元宝山露天煤矿采空区治理方案

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1、元宝山露天煤矿采空区治理方案白羽 【摘要】由于小煤窑越界开采，在露天采区北部形成面积约为1.49 km2的采空区, 这些采空区位置不明，开采程度不详，为露天矿长远发展带来了极大的安全隐患.为了 确保露天矿高效、安全生产,结合露天矿实际情况，制定了采空区治理方案，为其他露 天矿处理采空区提供参考与依据.Because of the small coal mines crossborder exploitation, the northern open-pit mining area forms about 1.49km2 goaf .These goafs are not clear and t

2、he mining degree is unknown, which has brought great security risks to the long-term development of open-pit mines. In order to ensure efficient and safe production of open-pit mines, combining with the actual situation of open-pit mines, the mine formulates scheme of goaf treatment, which provides

3、reference and basis for other open-pit mines.【期刊名称】露天采矿技术 【年(卷)，期】2018(033)002 【总页数】3页(P83-85) 【关键词】露天煤矿;采空区;治理方案 【作者】白羽【作者单位】平庄煤业元宝山露天煤矿，内蒙古赤峰024076【正文语种】中文【中图分类】TD8241工程背景元宝山露天煤矿位于内蒙古自治区赤峰市境内，于1997年底投入试生产，核定生 产能力为800万t/a，主采煤层为5#煤和6#煤，采用连续与半连续相结合的综合 开采工艺，表土剥离采用轮斗挖掘机-带式输送机-排土机的连续开采工艺，含煤地 层采用单斗挖掘机-自卸

4、卡车-半固定破碎站-带式输送机-排土机/选煤厂的半连续 开采工艺。2016年末元宝山露天煤矿发现位于矿区西部的宝马矿业采用房柱式炮采、长壁炮 采、掘进机巷采、综合机械化放顶煤等开采方式越界盗采元宝山露天煤矿北部煤炭 资源，经初步调查已经在露天煤矿境界内形成总面积约为1.49 km2的采空区，主 要涉及煤层为6#煤和8#煤2个煤层，这些采空区位置不明、开采程度和采动深 度不详，不但给元宝山露天煤矿带来了巨大的经济损失，同时随着采场不断向北推 进，将涉及到露天采场与采空区交叉的问题，给露天矿安全生产带来巨大的安全隐 患。因此为了保证露天矿高效、安全生产，制定详细治理方案是十分有必要。2采空区对露天

5、矿的危害2.1对作业设备的危害1）当轮斗挖掘机、电铲、钻机、自卸卡车、大型液压反铲等作业设备正处于采空 区上部作业、通过或停留检修时，如果空区上覆岩层突然垮塌或垮落，设备会倾覆 或陷落于采空区（火区），造成司机伤亡、设备损坏等事故灾难。元宝山露天煤矿 作为大型现代化露天矿山，所使用的设备均为重型装备，其中轮斗挖掘机自重2 475 t，WK-12C电铲自质量190 t，TR-100矿用自卸卡车自质量69 t，DM45 钻机自重41 t，一旦陷落于采空区，对设备和人员都会造成极大的伤害。2）当电铲、钻机、自卸卡车、大型液压反铲等作业设备正处于采空区水平方向作 业、通过或停留检修时，如果采空区水平岩

6、层承压力不能满足积水压力要求时，会 发生采空区积水突然泄露，使设备发生倾覆，造成司机伤亡、设备损坏等事故灾难。 元宝山露天煤矿是特大型富水露天矿，地下水丰富，采空区空腔内充满大量积水， 随着工作帮不断向采空区方向推进，一旦水平岩层承压力不能满足积水压力时，造 成采空区去积水泄露，不但对人员和设备造成损伤，还有淹坑的危险，对露天矿生 产造成极大的影响。2.2对作业人员的危害1）在穿孔爆破装药过程中，由于采空区内煤层自燃弓I起的高温可能导致已填充炸 药发生早爆，造成人身伤亡和设备损坏。2）在穿孔爆破爆破过程中，采空区积聚的可燃气体可能被同时引爆，使爆炸能量 增大，造成人员伤亡和设备损坏。3）如果采

