杨春柳，李尚英，刘 刚，陈国军，李兆鹏

（中核集团北方铀业有限公司， 辽宁葫芦岛市 125105）

某铀矿缓倾斜矿体采空区处理方法探讨

杨春柳，李尚英，刘 刚，陈国军，李兆鹏

（中核集团北方铀业有限公司， 辽宁葫芦岛市 125105）

针对某铀矿Ⅱ1矿体采空区需要处理的实际情况，结合国内常用采空区处理方法，对其处理方法进行探讨，最终确定采用联合处理法。探讨结果及建议可作为类似矿体处理采空区的参考依据。

铀矿；缓倾斜矿体；采空区处理；矿柱支护；崩落法；充填法；联合处理

0 前 言

矿山企业生产运用崩落法、空场法等方法开采时，会形成较大面积采空区。遗留的采空区随暴露时间的增加，稳定性越来越差，会发生采场顶板围岩崩塌、地面沉降、失稳塌陷等地质灾害，若不及时处理，不但影响到正常的生产秩序，而且有可能发生安全事故。控制矿体及围岩的稳定性一直是采矿技术人员需要解决的问题。围岩的稳定性影响因素较多，如围岩的物理参数、受力状态等，对其处理的实质就是缓解岩体应力集中程度，使岩体中的应力重新分布，减小结构的几何变形，应变能得到释放，达到新的应力平衡，真正实现地压的有效管理，保证矿山安全生产［1－8］。

随着核能产业的大规模发展，促进了铀矿冶的快速发展，对铀矿山的产能提出了更高的要求，而随着高强度的开采，某铀矿形成了面积较大的采空区。本文根据某铀矿山Ⅱ1缓倾斜矿体采空区的处理要求，对其处理方法进行探讨。

1 地质及开采条件概况

某铀矿Ⅱ1矿体空间赋存形态复杂，主矿体回采工作已接近尾声。该矿体所属中段地层总体概况如下。

复成份砾岩：为河床相沉积岩层。浅灰、浅肉红色，砾石成份复杂，以花岗岩、凝灰岩为主，另有砂岩、脉岩等。砾石直径大，夹透镜状复成份砂岩，胶结物为凝灰岩、玻璃质、长石、石英砂岩。局部地段有矿化，矿化部位有黄铁矿、有机质。

凝灰质砂砾岩：为河漫滩相、河湖过渡相沉积，是主要含矿岩层。下部为富含有机质、凝灰角砾为特征的砾岩段，上部为长石、石英为主的砂岩段。砾石成份以凝灰岩、花岗岩为主，间有砂板岩、石英岩等，胶结物为凝灰质和少量有机质。

凝灰岩：湖盆相沉积。浅灰色、米黄色、灰黑色，凝灰结构，块状、条带状、似角砾状构造，胶结物为火山岩、玻璃质为主。

安山岩：为矿体盖层。斑状结构，块状构造，斑晶主要为中性斜长石，少量角闪石、云母，基质呈坡基交织结构，主要由玻璃质及少量磁铁矿组成。

根据Ⅱ1矿体的几何形态、位置、产状、价值及所处的工程环境，结合矿山生产实际，回采时采用全面法结合无轨设备开采，遗留下面积不小的采空区（见图1）。

2 处理方法选择

2.1 采空区常用处理方法

为了确保矿山永久性井巷和相关辅助巷道在服务年限内正常运行，减小采空区对这些工程的影响，必须对其进行处理。目前国内外对矿山采空区的处理方法按采矿方法分类大致有4种：矿柱支撑法、充填料充填法、崩落围岩法以及联合处理法。

