露天礦采空區爆破治理

姚殿民　寇彬

摘 要：內蒙古某礦區從井中開采轉為露天開采后，遺留下多個采空區，給露天礦的安全生產帶來了極大的威脅。文章在研究礦區內的地質條件和采空區的規模特征基礎上，結合露天礦現有的生產技術條件，選擇爆破處理采空區的方案。文中詳細介紹了有關爆破設計、施工情況以及爆破效果。

關鍵詞：露天礦；采空區；爆破治理

引言

在煤層埋藏較淺的礦區，由于小煤窯的隨意開采，導致存在許多不明采空區。采空區的存在破壞了地層的力學平衡，進而產生了采空區塌陷和持力層破壞等工程地質問題，這對煤礦安全生產構成極大威脅，且對地面建筑物和工程結構物的穩定性產生破壞。

近年來，為了減少老窯采空區對礦山正常安全生產的威脅，或滿足煤礦采空區內大型建（構）筑物選址的需求，采空區治理成為一項極其重要的工作。

大唐某露天礦內存在大量的采空區，而且該區域作為開采區和排土場，是重載車輛密集作業的區域。當在未塌陷的采空區工作時，很可能因壓力增大而使采空區陷落造成安全事故。為保證安全生產、充分利用有限資源，大唐某露天礦前期采用高新技術手段，對采空區進行地球物理探測和鉆探驗證。同時，根據物探和鉆探的結果，采用爆破的方法進行治理，以盡力避免因采空區帶來的危險或不必要的經濟損失。

1 露天礦地質及采空區情況

本區地層因第四系廣泛覆蓋出露不好，僅局部地區可見零星露頭，從目前已獲得資料來看，區內發育有古生界泥盆系上統變質巖系，中生界侏羅系中統顏家溝群，白堊系下統興安嶺群的龍江組、甘河組和扎賚諾爾群的南屯組，大磨拐河組；新生界第四系的更新統和全新統，礦區內煤層埋深約為60-70米。

當位于地下的礦體被開采出來后，留下的空區域被稱為采空區。在礦體被采出后形成的采空區經過一段時間的應力重新分布達到新的平衡后，會在上部巖石層的垂直方向上形成“縱三帶“，從下往上依次為垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。如圖1所示：

2 爆破治理方案

2.1 采空區治理原理

由于采空區是以往小煤窯私采亂挖形成的，其具體的范圍、埋藏深度等難以確定，無法從采空區底部爆破使其坍塌。因此，在采空區上方鉆穿孔，埋設炸藥，并采用微差爆破技術使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌。

2.2 爆破參數的選取

根據順興煤礦礦區的巖石和土壤的特性，結合施工機械，確定采空區爆破治理的爆破參數。

（1）鉆孔直徑D：D=230mm。

（2）鉆孔深度L根據具體采空區埋深而定確定，一般情況下，L=55m。

（3）鉆孔角度：垂直地表面鉆孔。

（4）最小抵抗線：w=20D=4.6m；取4.6m。

（5）炮孔間距：a=0.8w=3.68m；取3.5m。

（6）堵塞長度：L堵=22.5D=5.2m。

（7）單位長度耗藥量：q=25kg/m。

（8）單孔裝藥量：Q=（L-3L堵）×q。

（9）炮孔布置方式：采用等邊三角形布孔，即梅花形布孔。

2.3 裝藥結構設計

為了提高爆破治理采空區的效果，根據采空區的特征和類似工程的經驗，則將單孔裝藥量分成三份，其中，底部裝1/2，中部裝1/3，上部裝填1/6。穿孔間采用梅花形布孔，即穿孔間構成等邊三角形。具體見圖2。

R-爆點到被保護對象間的距離，100.0m；Q-次最大齊爆藥量，2100kg。

經計算知：距爆心100m處的爆破振動速度為4.6cm/s。根據現場考察知，爆區周圍環境開闊，距爆區最近的辦公區有140.0m；且是輕質彩鋼瓦結構，抗震能力較強。同時，現有的采空區可起到減震作用，一般可以使爆破震動減少50%以上，因此，可確保安全。

3 爆破治理效果檢查

在露天礦的排土場和采場采用微差爆破技術使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌，共治理采空區21個。經治理的采空區完全塌陷，不會對安全生產造成威脅。同時爆破產生的震動和飛石，嚴格控制在安全范圍之內，沒有影響露天礦內辦公區和生活區的正常運行。