7、空区空腔内聚集着有毒有害气体，在钻孔或塌落时逸出，可能对作业人 员造成人身伤害。4）在采装运输环节中，地面指挥人员可能会跌落到由于采空区内煤层自燃造成的 火区内，造成指挥人员造成人身伤害1-4。2.3对露天矿正常生产的危害1 ）采空区如果位于露天矿重要的运输通道附近，运输道路的中断对露天矿正常生 产带来极大的危害。2）采空区如果位于露天矿边坡下会造成边坡失稳，对采矿中作业的设备人员造成 极大的安全隐患。3）采空区沉陷导致地表构筑物破坏。根据宝马矿业提供的图纸，在采空区上方分 布着元宝山露天煤矿疏干管路和供电线路，一旦采空区发生不均匀沉降，造成疏干 管路断裂、供电架线杆倾斜，将直接影响露天煤矿的

8、正常生产。3处理采空区面临的难题1）没有准确的采空区平面位置及空间形态。由于马宝矿业为地方小煤矿，日常生 产组织不规范，提供的采掘平面图准确性和可靠性无法确定。如果没有明确的采空 区区域边界，将直接影响下一步的监测和治理。2）采空区的积水情况不明确。由于元宝山露天煤矿地下水丰富，采空区的空腔内 必然会充满大量的积水，积水区域以及静水压力不能明确，将对下一步露天生产带 来极大的影响。3）采空区顶板及水平极限安全厚度不能确定。水平及垂直方向极限厚度的确定， 直接影响下一步生产组织及采空区治理方案的实施，必须明确不同岩性、不同设备 的极限安全厚度。4）采空区地表沉陷规律的掌握。采空区治理是一个复杂而

9、又漫长的工作，为了保 证人员与设备安全作业，必须掌握采空区地表沉陷规律，提前对采空区沉陷进行预 测预报。4采空区治理方案元宝山露天煤矿通过采空区期间，将会遇到空腔、水、火、瓦斯等多种隐蔽致灾因 素的影响，任何一种因素都会对安全生产构成极大的威胁，因此必须始终坚持预 测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，结合生产实际，分阶段按步骤 有计划地开展勘查、评价及治理工作，具体方案如下：1）建立预测预防地表沉降变形监测系统。利用GPS全球定位系统和变形监测桩 为工具，在采空区地表建立点距为100 m的地表监测系统，并每天对监测数据进 行提取、分析，从而达到对采空区进行实时监测，数据积累总结地表变

10、形规律，判 断沉降阶段，提前预测预防采空区塌陷的目的。2）利用综合物探手段，明确采空区的范围，排除周边的疑似采空区区域，补充现 有资料不全、精度差等缺陷。目前常用的采空区物探方法包括瞬变电磁法、可控源 音频大地电磁法、三维地震法、音频大地电磁法、高密度电法、地质雷达等，每种 方法都有不同的适应条件和优缺点5-6。由于采场采区内存在大型作业机械、车辆乃至爆破等强震动干扰源，并且采场原为 英金河老河道，赋存着砾石层等强震波吸收层，地震法在此难以取得好的效果。 物探区域内地形起伏较大、且砾石层对高密度电法也是一种高阻屏蔽层，不适合进 行高密度电法探测。采空区距离地表较远，平均深度为180 m，而地质

11、雷达探测深度较浅，该种方法 也可以排除。综上分析，考虑到物探施工的效率、探测效果，以及经济效益，本方案物探采用瞬 变电磁法和可控源音频大地电磁法相结合，探明露天采场内采空区的空间形态和积 水程度。3）对重点位置钻探，并进行三维精细化探测。基于综合物探结果，在重点区域实 施采空区钻探，并全孔取芯，进行岩体物理力学性质试验，为确定采空区极限厚度 提供科学数据。同时以穿透采空区顶板的钻探孔为媒介，通过便携式多功能钻孔探 测仪、钻孔式三维激光扫描仪以及声呐等工具，对重点区域的采空区进行三维精细 化探测，查清采空区的三维空间形态以及采空区三带”发育状况，并准确掌握含 水采空区的形态及分布特征。对于无积水

