露天采場下部大型復(fù)雜采空區(qū)的探查與處理

龍虎榮,潘 懿

(1.廣東省大寶山礦業(yè)有限公司, 廣東韶關(guān)市 512128;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

露天采場下部大型復(fù)雜采空區(qū)的探查與處理

龍虎榮1,潘 懿2

(1.廣東省大寶山礦業(yè)有限公司, 廣東韶關(guān)市 512128;2.長沙礦山研究院, 湖南長沙 410012)

針對(duì)大寶山礦業(yè)有限公司的開采現(xiàn)狀,開展了露天采場下大型復(fù)雜采空區(qū)綜合治理技術(shù)研究,為礦山今后的安全開采與災(zāi)害防治提供新的方法與技術(shù)思路。

采空區(qū)探查;采空區(qū)處理;頂板安全厚度;深孔崩礦法;安全技術(shù)措施

大寶山礦業(yè)有限公司是一座大型的鐵、銅、硫、鉛、鋅、鉬、鎢等多金屬礦山,開采歷史悠久,20世紀(jì)末因民窿的破壞,留下大量復(fù)雜的采空區(qū)。由于大寶山礦資源賦存條件好,采空區(qū)內(nèi)還有大量的低品位礦石可以采用露采方式回收,為保證露天作業(yè)時(shí)人員和設(shè)備的安全,必須進(jìn)行采空區(qū)的探查與處理技術(shù)研究。

此項(xiàng)研究的技術(shù)思路是:針對(duì)地下采空區(qū)危及露天開采安全的重大技術(shù)難題,從巖石力學(xué)試驗(yàn)入手,摸清現(xiàn)場巖石力學(xué)性能與參數(shù),然后選擇并設(shè)計(jì)出合理的采空區(qū)探測方案,用多種地球物理方法對(duì)采空區(qū)位置進(jìn)行精確定位,獲得采空區(qū)的三維坐標(biāo)圖像;根據(jù)露天開采特點(diǎn),建立空區(qū)上露天安全開采巖層穩(wěn)定模型,用理論和數(shù)值模擬方法計(jì)算確定安全隔離層厚度;對(duì)危及露天開采安全的采空區(qū),分別設(shè)計(jì)選用不同的治理方法與措施,在此基礎(chǔ)上選擇有代表性的地點(diǎn)進(jìn)行采空區(qū)治理方法試驗(yàn),從而消除危及露天開采的重大安全隱患與危險(xiǎn)源,確保露天礦高效、經(jīng)濟(jì)、安全的開采。

1 空區(qū)探查方法

1.1 實(shí)測的方法

利用現(xiàn)有井下巷道,在保證安全的前提下,盡量采用井下巷道空區(qū)測量,繪制井下巷道空區(qū)圖。只有在實(shí)測不到的地方才采用物探結(jié)合鉆探的辦法。以31～51線650m以上至地表實(shí)測空區(qū)為例,其平面復(fù)合圖和有代表性的41線剖面見圖1和圖2。

1.2 物探結(jié)合鉆探的方法

有些空區(qū)已部分垮塌,并采取了封閉措施;有些空區(qū)不安全,人員不能進(jìn)入實(shí)測;有些很早的民采空區(qū)成了盲區(qū),這些地方只有采用物探,并結(jié)合鉆探的辦法才能查清。

圖1 空區(qū)水平復(fù)合投影

圖2 41線剖面空區(qū)公布

(1)根據(jù)露天采場下部井下無水且?guī)r石為低導(dǎo)電率的情況,聘請(qǐng)核工業(yè)290所,選用經(jīng)濟(jì)、安全、高效的高密度電法與地震映象法聯(lián)合對(duì)井下采空區(qū)進(jìn)行了測量與定位。

(2)選擇露天采場進(jìn)行空區(qū)實(shí)測,布置探測網(wǎng)度,獲得采空區(qū)高密度電法與地震映象法的多個(gè)剖面實(shí)測數(shù)據(jù)與資料,通過相關(guān)參量變換,獲得露天礦地下采空區(qū)的三維圖像數(shù)據(jù),所得數(shù)據(jù)與礦山空區(qū)鉆孔資料進(jìn)行比較,獲得比較精確的平面圖紙。

2 空區(qū)處理方法

在探知采空區(qū)后,建立露天礦安全開采的穩(wěn)定性模型,用魯佩涅伊特理論計(jì)算法、結(jié)構(gòu)力學(xué)梁法、厚跨比法、載荷傳遞交匯線法、長寬比梁板計(jì)算法、普氏破碎拱計(jì)算法及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法對(duì)采空區(qū)頂板安全厚度進(jìn)行分析計(jì)算,結(jié)合礦山實(shí)際,確定合理、安全的頂板隔離層厚度。

采用大孔逆向多次爆破法成井技術(shù),在采空區(qū)上方中央形成一垂直深井,以此作為采空區(qū)處理的爆破自由面,側(cè)向崩落,以此井為中心向四周擴(kuò)散,處理采空區(qū),消除安全隱患與危險(xiǎn)源。

