張志雄，葉雪云，雷 勇

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

·采 選·

近空區(qū)采礦一體化處理技術(shù)探索與實踐

張志雄1，葉雪云1，雷 勇2

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

在露天開采過程中，采空區(qū)的存在嚴(yán)重制約礦山安全生產(chǎn)。通過對野雞尾礦下部采空區(qū)的調(diào)查，按照空區(qū)形態(tài)、跨度、大小等參數(shù)分析，對空區(qū)進一步實行歸類管理。針對存在貫穿地表空區(qū)特有采礦條件，提出近空區(qū)與采礦協(xié)同處理的方案。分別以875-1下部單層空區(qū)和875-3下部多層復(fù)雜空區(qū)為研究對象，利用貫穿地表空區(qū)為自由面，成功實施了一次中深孔爆破，實現(xiàn)采礦與空區(qū)一體化處理。

露天采礦；地下采空區(qū)；采空區(qū)處理；中深孔爆破

近年來，受民采非法盜采等非計劃性開采，以及地下轉(zhuǎn)露天開采的影響，部分露天礦在開采境界內(nèi)存在著大量未處理的采空區(qū)［1～4］。采空區(qū)由于采礦活動及暴露時間增加，形態(tài)不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致不同程度的失穩(wěn)、破壞、坍塌，嚴(yán)重威脅著礦區(qū)內(nèi)的人員和設(shè)備。雖然各礦山采空區(qū)形成的原因不盡相同［5，6］，但是這些采空區(qū)已成為影響礦山安全生產(chǎn)的重大隱患。因此，深入研究露天開采時采空區(qū)的合理高效的開采方法是非常必要的。以野雞尾礦區(qū)進行近空區(qū)采礦一體化處理為例，通過中深孔爆破等技術(shù)手段對805以上部分空區(qū)進行處理，取得較好的效果，對消除礦區(qū)內(nèi)空區(qū)具有重要意義。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司（簡稱柿竹園礦）野雞尾礦區(qū)地處湖南省郴州市蘇仙區(qū)境內(nèi)，其地理坐標(biāo)：東經(jīng)113°07′30″～113°10′44″，北緯25°44′13″～25°44′46″。野雞尾錫多金屬礦床（簡稱野雞尾礦）位于木頭蓋山上，最高標(biāo)高930 m，最低標(biāo)高510 m，面積約1 km2，東鄰野雞尾鉛鋅礦床，西與柿竹園鎢錫鉬鉍礦床相接。

礦區(qū)位于南嶺東西向構(gòu)造帶的中段北側(cè)，西山背斜和五蓋山背斜之間的東波復(fù)式向斜的揚起端。出露地層有泥盆系上統(tǒng)佘田橋組（D3s）、中統(tǒng)棋梓橋組（D2q）、中統(tǒng)跳馬澗組（D2t）、震旦系下組（Z1）。礦體由30、31、32號礦體組成，總體呈筒柱狀產(chǎn)出，東西長100～300 m，南北寬50～115 m，向北西方向傾狀，傾角45°。沿傾斜方向至755 m、711 m中段，逐漸膨大，向下延深至510 m標(biāo)高。礦石主要有云英化石英斑巖錫礦石、矽卡巖錫礦石、網(wǎng)脈狀大理巖錫礦石，圍巖為大理巖、大理巖化灰?guī)r、矽卡巖、花崗斑巖。

1.2 礦山開采概況

礦區(qū)開采始于20世紀(jì)80年代初，采礦用小規(guī)模地下開采，并在855 m、875 m等中段富礦區(qū)布置采場，2006～2008年間對野雞尾錫多金屬礦進行了露天開采。目前，公司為了給銅錫金屬選礦工業(yè)試驗提供原礦，再次啟動露天開采，部分開采標(biāo)高已降至875 m水平。

采用汽車-平硐溜井聯(lián)合開拓運輸方式，溜井布置在露天坑內(nèi)，井口標(biāo)高現(xiàn)為875 m，隨采場開采水平下降而降段，井底標(biāo)高為560 m，且各水平設(shè)分支溜井與主溜井聯(lián)通。采下礦石經(jīng)裝載機轉(zhuǎn)運至溜井，經(jīng)溜井下放至560 m水平，再通過560主平窿汽車運輸至選廠。

