由于受到我国矿山传统开采技术和经济条件的制约,空场法开采使之形成的未处理空区还在以数百万立每年的速度递增,给矿山带来巨大的安全隐患,由此造成的相关事故也急剧增加,因此空区的危害和处理方法也越来越受到相关部门和人员的重视。针对大面积空区群致灾机理及空区处理问题,以石人沟铁矿为工程背景,采用现场调查,CMS空区精密探测技术,实验室实验,数值模拟手段和经济计算综合分析等手段,分析空区群破坏演化致灾过程及围岩稳定性控制技术,同时对石人沟铁矿-60m水平空区处理方法和矿柱是否回收问题进行了系统的研究。 通过实验室相关试验,得出石人沟铁矿全尾砂及全尾胶结充填体的基本物理化学性质,试验结果表明:该矿山全尾砂胶结充填体流动性能较好,灰砂比1:8、浓度70%、养护28天条件下,抗压强度为1.52MPa,达到所需强度要求,数据同时也为数值模拟计算参数选取和矿山分区充填的实施提供了可靠的依据。 基于CMS精密探测空区数据建立计算模型,并结合FLAC-3D软件综合分析,开展了石人沟铁矿围岩变形规律、空区群致灾机理和矿柱回收的影响研究,研究结果表明:石人沟铁矿-60m水平空区由于相邻矿房开采扰动、形成时间久等因素对其稳定性产生了较大影响,若露天坑直接回填,回填物产生的压力加大了对矿柱荷载,当对关键矿柱压力达到极限破坏后,诱发相邻矿柱的垮塌,从矿柱垮塌演化模式对空区群的致灾机理作了说明;若对矿柱进行回采,则必须提高整个充填体的强度,结合经济计算结果得出,不对间柱回采和对部分顶柱回采的结论。 基于上述结论,提出采用分区充填的处理方案,并对-60m水平空区处理进行了详细的充填规划和首充区域的详细设计,指导现场进行了施工,为以后其它空区的处理提供了经验,目前空区处理运转正常。