大寶山礦采空塌陷區安全采礦爆破技術

葉圖強，陳晶晶

(廣東宏大爆破股份有限公司，廣東 廣州 510623)

大寶山礦長期以來民采泛濫，以至于2004年在露天采場出現了三次規模較大的塌方。目前國內對塌陷區周邊礦石的安全開采技術研究非常少，沒有形成完整的較為成功的開采技術體系，多數遇到此類情況會在安全生產的壓力下放棄開采[1]。采礦集中在采空塌陷區域，受其影響，露天采場北部施工進展緩慢，導致向銅選廠供礦十分緊張，儲備礦量嚴重不足，解決采空塌陷區礦石的安全高效開采尤為重要。在施工組織過程中遇到一系列很有代表性的問題，比如采空塌陷區回采礦石安全問題、塌陷區鉆孔不到位、漏藥現象普遍、爆破效果不佳，進而使采空塌陷區礦石回采工作受到影響。但是經過近三年來的摸索實踐，我司技術人員通過采取一系列措施解決了上述問題，取得良好的效果[2]。

1 采空塌陷區采礦難點及思路

1.1 采空塌陷區采礦的技術難點

經過分析，認為影響采空塌陷區回采礦石的主要難點有以下幾個方面。

1) 采空塌陷區內存留未塌的小型空區和大型空區垮塌后周邊殘余區域，這對露天采場的安全生產構成了不小的威脅。

2) 采空塌陷區鉆孔較難，成孔率低，按照正常臺階爆破施工難度很大。

3) 因采空區造成爆破泄能，爆破后大部分區域基本不動。

4) 由于鉆孔時炮孔容易與采空塌陷區連通，裝藥過程中容易發生漏藥[3]現象。

1.2 安全采礦爆破的技術思路

針對上述技術難點，采取相應的4種技術途徑加以解決。

1) 首先要解決的是如何確保露采采場塌陷區內安全施工的問題。經過技術人員不懈的努力，采用GY-200-1型工程鉆機和宣化CM351潛孔鉆機聯合勘探施工解決[1]。

2) 對于鉆孔不到位問題，經過許多次的觀察試驗，大膽采用降低臺階爆破高度，輔以挖掘機、液壓破碎錘、手持風動鑿巖機綜合利用加以處理。

3) 對于爆破后大部分區域基本不動，經分析是因為爆破泄能，考慮采用降低爆破密集系數，減少爆破能量的過早泄放。

4) 對于漏藥現象，應針對具體情況分析，采用吊裝解決。

2 采空塌陷區安全采礦爆破技術

2.1 采空塌陷區的勘探技術

由于大寶山礦經歷過幾次比較大型的塌方，可能存在未塌的小型采空區或者塌而不實的空區邊緣區域，這些對露天采場的安全生產構成了不小的威脅。采空塌陷區的施工難點在于防控，所以工程開工前后各專業技術人員經過許多次會審，共同制定采空塌陷區的勘探計劃。制定勘探計劃的原則是“有疑必探，有礦必探，勘探先行”，確保安全生產(圖1)。考慮到民采都是選取礦石品位較高的礦體進行開采，所以采空區勘探工作重點放在富礦體區域。利用GY-200-1型工程鉆機進行生產勘探的同時，稍微調整下孔位布置，亦可進行采空區的超前勘探。由于生產勘探孔網較大，不足以滿足安全生產的要求，所以決定采用移動方便的高風壓潛孔鉆機進行輔助勘探，深度可達40m，孔網布置為10m×10m，重點區域可做加密處理[3-5]。經過三年多的實踐，大寶山露天采空塌陷區勘探工作未發生一起安全事故。

圖1 采空區現場勘探圖片

2.2 采空塌陷區穿孔爆破技術

因為采空塌陷區鉆孔較難，大寶山露天采場成孔率低，按照正常臺階爆破施工難度很大。大寶山露天采場采用的是中高風壓潛孔鉆機，由于以下原因總是無法鉆進至設計深度。

1) 鉆孔進尺緩慢。裂隙發育，高壓氣體無法把巖屑吹出孔外，鉆頭在孔底重復破碎以致進尺極慢。

2) 卡鉆埋鉆幾率大。采空塌陷區松散體較多，鉆進的過程中經常卡鉆，隨著鉆進深度的增加，卡鉆埋鉆的幾率增大。

3) 塌孔現象很嚴重。雖然在鉆進過程中采用泥漿護壁，但是效果不明顯，有時候鉆進到了設計深度，提鉆上來后再量孔就只剩下6m左右。經過許多次的鉆孔數據統計分析，孔深普遍在4～7m左右，而正常臺階高度為12m。

基于以上情況，作業時將原臺階分成兩個臺階進行穿孔爆破，爆后采用挖掘機甩料至下個臺階(圖2)，并挑選出大塊，輔助液壓破碎錘和手持式風動鑿巖機綜合利用加以處理，在下一臺階進行挖裝作業。

