贤梁明，朱 唯，陈远光，李建文，玉安宁

(1.中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315；2.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029)

近些年来，国内采空区造成的重大安全事故的频率不断增加。广西大新锰矿分公司矿山是中国已探明矿储量最大的锰矿山之一，地下矿山自1999年建设以来，经过长期探索和建设，碳酸锰生产能力已经达60万t/a。至今开采矿石总量达到400万t，累计形成了超过100万m3的采空区。为防范采空区塌陷，造成人员财产损失确保安全生产，需要对采空区进行危险性评价，并对隐患空区进行综合治理。

1 大新锰矿采空区概况

1.1 采空区岩体质量

大新锰矿Ⅱ矿体为坚硬岩且岩体较完整，属好的岩体[1]，分级标准为Ⅱ级，其在不支护地情况下，10 m跨度平均自稳时间1年；夹Ⅰ岩体和Ⅰ矿体底板为较坚硬岩，岩体较完整，属一般岩体，分级标准为Ⅲ级，在不支护地情况下，5 m跨度平均自稳时间1周；而Ⅲ矿体顶板虽较坚硬，但破碎，分级标准Ⅳ级，属差的岩体，在不支护地情况下，2.5 m跨度平均自稳时间10 h。

1.2 采矿方法

根据矿脉分布采矿方法：中部采区急倾斜中厚矿体，采用中深孔爆破分段凿岩矿房法；西北采区急倾斜薄矿体，采用浅孔留矿法；缓倾斜矿体，采用房柱法。

1.3 地表特征

大新锰矿采空区整体埋深较浅，中部采区、西北采区局部采空区甚至与地表贯通。西北地采采空区地表主要存在西北排土场及露天西北采区的露天边坡；西北采区地表主要为露天西北采区部分露天边坡；中部采区地表主要为露天西南采区露天边坡、露天中东部采区露天边坡、南部山体及山坡沿边公路、矿区通道。

1.4 采空区分布特征

近年来露天矿逐渐枯竭，矿山开采逐渐露天转地采，随着地采产能的增加，采空区形成加速，现有采区采矿深度不到200 m。采空区形成的时间大部分不到10年。浅层采空区有少部分已与地表连通，采空区排列总体与矿脉一致。中部采区采空区数量较西北采区少，但体积规模大，大部分为中等规模和大规模采空区。西北采区数量多，但体积规模小。采空区主要为浅层及中深层采空区，其中浅层矿体已开采结束；中深层矿体正在开采中，即将开采结束；深层矿体为未来开采的主要对象。

2 采空区模型构建

2.1 中部采区中深孔留矿法空区模型构建

根据矿脉特征，中部采空区经开采后，已经无法进行实测，急倾斜中厚矿体钻孔探测难度大，且效果也很难达到。现直接利用矿体模型构建，如图1所示。

图1 中部采区采空区模型

2.2 西北采区房柱法空区模型构建

西北采区开采方法采用房柱法，采空区内结构复杂、构造多，仪器探测很难达到理想效果。故该区域采空区模型参照矿体模型，并结合实际开采情况，测量图整理分析调整，模型如图2所示。

图2 西北采区采空区模型

2.3 西北地采房柱法及浅孔留矿法采空区模型构建

西北采区参照矿体模型，结合房柱法及浅孔留矿法采空区，分两个区域分别构建后合并得出整体模型，如图3所示。

图3 西北地采整体模型

3 采空区危险性评价

3.1 中部采区采空区危险性评价结果

采用模糊综合评价模型对中部采区+280，+340，+380，+420 m这4个中段采空区进行危险性评价[3]结果可知：+420 m中段矿体内空区存在9个，其中A3类空区5个，体积占比为整个+420 m中段空区的48%，A2类空区2个，体积占比为25.4%，A1类空区2个，体积占比为26.6%；+380 m中段矿体内空区存在17个，其中A3类空区7个，体积占比为整个+380 m中段空区的42.9%，A2类空区4个，体积占比为24.2%，A1类空区6个，体积占比为32.9%；在+340 m中段矿体内空区存在19个，其中A3类空区5个，体积占比为整个+340 m中段空区的24.2%，A2类空区12个，体积占比为63.4%，A1类空区2个，体积占比为12.4%；在+280 m中段矿体内空区存在14个，其中A3类空区8个，体积占比为占整个+280 m中段空区的55.8%，A2类空区6个，体积占比为44.2%。