鉆鑿垂直大直徑深孔,采用孔內(nèi)微差爆破技術(shù),利用VCR法,逐次分層爆破,處理大范圍露天坑內(nèi)采空區(qū)。

就單個(gè)獨(dú)立空區(qū)而言,不管其大小如何,只要空區(qū)的位置和參數(shù)清楚,處理起來相對(duì)比較容易,但是礦柱小形狀極不規(guī)則的大量空區(qū)組成的空區(qū)群,處理難度相當(dāng)大。大寶山礦業(yè)有限公司已經(jīng)規(guī)劃露天開采16～63線的銅硫礦體,17線以南主要為1-W礦體,要注意a層與b層交界處大的鉛鋅礦空區(qū),因b層基本無承載力,所以應(yīng)用深孔(＞20m)提前處理空區(qū)頂板;31線以北銅硫礦出露地表,特別是39～49線空區(qū)非常密集,需要結(jié)合深孔和硐室爆破等多種方法,處理難度大。

2.1 露天深孔崩落法

當(dāng)頂板實(shí)際厚度大于計(jì)算的安全厚度時(shí),將空區(qū)處理分為兩種情況。

(1)頂板實(shí)際厚度小于或等于13.5m時(shí)。大寶山礦露天開采臺(tái)階高度12m,鉆孔超深1.5m,鉆孔總深13.5m,因此空區(qū)處理可以和日常臺(tái)階生產(chǎn)爆破同時(shí)進(jìn)行,爆破參數(shù)和正常臺(tái)階生產(chǎn)完全相同。

(2)頂板實(shí)際厚度在13.5～27m時(shí),按日常生產(chǎn)爆破,超過13.5m部分頂板巖體炸不開,不提前處理又不滿足下一臺(tái)階安全厚度的要求。因此應(yīng)采用深孔VCR法,在空區(qū)中央拉槽作為臨空面,再側(cè)向崩落。普通深孔鉆機(jī)的鉆深為17m左右,因此需要配備達(dá)到27m鉆深的鉆機(jī)。

2.2 硐室爆破處理采空區(qū)群

對(duì)于432～47線4712～4713坐標(biāo)630m以上至地表、452～472線4711.00～4711.60坐標(biāo)480～570 m等這些空區(qū)群,由于空區(qū)密集,頂?shù)字^薄,用深孔處理有一定難度,用硐室爆破一次性崩落有待于對(duì)空區(qū)群數(shù)據(jù)的清楚調(diào)查和爆破可行性的研究。

硐室爆破處理復(fù)雜大規(guī)模采空區(qū)群,不同于一般的硐室爆破,應(yīng)針對(duì)其特殊性,比如安全厚度的確定,多臨空面裝藥計(jì)算,多方向抵抗線誤差,崩落時(shí)高壓氣流的沖擊等進(jìn)行研究并調(diào)整參數(shù),通過崩落底部礦巖柱達(dá)到崩落整個(gè)采空區(qū)群的目的,崩落后要使整個(gè)采空區(qū)群填滿。

3 安全技術(shù)措施

為保證采空區(qū)探查和處理過程中所有人員和設(shè)備的安全,在制定安全防范措施、防止事故的發(fā)生時(shí)應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作。

(1)井下民采空區(qū)的調(diào)查和測量,嚴(yán)格遵守有關(guān)礦山安全生產(chǎn)規(guī)程,指定專人負(fù)責(zé)安全工作,受聘單位專家進(jìn)入井下探測空區(qū),配備礦山專人陪同,無法保證安全的危險(xiǎn)區(qū)域,不去盲目測量。

(2)采空區(qū)的物探、鉆探作業(yè)之前,制定相應(yīng)的安全技術(shù)措施,危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置警戒線,禁止無關(guān)人員進(jìn)入,在保證探測人員和設(shè)備安全的前提下進(jìn)行作業(yè)。

(3)在采空區(qū)處理方案設(shè)計(jì)時(shí),制定出詳細(xì)的安全技術(shù)措施,聘請(qǐng)有相應(yīng)資質(zhì)的安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安全預(yù)評(píng)價(jià)。

(4)采空區(qū)處理方案實(shí)施之前,檢查各項(xiàng)安全技術(shù)措施是否落實(shí)到位,保證治理人員和設(shè)備的安全,防止次生事故的發(fā)生。

(5)階段性采空區(qū)處理工作完成后,聘請(qǐng)有相應(yīng)資質(zhì)的安全評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)對(duì)處理情況進(jìn)行安全評(píng)估。

4 結(jié) 語

露天礦下部采空區(qū)的處理關(guān)系到礦山的生存和發(fā)展、礦產(chǎn)資源的充分利用、人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。露天采場下部采空區(qū)的處理,關(guān)鍵要做好采空區(qū)探查,在充分考慮邊坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、爆破震動(dòng)等影響的情況下,確定空區(qū)頂板安全厚度,提出恰當(dāng)?shù)目諈^(qū)處理方法以及建立嚴(yán)格的安全技術(shù)保障措施。通過采空區(qū)的治理,探明井下所有采空區(qū),提前處理露天采場底部采空區(qū),控制、引導(dǎo)和預(yù)測采空區(qū)的塌陷,避免地下采空區(qū)塌陷造成人員傷亡和設(shè)備損害事故,保證露天開采正常、安全、有序的進(jìn)行。

[1]廖江南.三道莊礦區(qū)采空區(qū)處理研究[J].有色礦山,2000,(6).

[2]汪 勇.采空區(qū)上方安全頂柱厚度的確定方法[J].礦業(yè)快報(bào),2002,(1).

[3]曾細(xì)龍,張楚靈,張新華.露天采場地下采空區(qū)的探查與處理[J].采礦技術(shù),2003,(2).

2009-09-14)

龍虎榮(1965-),男,江西永新人,工程師,主要從事金屬礦山露天開采安全技術(shù)研究。