（1）永久矿柱支撑法。用房柱法或全面法回采时，会在采场保留部分贫矿或者废石作为支撑单元，以控制直接顶板围岩的变形。留设矿柱或构筑混凝土柱处理采空区，一般适用于矿体埋深较浅、平伏层状或扁豆状、矿石和围岩都很稳固、地质构造面较少的缓倾斜矿体。矿柱支撑法要避免留设过多矿柱造成地质储量损失，尤其对于稀有金属而言，在矿山服务年限内，可能会造成不小比例的矿石损失，因此应尽可能对矿柱进行回收。由于矿柱的位置与矿柱上部围岩的跨度稳定性有关，在回采矿柱过程中会造成一部分顶板冒落，此时人工砼柱支护就能发挥作用。

图1 采空区分布示意

（2）充填处理法。为了控制局部采场帮壁的工作状态和采场近场围岩的位移，防止大面积地压活动，并有助于解决尾矿和采掘废石的堆放问题，人工处理采空区的另外一种方法就是使用充填法处理空区。充填法和其他处理方法比较而言费用较高、工艺复杂，适合在下列情况使用：控制围岩位移对井下工程的破坏；上部矿体、地表的建筑物、构筑物或农业耕地需要保护；充填量巨大的采场；贵重金属或者高品位矿体的回采。

充填法处理空区包括废石干式充填和尾砂、碎石水力充填［9］。废石干式充填处理空区的优点为：充填系统利用矿山溜井等巷道，输送简单，材料来源容易，充填成本低；充填料的级配要均匀，急倾斜的薄矿脉采空区适合于此方法。缺点是充填体的沉降率较大，难于充分充填接顶，废石人工充填效率低，有时需从地表其他地方采石，增加充填成本；部分矿山会因采空区处理作业滞后，采场空顶时间过长，充填系统过早破坏，影响采空区处理进度。

尾砂、碎石水力充填空区的优点为：充填较致密，能够充分接顶，可更好地控制顶板岩层位移和崩落，保护地表安全，提高矿石回收率；用尾砂充填，可改善地表环境，减少尾矿坝库容；管道输送效率较高。缺点是需建立尾砂分级、碎石破碎、充填输送系统等设施，一次性投资较大，工艺管理要求严格。

（3）崩落法处理采空区。崩落围岩处理空区的实质是用爆破的围岩松散体充填空区并形成缓冲垫层，缓和应力集中，防止采区内大面积围岩突然崩落产生气浪对工程巷道、设备和人造成危害。该方法简单易行，成本较低，应用范围较广泛，一般适用于：地表允许崩落，地表崩落后对矿区及其周边生产无害；回采矿柱和处理空区同时进行，矿石贫化损失大，矿石价值不高、低品位的矿体。此方法的缺点是：若上部没有足够的岩石垫层和严格的封闭措施，会带来安全隐患。

（4）联合处理法。由于矿体的成矿条件、产状各异，形成的采空区也千差万别，单一的处理方法不能完全解决问题，联合处理方法便应运而生。比如空场法回采缓倾斜矿体留下的采空区处理，可以采用留设矿柱支撑顶板围岩，还可以对采空区进行充填，充填体不但可以满足上部顶层围岩及围壁变形控制的需要，而且还能够起到临时人工矿柱的效果，给回收采场的预留矿柱提供便利。崩落法处理的空区可能会发生后续的变形破坏，故还应采取封闭处理措施。封闭法的主要方法为封闭连通采空区的穿脉、斜坡道等巷道，如在有关巷道中砌筑岩石、混凝土阻波墙或者使用崩落岩石堵塞巷道。

2.2 采空区处理方法选择

Ⅱ1矿体采空区处理方法本着安全可靠、经济合理、技术可行、及时的原则，从以下方面考虑：

（1）虽然铀矿山生产规模较小，但铀资源属于稀有贵重金属，为降低贫化损失率，一般使用充填法进行开采，在矿山初步整体设计的过程中已经把充填系统考虑其中；

（2）限于设备水平及投资的规模，目前绝大多数铀矿山使用上向水平干式充填法开采，湿式充填作业很少使用；

（3）铀矿山地下开采存在氡及其子体的问题，为了确保井下通风系统的正常运行和通风质量，保证作业人员良好的工作环境，对一些采空区及废弃巷道要及时采取密闭措施；

（4）Ⅱ1矿体属于缓倾斜矿体，单体设计过程中采用全面法结合无轨设备的配合进行开采。在开采过程中根据实际情况留有一部分矿柱，这些矿柱能够保证顶板的安全，为了确保资源的最大化回收，对其中部分品位较高而对采空区安全影响不大的矿柱可以进行回收；

