CN104863591B - 采空区控制冒落与地表充填治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属金属矿床地下开采技术领域,特别是涉及一种采空区控制冒落与地表充填治理方法,它包括用VCR法从采空区地表打充填井,充填采空区,其特征在于按保护地表不允许塌陷区域需要确定凿井充填的参数,有控制地诱导采空区冒透地表形成塌陷区;将充填井布置在同一直立平面或曲面内;在诱导冒落时充填井所在截面切断顶板冒落区的延展,形成冒落边界;在塌陷区稳定之后,用废石充填塌陷区并进行地表整形、覆士与复垦。本发明既降低了采空区处理的难度和费用,同时又解决了施工的安全隐患,可使生产能正常顺利进行。
Description
技术领域
本发明属金属矿床地下开采技术领域,特别是涉及一种采空区控制冒落与地表充填治理方法。
背景技术
在金属矿床地下开采中,顶板围岩滞后冒落形成的采空区,是矿山安全生产的重大隐患。空区突然冒落形成的冲击气浪,可对井下人员与设备造成严重伤害;同时采空区冒落引起的地表陷落,可能危害地表人员、设备、设施、建(构)筑物等。据统计,现今我国采空区灾害是金属矿山发生最频繁的重大灾害之一。导致这一灾害的主要原因是,采空区处理的难度大,常规处理方法(崩落或充填)费用高、施工不安全,且影响生产的正常进行。采空区危害及其治理的难度,已严重困扰许多矿山企业的经济发展。为此,寻求采空区治理新技术,降低治理难度,对金属矿床地下开采、特别深部高效开采意义重大。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中的缺失,而提供一种采空区控制冒落与地表充填治理方法,利用控制冒落与地表充填治理技术处理,即降低了采空区处理的难度和费用,同时又解决了施工的安全隐患,可使生产能正常顺利进行。
为解决上述技术问题,本发明是这样实现的:
采空区控制冒落与地表充填治理方法,包括用VCR法从采空区地表打充填井,充填采空区;按保护地表不允许塌陷区域需要确定凿井充填的参数,有控制地诱导采空区冒透地表形成塌陷区;将充填井布置在同一直立平面或曲面内;在诱导冒落时充填井所在截面切断顶板冒落区的延展,形成冒落边界;在塌陷区稳定之后,用废石充填塌陷区并进行地表整形、覆士与复垦。
作为一种优选方案,本发明从采空区边缘向内部逐条钻凿充填井,逐条充填;在钻井与充填过渡中,对采空区顶板冒落状态进行监测。
进一步地,本发明可通过预留临时矿柱将采空区隔开,临时矿柱之间采空区的跨度小于顶板围岩的持续冒落跨度,而临时矿柱两侧采空区跨度之和大于顶板围岩的持续冒落跨度;矿柱的宽度为12~18m。
进一步地,本发明在凿井充填维护住地表不允许塌陷范围之后,一次爆破所有临时矿柱内的诱导冒落区域,使采空区快速冒透地表。
进一步地,本发明在采空区冒透地表并形成塌陷区后,相隔1~2天,当塌陷区边壁处于稳定状态,塌陷坑底散体不再发生明显移动时,向塌陷区内充填废石,整形后进行客土覆盖。
进一步地,本发明可分两层进行客土覆盖;第一层客土覆盖厚度为0.5~0.7m,平整后覆盖防渗布;接续在防渗布上再进行第二层客土覆盖,其厚度为0.5-0.7m,平整表层进行复垦。
进一步地,本发明所述充填井的间距为25~40m;充填井的数量大于或等于3,其孔径为3~4m。
进一步地,本发明所述顶板围岩的持续冒落跨度L满足下式:
L=2
其中,TC为岩体极限抗压强度;h为空区高度;γ为上覆岩层容重;H为空区顶板埋深。
本发明通过保护地表不允许塌陷区域需要确定凿井充填的参数,可以有控制地诱导采空区冒透地表形成塌陷区;并且在塌陷坑边壁稳定后,用矿山固体废料从边缘向内部快速充填塌陷坑,在充满塌陷坑并经整形后,客土覆盖复垦,完成采空区治理。本发明既降低了采空区处理的难度和费用,同时又解决了施工的安全隐患,可使生产能正常顺利进行。
附图说明
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅限于下列内容的表述。
图1为本发明空区矿柱及充填范围确定方法图;
图2为本发明崩落走向矿柱诱导空区自然冒落方案图;
图3-1为本发明塌陷坑近照;
图3-2为本发明塌陷坑远照。
图中:1、上位采空区;2、下位采空区;3、矿柱;4、露天坑保护边坡;5、充填井;6、充填废石;7、诱导工程;8、诱导后冒落线。
具体实施方式
采空区控制冒落与地表充填治理方法,按如下步骤实施:
在监控条件下从地表充填空区,包括钻井充填保护住地表不允许塌陷部分,其余部分诱导冒落后形成地表塌陷坑,在地表充填塌陷坑,并客土复垦,由此完成地下采空灾害区的安全高效绿色治理。
在地表不允许塌落的部位,按空区形态、充填散体接顶要求,以及空区顶板冒落范围控制要求,确定充填井的位置与数量,保障充填后地表不允许塌陷区得到有效保护,此外,将充填井布置在同一直立平面或曲面内,间距控制在25~40m,且布置3条或3条以上充填井,以便在诱导冒落时,充填井所在截面切断顶板冒落区的延展,形成冒落终止边界。
