1 矿山概况

平水铜矿位于浙江省绍兴市平水镇，距绍兴市17km。矿床产于震旦系双溪坞群下部浅变质中酸性火山碎屑熔岩和蚀变花岗岩接触带附近的断裂挤压破碎带中，属中低温热液裂隙充填交代类型。其中1^#铜矿体规模最大，占全矿区总矿量的92%, 铜金属量的95%。矿体沿凤凰山低山坡脚呈带状分布于9~12勘探线之间，走向NE40°~60°, 长约1km, 平均厚度8.81m。矿体产出标高+29m~-726m, -100m以上倾向南东，倾角80°~85°, -100m以下倾向北西，倾角65°~80°。矿体顶板为中酸性火山碎屑熔岩，局部蚀变斜长花岗斑岩，f=7~13;底板为蚀变花岗岩，f=7~9。矿体及围岩一般致密坚硬，对开采有直接影响的是部分千糜岩矿体和切割矿体的断裂构造。矿体近地表 50m左右，为风化氧化带和第四纪洪积亚粘土砾石层，多属松散结构体不稳固。因地形坡度较大，径流条件好，断裂带含水层水量也不大。又根据平水铜矿现有工程钻及掘进资料分析，破碎型断裂构造小而少，工程地质条件较好，水文地质条件属简单类型。

平水铜矿采用单一竖井开拓，中央抽出式通风系统，中段高50m。目前-35m、-85m两中段已结束，-135m中段正大量回采，-185m中段部分作采准。-85m水平以上采矿方法一直是沿用分段崩落法和浅孔留矿法，由于-85m部分矿柱用崩落法回采，采空区顶板冒落并贯通地表，形成了大小不一的地表陷落坑(如附图)，当雨季或洪水出现时，地表水便汇入陷坑直灌井下，给矿井生产造成极大危害，1989年8月出现的大暴雨，造成井下水灾，给矿山带来的损失达百万元以上，影响生产1个多月。为此，在1991年，平水铜矿与湖南有色金属研究所共同合作，于-135m中段进行了采矿方法技术改造方案实地论证，到1995年矿山正式组织实施，即从-135m中段开始改嗣后崩落处理空区为嗣后充填处理空区之办法，并在-85m水平留原岩底柱或胶结人工假底，形成-85m~-135m之间的隔离支撑带。笔者着重介绍-85m水平以上的采空区处理。

2 -85m水平以上采空区状况

平水铜矿开采区域主要集中在1^#铜矿体9~12勘探线之间。经过数年的实地调査、勘测、分析，掌握了-85m水平以上采空区的空间组合形态与规模、周围岩体性质(含结构特征)及断裂构造等情况(详见表 1)。

3 采空区处理 3.1 处理方案确定

1991年5月，平水铜矿与湖南有色金属研究所共同承担了-85m以上采空区处理方案的设计工作。在-85m~-135m之间形成隔离支撑带之后，根据-85m以上采空区的具体赋存状况和岩体稳定性条件，为达到在处理空区控制地压的同时，对地表水进行综合治理的目的，本着安全、稳产、投资少、易实施的指导思想，对-85m水平以上采空区处理提出了以下4种可行方案：

(1) 充分回采矿柱，诱发自然崩落并贯通地表，覆土填平关键部位的地表陷坑。

(2) 干式块石充填空区，控制地表岩移。

(3) 尾砂充填空区。

(4) 充填、崩落联合处理空区。

通过综合技术经济比较，选用了“充分回采矿柱，诱发自然崩落贯通地表后，覆土填坑”的处理方案。

根据平水铜矿矿体赋存条件和岩体稳定性情况，采用上述空区处理方案，其实质就是对于这些开采深度不大，而走向长度大的急倾斜中厚以上矿体，在矿房回采并按顺序有计划地回采矿柱之后，能使矿体近地表的风化氧化带和第四纪风化层自然冒落并贯通地表。冒落体充填空区，地表所形成的陷坑进行土石回填。

3.1.1 地表自然陷落处理空区的依据

地表陷落取决于采深、采空区形态与规模、采矿方法、岩体性质(包括其结构特征)、断裂构造、地下水情况等等。对照表 1, 我们可以从以下几方面进行分析：

(1) 这些采空区均邻近地表，覆岩厚度一般都小于50m, 个别空区覆岩最大厚度仅70m, 况且这些覆岩均为稳定性较差的千糜岩氧化带或是最不稳固的洪积砂砾石层。

(2) 对开采有直接影响的千糜岩矿体及其与顶底板围岩接触处之挤压破碎带为矿体主要含水层，由于地下水的动态补给过程，不仅弱化了覆岩的稳定性，也增强了构造弱面给岩体滑落的活动力。