12、的采空区空腔采用采用钻孔式三维激光扫 描仪进行三维勘探，而对于积水空腔则采用声呐探测，根据声波在水中的传播速度、 发射声信号和接收声信号的时间间隔、声信号返回的方向可以确定水下目标的距离 和方位。4）采用数值分析和相似材料模拟实验的方法，确定采空区垂直和水平方向极限厚 度。采用FLAC3D数值分析软件和相似材料模拟实验相结合的方法，根据三维精 细化探测结果确定的采空区的形状、面积、高度、跨度、积水情况以及埋藏深度， 围绕地质条件及岩体力学性质、地质构造情况、岩体节理裂隙发育情况以及露天开 采活动（运输荷载、爆破震动以及设备对地比压）等方面，研究各因素对露天煤矿 采空区稳定性的影响规律及多因素影

13、响下采空区的变形失稳机理，最终确定采空区 垂直和水平方向极限厚度。5）采用疏干井和水平放水孔相结合的方法处理采空区空腔积水。在处理采空区前 需要提前将积水排空，为一步治理工程打下安全基础。根据元宝山露天煤矿近30 a的疏干经验，计划用疏干井与水平放水孔相结合，以疏干井为主、水平放水孔为 辅的方式处理空腔积水。先期用疏干井将空腔积水水位降至开采标高以下，在治理 前以通过水平放水孔将空腔剩余积水放出，同时检验推进方向的剩余积水情况，确 保采掘设备在空腔积水区安全作业。6）采用深孔爆破的方法处理采空区空腔。随着工作帮不断向采空区推进，当工作 平盘距离采空区空腔的距离邻近于极限安全距离时，需要对其进行

14、处理。目前常见 处理采空区空洞方法主要有4种，即深孔爆破法、封闭法、充填法、小孔径崩落 矿柱法7-11。封闭法适用于处理孤立的、小范围、既不再进行开采又可以任其自然塌落的采空区 空腔，该方法不适于开采境界内采空区空腔。充填法是指用填充材料将空腔填实，不让其发生塌陷、沉降，该方法技术上可行， 但对露天开采来说，填充物需要进行二次剥离，增加开采成本，同时也会造成煤质 贫化，经济上不合理。小孔径崩落矿柱法，实施起来难度相当大，实施周期长、效率低，工程投资大，主 要用于露天开采境界内井工回采所留煤柱以及采空区顶板岩石破碎严重的采空区处 理。露天采场深孔爆破法与上述几种处理方法相比较，投资少、施工工艺和

15、露天采场生 产工艺相一致、施工技术简单，能和露天采场生产紧密结合，有利于矿山生产经营 管理，且安全可靠，因此本方案采用该方法处理采空区空腔。5结语元宝山露天煤矿已按照编制的治理方案开始进行治理，目前处于综合勘探阶段，最 大限度地降低采空区对露天矿日常生产的影响，为员工提供一个安全、良好的作业 环境，确保露天矿安全、高效生产，同时也为国内类似露天矿山采空区治理提供借 鉴和指导。参考文献：1 赵建军.安太堡露天矿采空区作业措施探讨J.露天采矿技术，2013 (5): 32-35.2 王加权，王丽萍.采空区、火区爆破作业的安全管理J.露天采矿技术，2012 (S1): 110-111.3 刘建明.采

16、空区上部露天采剥安全作业与火区防治J.露天采煤技术，2009(5) : 81-83.4刘记鹏，尚涛，赵俊，等.露天矿采空区分析处理J.露天采矿技术，2012 (3): 4-6.5 王春毅，王永红，程秀升.露天矿境界内采空区探测方法实践J.采矿技术， 2008(6):11-13.6 韩进，蔡光琪，刘永刚.东露天矿采空区勘探与治理J.露天采矿技术， 2014(12):33-35.7 王宏达.露天矿采空区与火区作业环节安全控制与监管J.露天采矿技术， 2016 ,31(9): 119-121.8 靳同增.东河湾铁矿采空区治理方案J.科技创新导报，2015 ( 23 ): 103-104.9郭炯，吕建洲，赵俊，等.平朔东露天矿采空区治理措施J.露天采矿技术， 2016 ,31 ( 5 ): 20-23.10 王建鑫.宝利露天煤矿空巷、采空区及火区处理的技术方案J.露天采矿技术，2013 ( 1 ): 82-85.11 刘勇，刘峰，蔡光琪.平朔东露天矿采空区治理研究及成果评价J.露天 采矿技术，2015,46 ( 11 ):63-66.