈数不　小于３圈，联紧联牢，联网间距不大于２００　ｍｍ，两帮　网片铺设距底板不超过２００　ｍｍ。　（２）两帮采用４１６　ｍｍ　Ｘ　Ｌ１６００　ｍｍ圆钢锚杆　配合４００　ｍｍ　Ｘ　２００　ｍｍ　Ｘ　５０　ｍｍ的木托板支护，锚　固方式为树脂端部锚固，配套使用一支Ｋ３５３７型树　脂锚固剂，锚杆间距８００　ｍｍ，排距１０００　ｍｍ；帮锚杆　根据设计方案在３３４０１综采工作面施工，有效　解决了大功率胶带输送机的安全运行难题。目前，　该工作面已推进１／４，通过对顶板离层、巷道表面位　呈矩形布置，垂直于两帮，每排均布置８根，支护时　最上一排锚杆距顶均为２００　ｍｍ，帮锚杆滞后顶锚杆　５００　ｍｍ布置，帮锚杆与顶锚杆同步施工，必须紧跟　工作面迎头。　移等的观测，尚未发现巷道顶、帮有离层、位移等破　坏现象，该综采工作面最高日产量达万吨，取得了较　好的经济效益与社会效益。　参考文献：　［１］袁和生．煤矿巷道锚杆支护技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社．　１９９７．　（３）锚索采用ｑｂｌ５．２４　ｍｍ　Ｘ　Ｌ６４００　ｍｍ的钢绞　线，配合１２　ＸＬ３０００　ｍｍ，－ｆＬＩ＇￣ｑ距为２４００　ｍｍ的槽钢　联合支护，每根锚索配套使用Ｋ２３５５、Ｚ２３５５型锚固　剂各１支，（快速药卷在上，中速药卷在下），锚索顺　巷道轴向布置，托梁沿巷中线两侧８５０　ｍｍ各布置　一［２］薛顺勤，宋广太，库明欣．煤巷锚杆支护施丁指南［Ｍ］．北京：　煤炭工、【　出版社．１９９９．　排，排内锚索间距２４００　ｍｍ，相邻锚索错距１２００　（收稿日期：２００８—０４—１８）　ｍｍ，锚索应保证设计长度，不得剪切，外露长度不大　于３００　ｍｍ。锚索支护滞后工作面不得超过１３　ｍ，　（上接第７４页）　作者简介：李海燕（１９７７一），男，山西介休人，助理工程师　主要从事矿井生产技术和管理工作。　施，取得了较好成果：　纹级数在缓慢增加，但均未达到一级条纹，其变化规　律和压力盒测量结果类似。　２．３老采空区岩层稳定性及充填治理效果的三维　有限元分析　（１）针对空区大小、形状及分布范围，布设地表　岩层移动和井下压力监测控制网点，跟踪监测结果　和空区岩层稳定性及充填治理效果的三维有限元模　拟分析结果，从理论和实践两个方面表明通过项目　的实施，地表与井下老采空区岩层已处于相对稳定　状态。　老空区综合治理三维有限元模拟结果表明：　（１）一７５，一１２５　ｍ中段开采后，地表出现拉应　力和变形，空区周边围岩局部存在不稳定现象，随着　空区存在Ｈ，－ＪＩ＇￣Ｊ的增长，局部不稳区域可能扩大，从而　加剧地表及井下围岩的变形。　（２）一７５，一１２５　ｍ中段充填后，老空区围岩的　（２）该项目的实施，可有效防治因老空区存在　可能引发的工程地质灾害，保护了栖霞山风景区的　生态环境，使地下资源开发与矿区生态环境及风景　区的保护达到了和谐的统一。　参考文献：　［１］王方汉．风景区地下资源开采与环境保护实践与展望［Ｊ］．采　矿技术，２００２，２（３）：４８～５１．　应力状态得到显著改善。第３主应力值最大值由充　填前的１．３４３　ＭＰａ降到０．３８５　ＭＰａ，主剖面地表及　井下岩层变形虽在缓慢增加，但变形速率显著减弱。　王方汉，缪建成，曹维勤．矿山固体废物综合利用的研究与实　３　结　论　本项研究在较详细调查了解老空区大小及分布　情况后，制定了老采空区综合治理的方案并付诸实　［３］　谈晓明，等．南京栖霞山铅锌矿地下采空区安全隐患综合治　…　曹维勤．采空区充填封闭墙的受力计算［Ｊ］．金属矿山，　２０００，（Ｓ）．　践［Ｊ］．矿业快报，２００３，ｌ９（８）：ｌ２～１４．　理技术研究［Ｒ］．南京：南京银茂铅锌矿业有限公司，２００２．