充填井用VCR法钻孔逐段爆破形成,孔径Φ3~4m,用卡车运输废石倒入充填井快速充填采空区。充填井的施工顺序为从空区边缘向内部逐条施工,钻凿一条充填一条,即在一条充填井凿成后,先将其所负担的采空区与井筒都充满,再开始钻凿下一条充填井并进行充填。
用RG孔壁成像等设备,对VCR钻孔进行探测,根据空区顶板厚度和所揭示的断裂线分布条件,评估空区顶板自然冒透地表的可能性,如果存在自然冒透地表的可能性,在最有可能冒透地表的部位,钻孔监测采空区冒落情况,并建立空区顶板冒落监测系统,保障空区顶板凿井与充填作业的施工安全。
在钻井充填维护住地表不允许塌陷范围之后,在井下崩落支撑空区的矿柱或岩柱,或崩落围岩扩展采空区跨度,诱导采空区冒透地表形成塌陷坑。诱导冒落工程一次性爆破崩落,以确保施工安全。为便于诱导冒落,在矿体开采时,最好预留临时矿柱(或岩柱),使临时矿柱之间采空区的跨度小于顶板围岩的持续冒落跨度,而矿柱两侧采空区跨度之和大于顶板持续冒落跨度。矿柱(或岩柱)的宽度取12~18m,在其内施工诱导工程,一次性崩落临时矿柱诱导采空区顶板自然冒落。临时矿柱的崩落矿石,在其下设置出矿工程快速放出。
在塌陷坑边壁稳定后,在地表按设计标高从塌陷坑边缘向塌陷坑内部充填废石。当整个塌陷范围经过一次或几次充填均达到设计标高、且地下临时矿柱崩落矿石的回收已经结束时,对充填体表面进行整形并客土覆盖。为使充填体沉实后地表土层的最小厚度满足复垦要求,分两层进行客土覆盖,第一层客土覆盖0.5-0.7m,平整后覆盖防渗布,随后在防渗布上按复垦要求的厚度再度客土覆盖,第二层覆土厚度为0.5-0.7m。最后平整覆土造田,实现复垦。
实施例
参见图1所示,某矿露天转地下应用有底柱空场法分上、下两区同时开采,由于顶板围岩滞后冒落,形成了规模较大的采空区,采空区上方的露天坑存放干排尾沙不允许塌落。两区之间留12m宽走向矿柱,矿柱两侧的采空区跨度(L1=98m,L2=140m)均小于持续冒落跨度(经研究计算矿山持续冒落跨度为150m),但两侧采空区的跨度之和(238m),远大于采空区围岩的持续冒落跨度。
针对露天坑+350m以下已经堆存干排尾沙不允许塌落,综合考虑地表不允许塌陷范围、空区位置与形状、尾沙排放速度、地表凿井与充填施工方便,以及尽可能降低空区处理费用等因素,选择在+407m台阶上施工充填井。
用VCR法施工充填井,充填井直径Φ4m,共钻凿3条充填井,充填井间距 26~40m。钻凿1条充填1条,用卡车将露天剥离的废石充入井下,每条井都充满至井口。充填散体下沉后随时补充充填,保持充填废石高度至井口水平。3条充填井共充填废石万37.2万m3,经评估已经能够保障407m以下边坡不塌落。此时,在走向矿柱内施工诱导工程,打中深孔一次崩落走向矿柱(见图2),在崩落后当日采空区冒透地表(见图3)。
在冒透地表的第三天,塌陷坑边壁达到稳定状态,此时利用德龙F3000型装载汽车运送矿山排岩场内废石,从地表对塌陷坑进行充填,共充填。在完成废石充填与表面整形后,进行了塌陷区地表客土覆盖工程。该工程分层进行,第一层客土覆盖0.5厚黄土,平整后覆盖防渗布,随后在防渗布上再客土覆盖0.5厚的黄土层。在覆土上种植了黄豆、玉米等作物,防止水土流失并取得经济效益。
可以理解地是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.采空区控制冒落与地表充填治理方法,包括用VCR法从采空区地表打充填井,充填采空区,其特征在于:按保护地表不允许塌陷区域需要确定凿井充填的参数,有控制地诱导采空区冒透地表形成塌陷区;对采空区不允许塌落部位,按空区形态、充填散体接顶要求,以及空区顶板冒落范围控制要求,确定充填井的位置与数量,保障充填后地表不允许塌陷区得到有效保护,并在诱导冒落时充填井所在截面切断顶板冒落区的延展,形成冒落边界;为此,将充填井布置在同一直立平面或曲面内,间距为25~40m,且至少布置3条充填井;在采空区冒透地表并形成塌陷区后,相隔1~2天,当塌陷区边壁处于稳定状态,塌陷坑底散体不再发生明显移动时,向塌陷区内充填废石,整形后进行客土覆盖与复垦。
2.如权利要求1所述采空区控制冒落与地表充填治理方法,其特征在于:从采空区边缘向内部逐条钻凿充填井,逐条充填;在钻井与充填过渡中,对采空区顶板冒落状态进行监测。
3.如权利要求2所述采空区控制冒落与地表充填治理方法,其特征在于:通过预留临时矿柱将采空区隔开,临时矿柱之间采空区的跨度小于顶板围岩的持续冒落跨度,而临时矿柱两侧采空区跨度之和大于顶板围岩的持续冒落跨度;矿柱的宽度为12~18m。
4.如权利要求3所述采空区控制冒落与地表充填治理方法,其特征在于:在凿井充填维护住地表不允许塌陷范围之后,一次爆破所有临时矿柱内的诱导冒落区域,使采空区快速冒透地表。
5.如权利要求1所述采空区控制冒落与地表充填治理方法,其特征在于:分两层进行客土覆盖;第一层客土覆盖厚度为0.5-0.7m,平整后覆盖防渗布;接续在防渗布上再进行第二层客土覆盖,其厚度为0.5-0.7m,平整表层进行复垦。
6.如权利要求1所述采空区控制冒落与地表充填治理方法,其特征在于:所述充填井的孔径为3~4m。
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