科创中国

地下矿床开采后势必会形成采空区，其破坏岩体原有应力的平衡，使采空区围岩的应力重新分布并建立新的平衡，当达到临界稳定状态时就会出现围岩移动和破坏。国内外矿山井下采空区处理方法大致有崩落围岩法、充填空区法、封闭隔离空区法以及联合法等几种空区（事后）处理方法。《关于加快建设绿色矿山的实施意见》中规定了《有色金属行业绿色矿山建设要求》，规定：固体废物妥善处置率应达到 100%，对废石、尾矿等固体废物分类处理，实现合理利用， 固废利用率达到国家要求。鼓励大中型矿山废石不出坑，尾矿井下充填，或固废其他利用方式。内蒙古某铅锌矿为已生产多年的老矿山，设计采用空场法开采，井下已形成大量的采空区，废石堆存于废石场，而目前矿山存在大量的采空区和塌陷坑，如将废石或尾砂处理空区及塌陷坑，废石尾砂可得到充分的利用，同时为建设绿色矿山奠定了基础。

l、戈壁集料经地表充填钻孔充填采空区。从地表施工中Φ350mm的充填钻孔至采空区，戈壁集料经地表充填钻孔充填采空区，待钻孔不能继续充填（除堵孔情况外），采用三维激光探测仪测量采空区处理效果确定是否继续进行充填。2、模拟充填效果优选充填顺序。运用Dimine 矿山软件模拟戈壁集料经各地表充填钻孔充填采空区的充填效果，通过对各充填钻孔负担的充填体积比较筛选最优的充填钻孔，在此基础上比较不同的充填顺序对采空区的充满度比较优选充填顺序。3、设置特殊格筛下料装置避免堵孔和堆料现象。在格筛下料装置的导流斗的四侧内壁靠近底部位盟均焊接有等距离分布的缓冲弹簧，该装置具有缓冲功能，减弱填充物料对装置的冲击，格筛安装壳、横杆均采用螺栓连接便于施工人员对装置进行维修和拆卸，且当出现堵塞或堆料的状况时，便于施工人员对此进行清理和疏通，提高了装置使用的便利性。

本项目研究的地表充填钻孔处理矿山采空区，极大地提高了采空区处理的机械化程度、安全性。该成果在采空区上方布置连通地表的充填钻孔，使戈壁集料充填采空区的机械化程度和充填能力得到提高，降低了采空区处理成本。并且采用三维激光探测仪测设矿山采空区的形状及计算采空区体积，应用Dimine矿山软件构建矿体模型、井巷模型，以直观查看采空区的空间关系，可以使充填效果明显更加明显。

该研究成果成功应用于哈密市红石矿业有限公司梅岭南采空区和赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司的矿山采空区，结果表明，本成果可科学、安全、可靠的处理采空区，避免矿产资源减少而带来的经济损失，具有较强的社会和经济效益。本项目的成功实施可为全国有色行业提供采空区充填治理借鉴，供其他矿山企业使用。本项目的研究成果极大的推动了有色行业在矿山采空区充填治理方面的技术进步，对有色行业在矿山采空区充填治理方面有较大的发展作用，在矿山具有广阔的应用前景。

项目承担单位是兰州有色冶金设计研究院有限公司，是一所具备跨行业、跨区域、多层次、全方位工程建设服务的综合甲级设计研究院有限公司。本单位自成立以来，始终坚持“同心同德、追求卓越、求真务实、创新进取”的企业精神，大力支持科研创新，为本次科研项目提供了大量帮助。研发团队一共15人，由高校、企业联合研究。其中教授级高级工程师4人，高级工程师10，团队内成员曾多次承担科研项目，并取得了诸多科研成果，技术力量雄厚、经验丰富。

（1）经济效益分析

根据《金属非金属地下矿山采空区事故隐患治理工作方案》文件及《中华人民共和国环境保护税法》文件，及我国大部分金属矿山现存采空区的特点，该处理采空区的方式不仅能解决地下采空区安全的问题，而且能充分利用废石有效减少缴纳环保税金额，最终达到为企业增加收益的目的。因此，地表充填钻孔处理采空区的方式前景广阔。本科研项目成功研究，能为兰州有色冶金设计研究院占领采空区处理方案研究的市场。本科研项目成功研究，能为兰州有色冶金设计研究院占领采空区处理方案研究的市场。

采空区科学、安全、可靠的处理，能避免黄土坡矿区矿产资源受到严重的损失，从而有限避免新疆西拓矿业有限公司因矿产资源减少而带来的经济损失。能使哈密红石矿业有限公司安全、有序的开采矿产资源，有效避免因采空区可能诱发的各种安全事故。

（2）社会效益分析

对井下工人而言，采空区科学、安全、可靠的处理，能为其提供一个安全的工作环境，降低井下工作人员焦虑情绪，提供工作效率，从而给企业带来一定的经济效益。

对设计人员而言，通过本次研究对大型采空区处理技术有了更深刻的认识，为今后的采空区处理方案研究提供一定的技术积累和技术指导，最终实现制定科学、安全、可靠的采空区处理方案的目的。

对业主而言，科学、安全、可靠的制定采空区处理方案，能避免矿产资源的损失，避免因采空区诱发的片帮、冒顶、矿震、地面塌陷、等多种形式的灾害，减少资源损失和安全生产就意味着能获取更多的投资收益。

对整个国家而言，减少矿产资源损失就意味着节省资源，将减少的资源损失用于国家的建设，将促使国家更好、更快的发展。

2017年项目组在利用三维激光探测仪获取梅岭南采空区形状的基础上，通过采空区处理方案对比，最终确定利用戈壁集料经地表充填钻孔来处理采空区。利用Dimine矿山软件模拟地表充填钻孔布置位置及戈壁集料处理采空区的效果，确定地表充填钻孔布置位置和充填顺序。经现场实际应用发现该充填方式具有充填能力高、机械化程度高、安全可靠性好等优点。采空区处理后保护黄土坡矿区矿体资源不受到严重的损失，保护的矿体体积为57660.36m3，体重按3.42t/m3计，矿量为197198.44t，折合人民币45082万元。同时采用充填效果模拟比采用传统的地表充填钻孔设计减少了4个充填钻孔，节省工程投资216万元。

2018年赤峰山金红岭有色矿业有限责任公司委托兰州有色冶金设计研究院有限公司进行隐伏采空区处理方案，该采空区同样采用地表充填钻孔将废石充填采空区，充填废石量91310m3，废石密度（松散体重）1.7t/m3，所用废石155226t，按环境保护税固体废弃物25元/t的征收标准，可节省环境保护税费388万元。对隐伏空区进行处理，可确保投资672万元回风井的安全，否则若不进行隐伏空区处理则需重新掘进一条新的回风井。