（5）根据Ⅱ1矿体采用的采矿方法、自上而下的采矿顺序，在本矿体上部不存在其他采场，并结合相关地质资料，考虑到采空区对顶板的影响高度，部分采场可以考虑采用崩落顶板围岩处理空区。

结合以上各种因素综合考虑，结合铀矿山的生产实际，Ⅱ1矿体采用矿柱支撑与充填法联合使用的方法，并对进出采场的主要通道进行永久性密闭。

3 主要结论与改进建议

3.1 主要结论

（1）选择适合的采空区处理方法，应考虑矿山生产实际情况，如地质条件、采矿方法、采矿顺序、采空区状况等因素，有针对性地提出采空区处理对策。Ⅱ1矿体空区采用矿柱支撑与充填法联合使用，局部采场空区可以考虑采用崩落围岩处理，并对相关联通巷道进行永久性密闭。

（2）加强对采空区的变形观测。采空区稳定状况的判定必须科学、及时，这是采空区处理方法选择的前提条件。

（3）氡及其子体对铀矿山的井下通风质量影响很大，对开采完的采场采空区要及时处理，一些废弃的巷道要及时封闭，以免影响风路和通风质量，确保符合辐射防护的标准要求。

（4）对于缓倾斜矿体的采空区所留的矿柱尺寸要保证采矿顶板的稳定，尽量采用废石留设，尽量减少资源损失，降低损失率与贫化率。

（5）由于采用干式充填法，要最大可能地保证充填料与围岩之间的接顶问题。

3.2 改进建议

（1）由于能适应铀矿体的复杂变化，矿石损失和贫化率低，防护条件相对较好，故干式充填法回采矿体在铀矿山应用范围较广。此方法无需很大投入，但存在出矿、倒运环节占用时间长、充填料沉降程度较高、接顶困难等缺点，结合无轨设备的配合可提高劳动工效。目前多数铀矿山采用破碎堆浸工艺回收资源，因此在完善干式充填系统的基础上可以考虑尾渣胶结充填、水力充填，可大大提高充填效率。

（2）加强自动化设备的投入，加强岩体活动的监测，保证采空区变化情况的及时获取，减轻测量人员工作量。

（3）采空区可以采用人工混凝土柱或者钢管混凝土柱替换矿石柱，贫矿矿柱的留设可以垂直矿体的倾向，以求达到更好的受力状态。

［1］郑永学.矿山岩体力学［M］.北京：冶金工业出版社，1988.

［2］彭 欣.复杂采空区稳定性及近区开采安全性研究［D］.长沙：中南大学，2008.

［3］杨涛波，王晓军，等.房柱法深部开采人工矿柱合理宽度设计［J］.有色金属科学与工程，2011，2（2）：83－85.

［4］蔡美峰.岩石力学与工程［M］.北京：科学出版社，2002.

［5］解世俊.金属矿床地下开采［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［6］罗毅莎，姚振巩.采空区安全处理的对策措施研究［J］.采矿技术，2010，10（4）：65－67.

［7］刘洪磊，杨天鸿，黄德玉，等.桓仁铅锌矿复杂采空区处理方案［J］.东北大学学报，2011，32（6）：871－874.

［8］李俊平.缓倾斜采空场处理新方法及采场地压控制研究［D］.北京：北京理工大学，2003.

［9］《采矿手册》编辑委员会.采矿手册［M］.北京：冶金工业出版社，1999.

2011－11－07）

杨春柳（1985－），男，江苏南通人，助理工程师，主要从事采矿技术与管理工作，Email：ycl858630＠yeah.net。