復雜環境中采空區爆破處理實踐*

陳晶晶 藍 宇

(1.廣東宏大爆破股份有限公司;2.廣東省大寶山礦業有限公司)

1 工程概況

1.1 基本情況

大寶山礦668(五)采空區是在697 m平臺施工6號探測孔(71 233.8，17 988.4)時發現的。掃描后得到采空區的掃描點云圖形如圖1。

圖1 采空區三維點云數據

該采空區為原有資料上668(五)采空區，掃描空區比原有資料空區大了很多。現實際采空區面積約為440 m2，體積約為2 200 m3，空區最大高度為14.5 m，頂板厚度為24 m，底板高程為668 m，采空區最大跨度為25 m。

1.2 采空區地質情況

根據地質勘察資料，668(五)號采空區頂板大部分為銅硫礦石，圍巖為矽卡巖，巖體條件較好，普氏系數f=10～12，根據長沙礦山研究院實驗表明，巖石松散系數為1.4。

1.3 采空區處理的緊迫性和難度

目前臺階已經下降至采空區塌陷區范圍，必須根據不同的采空區分布特點，采取經濟合理有效的處理方法消除隱患，同時所確立的采空區處理措施必須兼顧未來采空區的處理要求，以實現礦山持續、穩定、安全生產。668(五)采空區位于697 m臺階，是采場采礦的重要區域，如果不及時處理，北部采區范圍將大大減少，采礦將受到極大限制，不但影響年度生產任務的完成，而且對大寶山礦發展極為不利。因此必須對其進行處理。

然而，經過資料分析和現場實地踏勘，發現若處理該空區，存在2點安全隱患:第一，爆區中心距選礦廠約200 m，爆破產生的地震波對廠區正常生產會有較大影響。第二，爆區中心距640 m平硐中心約48 m，由于爆區距中心硐巷道較近，產生的地震沖擊波可能會對640 m平硐產生破壞性的影響。綜合各種因素，對本次爆破限制極大，對爆破施工要求極高。

2 668(五)采空區處理方案選擇

目前用于采空區處理的方法主要為充填法和崩落法，由于大寶山礦處理的采空區均在大露天開采設計范圍內，如采用充填法進行處理，技術上可行，但存在二次裝運的問題，經濟上不合理。因此大寶山礦地下采空區的處理采用崩落法，優點有:

(1)利用現有露采設備，投資省，處理費用低，且周期短，進度快。

(2)施工均在地面進行，工作條件好，作業安全。

(3)再處理過程中，可以對空區進行補探，可靠性高。

另外，考慮到本次爆破是在建筑物附近爆破，所以在爆破設計方面要從控制最大單響藥量、起爆網絡設計和孔網參數等幾方面仔細考慮。

2.1 孔網參數設計

本次選用鉆機為CM351鉆機，空壓機選用阿特拉斯836型，孔徑為140 mm。設計穿孔施工全部在685 m臺階鉆進垂直孔，孔網參數采用4.0 m×4.0 m，特殊部位可局部加密，設計孔深為11.7～17.5 m，共設計鉆孔27個。

2.2 裝藥結構設計

對打穿孔進行孔底填塞，孔底填塞使用鐵絲吊編織帶并用炮棍將編織袋壓至底部孔口上方1.5 m左右處，相鄰外表孔口的鐵絲用鐵鉗相連固定，再向孔內填塞約2 m的孔口碎渣，處理完所有穿孔后保護孔口，靜置幾日。爆破前對孔深進行再次校正并做記錄，調整裝藥量及裝藥方式。本爆破使用2#巖石乳化炸藥和多孔粒狀銨油炸藥，延米裝藥量按照13.5 kg/m計算。孔口堵塞段保持長度為3.5 m。圖2為連續裝藥結構堵塞示意圖。

圖2 連續裝藥結構堵塞示意

2.3 起爆網絡設計

考慮到沿最小抵抗線方向上的爆破振動強度最小，反向最大，側向居中，而最小抵抗線方向又是主拋方向，從減振和控制飛石危害考慮，調整本次爆破的自由面方向，使之與640 m平硐走向和選礦廠車間成一定角度，最好垂直，避免與之平行，以降低反作用力產生反向沖擊造成的爆破振動。起爆順序如圖3所示。

圖3 起爆網絡

3 爆破安全驗算

式中，Q為最大段裝藥量，kg;R為安全距離，m;K為地基系數;α為地形指數;V為質點最大允許速度，m/s。

車間允許最大單段起爆藥量Q=1 638.2 kg(R=191 m，磚混結構，取 V=2.3 m/s，K=150，α =1.5)。

640 m平硐允許最大單段起爆藥量Q=3 840 kg(R=60 m，取 V=20 m/s，K=150，α =1.5)。

式中，Rd為安全距離，m;Kd為地基系數;a為地形系數;Q為裝藥量。由于該區內建筑物全部建立在堅硬致密巖石之上，計算得出Rd=31.03 m，即在該范圍以內的建筑物有危險，應采取相應的措施。

668(五)空區中心距選礦廠191 m，距640 m平硐中心斜線60 m。最大段裝根據爆破區附近各建筑物質點允許振動速度，裝藥量Q:

地表建筑物(磚木結構)的安全距離Rd

通過計算，最大單段裝藥量為1 605.8 kg，小于最大單段允許藥量，均符合要求。

爆破飛石最大拋擲距離按R:

式中，Rf為最大拋擲距離，m;KⅠ為系數，一般取1～1.5;n為爆破作用指數。

得出Rf=76.8 m，但考慮個別孔充填質量未達到要求，預計個別飛石可飛出150 m。

采空區處理中，由于爆破沖擊波可能從原地下開采井口傳出造成危害，所以要求井口附近人員、設備提前撤離，并采取相應安全措施。

4 效果評價及結論建議［3］

(1)爆破處理后，為防止空區有未塌實現象，立即在空區周邊拉起警戒，72 h后利用全站儀無棱鏡反射測出空區爆破后的地形圖，與爆破前對比分析，該空區塌陷體積與預計相差不大，達到預期目的，且640 m平硐和選礦車間未受到任何影響。

(2)經過此次處理，消除了采場一個重大的安全隱患，對生產安全起到了重要保障作用。同時積累了采空區處理經驗，為下一步其他空區的處理提供了參考。

(3)該采空區局部地層比較破碎，有些難以成孔，有些則無法鉆至設計深度，且孔內事故頻發。目前在河南洛鉬等一些礦山有過采用貫通式潛孔錘的實踐，也取得了不錯的效果，該項技術不失為采空區鉆探的一個研究方向。

［1］ 李 科.銀山礦露天采區內采空區的爆破處理［J］.礦冶，2002，11(4):13-15.

［2］ 葉圖強，等.露天深孔爆破處理大型采空區的實踐［J］.中國礦業，2008，17(8):97-101.

［3］ 葉圖強，陳晶晶，王 鐵.露天開采復雜采空區的危險性探測與分析［J］. 中國礦業，2012，21(1):87-89.