(3) 因矿柱尤其是间柱的崩落回采，使上面覆岩层丧失了起主要支撑作用的支撑体；另外，相邻空区的联通，势必增加采空区的跨度而形成超极限的空区暴露面积，导致空区顶板冒落。

3.1.2 空区顶板冒落贯通地表可能性(冒落高度)判断

根据平水铜矿实际开采情况，应用高斯提出的“三带”理论:覆岩沿纵深向移动发展可分为弯曲、裂隙和冒落3个带。冒落带达到地表，地表即陷落。

按矿山现有资料，并通过数学归纳，在正常地质构造和充分采动条件下，中硬和软弱覆岩的急倾斜矿体，其冒落高度按如下公式计算：

式中:h——冒落高度，m;

b——空区宽度，m;

h₀——空区高度，m。

计算值列于表 1, 均大于覆岩厚度达到地表。

3.2 方案实施 3.2.1 陷坑回填工程量预测

为了较准确地计算地表陷落体积，矿山对地表陷坑基本稳定的7个矿块所形成的3个陷坑进行了陷落坑平面、6个纵剖面和6个横剖面的测量，测出陷坑总体积为26.61万m³。根据地貌、满足地表水径流排泄条件，采取削高填低原则，确定需回填的关键陷坑体积为17.55万m³, 再按岩土压实松散系数1.4计，实需挖实体岩土12.54万m³。而根据矿山现有征地面积，可挖土方11.63万m³, 另需征租山地7500m² (含未征的陷坑面积)，取得上方6.95万m³, 共计可挖方18.58万m³, 能够满足回填需求且有富余。

3.2.2 矿柱回采

-85m中段矿房回采结束后，未采矿柱矿量达48.4万t, 除已冒落和表外等零星矿量3.9万t以及-85m底柱作永久矿柱的12.25万t外，需回采的矿柱矿量为32.26万t, 其中不能回采的矿柱矿量为16.14万t, 损失率21.5%。

矿柱回采顺序自上而下，先顶柱、间柱，后底柱，具体回采顺序作如下安排：

(1) 对于6~10'线间陷坑，因无矿柱回采，且陷坑又趋稳定，只采用回填陷坑的方法处理；

(2) -35m、-85m两中段7^#、9^#采场空场已贯通，利用地表原7^#天井作回填处理。对-35m、1^#、3^#、5^#采场用回收顶柱而诱发地表陷落并及时取土回填，以保护其南边公路和水渠；

(3) 从未采的6^#采场间柱去回采4^#采场顶柱，诱发地表陷落；

(4) 由东往西逐一回采-35m底柱和-85m顶柱和间柱。

在-85m矿柱回采后，空区未冒落前，需留有矿石作垫层。为力求降低矿石的贫化与损失，空区冒落后的采场出矿应该是均匀放矿，以避免冒落废石的掺入。

实施该方案工程综合指标见表 2。

4 采空区处理效果 4.1 地表岩移基本得到控制

从地表岩移观测资料可知，利用地表陷落充填空区并回填陷坑后，未发现地表错动范围扩大的迹象。1991年9月空区体积达8.5万m³的5^#、7^#、9^#地表部分冒落，形成的陷坑边缘裂缝扩展到邻近的简易公路，公路另一边是平水江河谷盆地的稻田主要排水渠。针对这一情况，矿山及时组织力量进行陷坑回填，控制了岩移的扩展，避免了一起因错动裂缝破坏水渠，渠水从裂缝汇入井下的严重事故的发生。

4.2 控制井下涌水量的增加

平水铜矿矿坑水呈酸性，pH值2~2.5, 水中含有大量的重金属离子。矿坑水排到地表后必须经过严格处理方能排放到地表水系。对历年污水处理情况分析可知，1990年到1993年矿井水处理量逐年下降，并随着开采中段的延深，矿井涌水量基本稳定，这些都是方案实施后的必然结果。

4.3 改善通风条件

为了提高通风效果，改善井下作业条件，平水铜矿除加强井下密闭工作外，通过处理空区并及时回填地表陷坑，阻断了空区与地表的通路和系统漏风损失，井下作业人员普遍反映效果较佳。1989年和1993年两次通风效果测试，有效风量率分别是52.26%和5 7.43%, 1993年有效风量率明显大于1989年。

4.4 地表生态环境得到改善

地表陷坑回填，改善了地面生态环境，保障动物活动安全；部分陷坑已填土还田。

5 结语

平水铜矿-85m水平以上采空区处理工程的实施基础是在-135m水平及以下改嗣后充填处理空区，并在-85m水平留原岩底柱或胶结人工假底，以形成与-135m中段以下间的隔离支撑带。实践证明达到了预期目的。

采空区处理方案的实施，基本上达到了安全环保综合治理的目的，控制了岩移错动范围的进一步扩大。由于该方法具有经济、安全，又便于管理、实施的优越性，说明平水铜矿采空区处理是成功的，可在类似矿山推广。