在采空塌陷區進行分臺階爆破還有另外幾個優點：①礦石貧化率、損失率與臺階高度成正比。因此，在礦山其他開采參數一定的情況下，降低臺階高度可大幅度減少礦石貧化與損失；②可降低最大裝藥量和最大單響藥量，降低爆破飛石等有害效應[6]。

在采空塌陷區采用分臺階爆破技術可創造可觀的經濟效益。雖然采用分臺階穿孔爆破技術降低了臺階高度，并增加了甩料環節，穿孔和鏟裝作業成本增加了，但是因采礦量持續穩定，采空塌陷區內礦石可選性好，通過進行科學合理的配礦，銅選廠的金屬回收率從50%提高到85%左右。同時因金屬回收率高，礦石開采的邊際品位從原來的0.4%減低到0.2%～0.3%，進一步促進了礦產資源的有效利用。

統計數據顯示，采空塌陷區穿孔爆破施工環節月平均增加成本約計4萬～5萬元/月，但因分臺階爆破技術提高了資源回收率、降低了銅的邊際品位，綜合增創經濟效益200余萬元/月。

圖2 分臺階爆破原理

2.3 爆破泄能問題的解決

在工程剛開始的數次爆破實踐中，經常出現爆破后爆區基本不發生明顯變化的現象。分析認為，造成這種情況的根本原因是結構面對爆破產生了泄能作用。根據爆破漏斗原理，炸藥爆炸后的能量總是往最薄弱的自由面作用[7]，所以采取單耗基本不變，加大最小抵抗線，減小孔間距的方法改善爆破效果。

由于地質條件的不確定因素，很難根據表層準確判斷臺階內部的情況，所以只能從數學概率上進行處理。就是在巖石結構條件相同的情況下，盡可能減少因巖石結構造成的不良影響。大寶山采用的方法是，在控制爆破單耗基本不變的情況下，調整爆破系數m。即適當減小孔間距，相對增大排距。爆破系數從原來的m=a∶b=1.8調整為m=a∶b=1.5(爆破效果評價如表1)。

表1 爆破效果評價

2.4 炸藥泄露問題的解決

前期在裝藥過程中，經常出現炸藥泄露的現象。炸藥泄露輕則造成少量炸藥的損失，若不注意，很有可能因下部集中藥包藥量較大而出現安全事故。造成這種情況的原因是塌陷區裂隙發育，或有殘余空洞等情況，爆生氣體經過軟弱面或軟弱帶泄入空洞，使炮孔的爆破壓力迅速降低，從而導致其他方向的爆破徑向裂隙停止繼續發展，使爆破效果明顯降低。遇到這種情況首先必須要知道裂隙或者空洞的位置，這就需要鉆機手在鉆進過程中做好記錄，以便裝藥過程中準確的判斷，裝藥時在裂隙或空洞的上方用麻繩或鐵絲吊編織袋堵塞，再向孔內填2m左右巖粉，處理好后進行正常裝藥。經過實踐觀察，爆破效果不錯，基本達到預期效果。

3 結論

自2009年底施工至今，本著“有疑必探，有礦必探，先探后進”的原則，通過采取措施不斷優化塌陷區回采技術水平，有效解決了塌陷區礦石回采中的代表性問題，實現了銅礦石安全高效的回采，技術管理層面上都很有推廣價值。三年來共從塌陷區回收銅礦、硫礦、鐵礦約500萬t，價值近13億元人民幣，且保證了銅選廠的正常運營。

雖說取得了一定的成績，然而在一些方面仍有可提升的空間：①GY-200-1型工程鉆機移動不便，鉆進時間較長，潛孔鉆機在破碎地層的鉆進能力受限，所以亟待一種新型高效的采空區勘探設備的出現；②采空塌陷區的近區開采理論研究還有待進一步的深入；③采空塌陷區殘余空區的確認研究還有很大的提升空間。

大寶山礦采空塌陷區安全采礦爆破技術主要是為了解決盜采形成的采空塌陷區，它對類似露天采場下有不明盜采采空塌陷區的礦山具有一定的借鑒意義。

[1]崔曉榮，葉圖強，陳晶晶.采空區采礦施工安全的組織與管理[J].金屬礦山，2011,40 (11):150-154.

[2]陳晶晶，藍宇.復雜環境中采空區爆破處理實踐[J].金屬礦山，2013，42(1):64-65(79).

[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.

[4]過江，古德生，羅周全.金屬礦山采空區3D 激光探測新技術[J].礦冶工程,2006,26(5):16-18.

[5]李夕兵，李地元，趙國彥，等.金屬礦地下采空區探測、處理與安全評價[J].采礦與安全工程學報，2006,23(1):24-28.

[6]毛薦新,張傳舟,曹祖武,等.開采技術因素對露采礦石損失與貧化的影響[J].金屬礦山，2002(10)：6-9.

[7]申衛峰，單承質.降低深孔臺階爆破中大塊率和根底的措施[J].煤礦爆破，2010(1)：31-33.