大新锰矿中部采区的滞留空区群危险性较高，很可能会发生各种地质灾害，其中在+280 m中段及+340，+380，+420 m中段的两端空区为不稳定区域，很可能发生塌陷、冒顶等地质灾害[2]。在接近两端区域，其空区稳定性一般，受两端不稳定采空区破坏的影响，其稳定性随时可能下降，发生破坏；采区的中部空区则相对稳定区域。因此对于后期空区治理而言，+280 m中段及+340，+380，+420 m中段两端空区群应作为重点治理对象。

3.2 西北采区采空区危险性评价结果

西北采区+340，+310 m中段采空区危险性评价结果可知：Ⅰ矿内空区存在13个，其中A3类空区3个，总暴露面积占比为整个Ⅰ矿空区暴露面积的24.9%，A2类空区3个，总暴露面积占比为29.7%，A1类空区7个，总暴露面积占比为45.4%。Ⅱ-Ⅲ矿内空区存在13个，该矿层空区类型皆为A2型，空区危险性一般。因此可知，大新锰矿西北采区滞留空区群，与中部采区采空区危险性等级相比较，其危险性较低，后期治理应以中部空区作为重点。

4 各采区治理方案

4.1 中部采区采空区治理方案的确定

综合考虑中部采区采空区危险性评估结果及施工技术条件，建议对采空区进行分区治理。+340 m以上老采空区采用废石充填处理采空区，+340 m以下中深层采空区可选用胶结充填进行处理。

4.2 西北采区采空区治理方案的确定

综合考虑西北采区采空区危险性评估结果及施工技术条件，建议对采空区进行崩落法、封闭隔离法联合治理。其中西北采区+340 m中段浅层采空区(顶板厚度小于50 m)需要在地表划分警戒带，待塌陷后废石充填；Ⅱ-Ⅲ矿层采空区需要对运输巷连通口进行简单封闭隔离；+310 m中段Ⅰ矿层采空区进行崩落—封闭隔离联合处理。

4.3 建议

1)大新锰矿中部采空区较其他各区采空区具有单体空区体积大、空区集中、危险性大等特点，应作为空区治理的重点进行研究和治理。

2)适用于大新锰矿采空区治理的方案较多，在具体治理时，需要经过技术、经济比选并根据现场情况确定。

3)在回采中部采区+280 m水平以下矿体时，如经济上允许，可在回采结束后及时对采空区进行嗣后充填，并考虑对部分矿柱的回收。

5 结 论

针对大新锰矿中部采区、西北采区采空区的分布特点，通过构建采空区三维数字模型，利用数值模拟，模糊数学等方法对采空区稳定性及危险性进行分析与评价[3]，根据结果对采空区治理方案进行选择，其结论如下：

1)大新锰矿中部采区主要为中等规模和大规模采空区，西北采区主要为小规模采空区，数量较多且相对分散。采空区治理应以中部采空区治理为主，加强地压监测管理。中部采区的大型、中等单体采空区是抓好采空区地压管理及防治采空区灾害的关键点。

2)通过模糊数学的方法对单体采空区危险性进行评价，并对采空区进行分类。结果显示：大新锰矿Ⅰ级状况采空区占空区统计数量的28%，体积占总空区体积的38%；Ⅱ级状况采空区占空区统计数量的39%，体积占总空区体积的28%；Ⅲ级状况采空区占空区统计数量的35%，体积占总空区体积的34%。其中，中部采区以Ⅰ、Ⅱ级采空区为主，其数量占比高达83%；西北采区以Ⅱ、Ⅲ级采空区为主，Ⅰ、Ⅱ级采空区主要分布在Ⅱ-Ⅲ矿层采空区及+340 m中段。Ⅲ级采空区为+310 m中段Ⅰ矿层采空区。

3)根据各采区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级采空区的分布及施工条件，确定各采区采空区治理方案为：①中部采区+340 m以上老采空区采用废石充填处理采空区，+340 m以下中深层采空区可选用胶结充填进行处理；②西北采区+340 m中段浅层采空区在地表划分警戒带，待自然塌陷后废石充填，Ⅱ-Ⅲ矿层采空区进行崩落顶板处理，+310 m中段Ⅰ矿层采空区进行封闭隔离处理。