1.3 空區(qū)分布情況

近年來，通過礦業(yè)秩序整頓等多方面努力，進入各個中段實施了空區(qū)資料調(diào)查，805以上空區(qū)已經(jīng)基本查明，并根據(jù)空區(qū)的賦存形態(tài)、礦巖穩(wěn)固條件、空區(qū)處理的難易程度［7，8］，將其分為三類（見表1）。

表1 805水平以上空區(qū)參數(shù)

Ⅰ類空區(qū)，為簡單容易處理的空區(qū)。通常無構(gòu)造帶，頂板巖石穩(wěn)固性好，空區(qū)跨度小于空區(qū)間隔層厚度2倍，空區(qū)頂板連續(xù)暴露面積較大但有多礦柱支撐的單層空區(qū)；上層空區(qū)頂板與下層空區(qū)底板間的隔層厚度均大于最小安全厚度的多層空區(qū)。

Ⅱ類空區(qū)，為復(fù)雜難處理的復(fù)合空區(qū)。即有相對獨立構(gòu)造帶，頂板巖石不穩(wěn)固，空區(qū)跨度大于空區(qū)間隔層厚度2倍，空區(qū)頂板連續(xù)暴露面積較大，礦柱較少或礦柱部分塌落的單層空區(qū)；空區(qū)互相復(fù)合，上層空區(qū)與下層空區(qū)間的隔層厚度小于最小安全厚度的多層空區(qū)；因開采導(dǎo)致單層空區(qū)頂板與臺階面之間的厚度小于安全厚度。

Ⅲ類空區(qū)，為極復(fù)雜極難處理的多層復(fù)合空區(qū)。即多條構(gòu)造帶相交，頂板巖石不穩(wěn)固，空區(qū)跨度大于空區(qū)間隔層厚度2倍，空區(qū)頂板連續(xù)暴露面積較大，無礦柱支撐，采空區(qū)頂板已部分塌落的多層復(fù)合交錯重疊空區(qū)間的隔層厚度小于最小安全厚度；頂板塌落，且相互貫通的多層復(fù)合交錯重疊空區(qū)。

2 空區(qū)處理方案

2.1 空區(qū)特性

此次處理1號空區(qū)群，總體積達(dá)到65 955 m3，屬于非法盜采31號礦體形成的多層空區(qū)群，已經(jīng)貫穿地表形成天窗，形狀極為復(fù)雜，頂板厚度不一。為了滿足礦山安全生產(chǎn)需要，采用實測、工程地質(zhì)調(diào)查及鉆孔探測等手段，進一步探測采區(qū)內(nèi)空區(qū)情況，圖1為查明1號空區(qū)群855以上分布情況。

空區(qū)主體呈桶狀，向北部傾斜，875水平達(dá)1 329 m2，855水平面積為996.62 m2，并延伸至下部805，其中855水平系淺孔留礦法采下空區(qū)，相互之間巷道聯(lián)通，形狀不一，面積約111.2～294.5 m2，頂板8～15 m。

圖1 采礦區(qū)域地下空區(qū)分布圖

2.2 空區(qū)處理技術(shù)參數(shù)

采空區(qū)的形成導(dǎo)致周邊一定范圍的巖體應(yīng)力重分布，局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，往往會伴隨著巖體變形、位移變化，嚴(yán)重情況導(dǎo)致破壞失穩(wěn)及地質(zhì)災(zāi)害?？諈^(qū)處理的實質(zhì)是緩和巖體應(yīng)力集中的程度，轉(zhuǎn)移應(yīng)力集中的部位，或使應(yīng)力達(dá)到新的相對平衡。從目前開展的處理空區(qū)方面的研究看［9～11］，概括起來主要是封、崩、充，或者是其相結(jié)合的組合法。

鑒于野雞尾礦礦體與空區(qū)賦存條件，擬以地表天窗為中心，臨近空區(qū)的周邊區(qū)域開展采礦活動，現(xiàn)存地下空區(qū)對采礦爆破作業(yè)影響較大，通過開展進一步研究，采用分區(qū)處理的方式，針對不同的空區(qū)單獨研究處理方案。此次采礦爆破方案設(shè)置為3個爆區(qū)，如圖2～圖6所示。

圖2 炮孔布置圖

圖3 A-A′剖面圖

圖4 B-B′剖面圖

圖5 C-C′剖面圖

圖6 D-D′剖面圖

875-1采區(qū)內(nèi)地下空區(qū)屬于單層空區(qū)，且空區(qū)頂板厚度大于最小安全厚度。根據(jù)圈定空區(qū)范圍，采用潛孔鉆機直接在穿孔作業(yè)，加深鉆孔崩落礦石充填空區(qū)，待帶降段后清理充填礦石。

875-2采區(qū)：在該區(qū)域存在855的主要平巷，由于跨度較小，降段后頂板不影響后續(xù)作業(yè)。因此，對應(yīng)31號礦體采礦，穿孔深度11.5～12 m，以空區(qū)為自由面進行爆破，并減少臨近陡邊坡炮孔的藥量，盡量控制礦石滾落損失。

875-3采區(qū)：為31號礦體采礦，受多層空區(qū)影響較大。采用20 m深孔并段處理，鉆孔直接打穿空區(qū)頂板和礦柱，以近空區(qū)為自由面，逐排向北東方向推進。爆破后爆堆采用反鏟挖掘機轉(zhuǎn)運到大空區(qū)，經(jīng)空區(qū)溜到805水平，再經(jīng)轉(zhuǎn)運倒入主溜井。

3 近空區(qū)采礦工程實踐

3.1 鑿巖參數(shù)

爆區(qū)內(nèi)主要為矽卡巖錫礦石及風(fēng)化的矽卡巖，抗壓強度81.6 MPa，抗拉強度5.1 MPa，普氏系數(shù)f＝8～14，密度3.27 t／m3，松散系數(shù)2.30。臺階高度10 m，臺階坡度75°～80°，采用CL-315型履帶式潛孔鉆機穿孔，孔徑Φ110 mm。

875-1和875-2區(qū)：孔深L為11.5～16 m，超深1.5 m，抵抗線W1為4～4.5 m，由于試驗礦石塊度要求較小，采用孔距a為4.0 m，排距b為3.0 m，堵塞l2為3.5 m。

875-3區(qū)：孔深L為16～21 m，抵抗線W1為4～4.5 m，采礦區(qū)域孔距a為4.0 m，排距b為3.0 m，堵塞l2為3.5～4.0 m。

三個爆區(qū)均采用三角形布置，局部地方有所調(diào)整，鉆孔140個，其中56個亂孔，6個廢孔，成孔率為95.7%。爆區(qū)總鉆孔進尺1 740 m，共消耗炸藥9 550 kg，采下礦石約43 kt，采礦平均炸藥單耗為0.72 kg／m3。

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)

裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)單一裝藥，為了提高線裝藥密度，采用裝藥器進行機械裝藥，起爆藥包靠近孔底，置于藥柱1／3處，藥包放置2發(fā)起非電毫秒雷管爆，達(dá)到設(shè)計藥長后，利用細(xì)巖粉密實充填，堵塞長度3.5～4.0 m。超過14 m深孔，采取全程鋪設(shè)導(dǎo)爆索，確保爆破效果?？諈^(qū)穿孔采用編織袋加木塞子堵孔，再用巖粉密實，然后進行裝藥。

此次三個爆區(qū)采用雙導(dǎo)爆索傳播、非電毫秒延期雷管孔底逐排延時一次性起爆。計算網(wǎng)絡(luò)延期，首段選用6段，防止區(qū)內(nèi)串段，前兩排選用隔段。采用CHA-300型起爆器針式激發(fā)引爆。

3.3 爆破效果

此次爆破總裝藥量9.55 t，采下礦石約43 kt，爆破后現(xiàn)場觀察，兩處空區(qū)范圍都有明顯的塌陷。臨近空區(qū)礦石崩落達(dá)1／2，塊度均勻，大塊率低。臨近邊坡穩(wěn)定，對附近采區(qū)的地壓活動沒造成影響，實現(xiàn)了近空區(qū)采礦一體化處理，效果較好。

1.根據(jù)爆破后測量與分析，消除了855以上該區(qū)域露采安全隱患，達(dá)到方案預(yù)期目的，礦石崩落至天窗，塊度控制較好，適合805格篩進礦，降低了二次爆破成本。

2.采用多排孔微差爆破，通過布孔和合理起爆順序，同時實現(xiàn)三個爆區(qū)同時起爆?？煽康木W(wǎng)絡(luò)布置對爆破質(zhì)量和方案實施起到良好的效果，實現(xiàn)空區(qū)與采礦一體化處理。

3.此次，通過測量與走訪，基本探明805以上區(qū)域空區(qū)，并實現(xiàn)空區(qū)分類管理。為了保證礦山的安全生產(chǎn)，需對該區(qū)域空區(qū)進行詳細(xì)的探測，尋找經(jīng)濟有效技術(shù)處理手段，解決該礦空區(qū)安全隱患與生產(chǎn)瓶頸。

4 結(jié) 語

從礦產(chǎn)資源的整合與綜合回收看，越來越多的有色金屬礦山將會用露天開采的方式回收剩余資源與邊角資源，通常露天開采的方式處理采空區(qū)應(yīng)該是一種行之有效的方法。野雞尾礦近空區(qū)采礦的一系列問題的探索與嘗試，為該礦后續(xù)安全開采積累了寶貴經(jīng)驗。同時，為了保證礦山的安全生產(chǎn)，需對該區(qū)域空區(qū)進行詳細(xì)的探測，尋找經(jīng)濟有效技術(shù)處理手段，制定各種安全開采方案與安全保障措施，以解決該礦空區(qū)安全隱患與生產(chǎn)瓶頸。

［1］ 王春毅，彭府華.洛鉬露天礦復(fù)雜采空區(qū)治理一體化技術(shù)應(yīng)用［J］.金屬礦山，2015，（5）：66-71.

［2］ 苗成文，韓磊，丁峰.安家?guī)X露天礦采空區(qū)頂板安全厚度的研究［J］.露天采礦技術(shù)，2015，（7）：75-78，81.

［3］ 趙建軍.安太堡露天礦采空區(qū)作業(yè)措施探討［J］.露天采礦技術(shù)，2013，（5）：32-33，35.

［4］ 葉圖強，陳晶晶.大寶山礦采空塌陷區(qū)安全采礦爆破技術(shù)［J］.中國礦業(yè)，2013，（12）：99-101.

［5］ 劉憲權(quán)，徐志遠(yuǎn).露天礦復(fù)采境界內(nèi)井工采空區(qū)安全開采實踐［J］.露天采礦技術(shù)，2014，（12）：7-9.

［6］ 楊志欽.在露天礦臺階上對地下采空區(qū)頂板的特殊爆破［J］.有色金屬（礦山部分），2003，（2）：22-24.

［7］ 張東方.露天空區(qū)處理工藝技術(shù)方法探索［J］.金屬礦山，2009，（7）：24-26，76.

［8］ 葉圖強，曾細(xì)龍，林欽河，等.露天深孔爆破處理大型采空區(qū)的實踐［J］.中國礦業(yè)，2008，（8）：97-101.

［9］ 白俊，王彥飛.大型疊層分布采空區(qū)爆破處理技術(shù)［J］.金屬礦山，2015，（9）：1-4.

［10］王春毅.露天中深孔爆破處理地下多層復(fù)合空區(qū)的實踐［J］.爆破，2008，（3）：36-38，52.

［11］賈寶珊，閆偉峰.露天正常臺階深孔爆破處理地下采空區(qū)的實踐［J］.爆破，2012，（4）：65-69.

Exploration and Practice on the Integrated Processing Technology of Near Goaf Mining

ZHANG Zhi-xiong1，YE Xue-yun1，LEIYong2
（1.Hunan Shizhuyuan NonferrousMetals Co.，Ltd.，Chenzhou 423037，China；
2.Sany Heavy Industry Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

In the open pitmining process，the existence of underground goaf seriously restricts the safe production of themine.By the investigation of goaf under Yejiweimine，the goaf is further classified management in accordance with the empty shape，span and size parameters.In view of the pecialmining conditions of the goaf penetrating the surface，the scheme of the collaborative treatment of the near goaf and the mining is proposed.The 875-1 single layer goaf and the 875-3 multi layer complex goaf are studied.By the goaf penetrating the surface being used as free area，the integrated treatment of deep holemining and goaf is successfully carried out.

open-pitmining；underground goaf；goaf treatment；deep hole blasting

TD853.391

A

1003-5540（2016）03-0001-04

2016-04-10

張志雄（1980-），男，工程師，主要從事礦山采礦技術(shù)研究工作。