竇志明，盛 佳，李向東，周益龍，張華濤，龔益材

(1.嵩縣金牛有限責任公司, 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

傾斜厚礦體兩步驟空場回采嗣后崩落空區處理方案優選?

竇志明1，盛 佳2，3，李向東2，3，周益龍2，3，張華濤1，龔益材1

(1.嵩縣金牛有限責任公司, 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心, 湖南長沙 410012)

某大型巖金礦山傾斜厚礦體采用兩步驟空場回采嗣后崩落采礦方案，一步驟采場中深孔回采完畢后，針對二步驟采場盤區分段扇形中深孔側向崩礦嗣后放頂，提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強制放頂方案，通過對各方案回采工藝優缺點及技術經濟合理性比選，確定小井藥室放頂采空區處理方案最優，為同類礦山的采空區處理提供參考。

傾斜厚礦體；強制放頂；嗣后崩落；小井藥室

0 引 言

采空區一般是礦床地下開采時采用房柱法、全面法和留礦法等采礦法開采后留下的空間,若不加以處理或處理不當,將產生重大的安全生產隱患。國內外空區處理方法主要分為充填處理空區、崩落礦巖處理空區、留永久礦柱支撐空區、隔離與疏導空區和聯合法處理空區5大類。各類方法均有其特定的適用條件和利弊。采用兩步驟回采的空場采礦法,將礦體劃分為礦房和礦柱,一般先采礦房,后回采礦柱并同時處理采空區。隨著礦房回采工作的進行,空區暴露面積越來越大,應力集中現象不斷增加,會出現空區局部冒落、礦柱變形破壞、相鄰作業區采場維護困難等地壓現象,有可能發生大面積突發性巖體冒落和移動,給生產和安全帶來嚴重后果,須及時回采礦柱并同時處理采空區。

1 空區處理方案及成本概算

根據國內外現有的采空區處理方法,結合某大型巖金礦山70號脈的水文地質條件、開采現狀及空區現狀與穩定性等實際情況,該礦山1304 m中段以上采用兩步驟空場回采,沿礦體走向每隔100 m劃分為一個盤區,由4個寬10 m的一步驟采場,3個寬20 m的二步驟采場構成。一步驟采場中深孔回采完畢后留下10 m寬的采空區,二步驟采場采用分段扇形中深孔側向崩礦嗣后放頂方案,采場回采的同時強制放頂處理空區,提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種方案。崩落大量的圍巖將采空區填滿或在采空區下方形成20 m以上厚度的緩沖層,從而避免或降低空氣沖擊波的危害。

1.1 條狀藥包硐室強制放頂方案

放頂硐室布置兩層,分別為放頂硐室層和條形藥包層。在1334 m水平的頂板巷利用原有的工程布置一層放頂硐室,設計3個硐室,硐室最大抵抗線為38 m。1337 m水平的條狀放頂硐室是從1334 m中段開鑿下山到1337 m水平,兩條形藥包的長度分別為38 m、40 m。條狀藥包硐室放頂工程設計剖面見圖1。

圖1 條狀藥包硐室放頂工程設計剖面

采用條形藥包加強松動爆破計算裝藥量,計算公式見(1),硐室放頂工程量及成本概算見表1和表2。

式中:Q——計算藥量,kg；

e——炸藥換算系數,對2號巖石炸藥取1.0；

K′——松動爆破藥量系數,對平坦地形的松動爆破取值0.44K,對多臨空面或崩塌爆破取值(0.125～0.4)K,此處取值0.4K；

K——標準單耗,kg/m3,正長巖為1.4；

L——條形藥室長度,m；

W——最小抵抗線,m。

經計算,硐室最大藥量為: Q條硐＝1×0.4×1.4×282×35＝15360 kg

表1 條狀藥包硐室放頂工程工程量

表2 條狀藥包硐室放頂成本概算

1.2 中深孔強制放頂方案

中深放頂方案是在1344 m中段緩傾采場礦體的頂板上,采用潛孔鉆機打下向孔。對于盤區試驗采場23N22,21S13,21N2,19S33,19S18,21N2作為礦柱采場,放頂后才回采,中深孔放頂分為北區、南區,北區為23N22,21S13兩個采場頂板,南區為19S33,19S18兩個采場頂板。采用中深孔成井法,形成一個切割井,在切割橫巷打平行下向眼,以切割井為自由面爆破后形成切割立槽,在鑿巖巷中打下向扇形中深孔,以切割立槽為自由面一次性起爆崩落頂板。工程量及成本概算見表3和表4。

放頂中深孔施工采用潛孔鉆機孔徑90 mm,孔底距4～5m,排距3～4m。中深孔放頂工程量大,炸藥消耗量大,成本高。

1.3 小井藥室強制放頂方案

為了減少單段藥量,采用多藥室分段微差爆破強制崩落頂板,在1337 m水平和1344 m水平布置12個小井硐室。每個硐室斷面為1.2 m×1.2 m,為了探明空區的位置及放頂的厚度和施工安全性,首先在布置藥室的位置開鑿一個3 m×3 m×3 m硐室,在硐室中用地質巖芯鉆機向下探測空區的位置,探測實際頂板的厚度,根據空區實際情況決定小井硐室的深度,保證最小抵抗線的距離符合設計要求,并為施工過程提供安全保障。小井藥室放頂工程設計剖面見圖2。掘進的廢石碴就近堆放在1344 m水平的巷道里,以保證爆破回填堵塞有材料供應,減少運輸工程量。爆破堵塞根據爆破的實際情況,按硐室爆破規程進行堵塞,小井藥室放頂工程量及成本概算見表5和表6。

表3 中深孔強制放頂工程量

表4 中深孔強制放頂成本概算

圖2 小井藥室強制放頂工程設計剖面

表5 小井藥室放頂工程量

表6 小井藥室強制放頂概算

2 空區處理方案優選

對強制放頂空區處理方案的工程量及施工難度、安全性等進行比較。

(1)條狀藥包硐室強制放頂。工程量少,崩落量大,工程施工簡單；但放頂地震波對地表構筑物產生破壞性影響,安全性差。

(2)中深孔強制放頂。安全性好,放頂對東坪村影響小,崩落量大；但放頂成本高,工程量大,施工時間長,需采購設備。

(3)小井藥室強制放頂。放頂對東坪村影響較小,成本低,安全性一般；但崩落量少,施工難度較大,爆破組織難度大。

通過比較3種強制放頂空區處理方案的經濟成本概算、優缺點及安全風險等因素可知,由于采場頂板條狀藥包硐室放頂單段炸藥量大,爆破地點距村莊較近,爆破時會對地表建筑物產生破壞性影響,難以保證地表村莊的安全,此方案不合適。中深孔放頂方案施工中深孔需用潛孔鉆機,施工任務緊,工程量大,礦山現有鉆孔設備無法滿足施工要求,且放頂成本最高,該方案也不可取。小井藥室強制放頂方案單段起爆藥量小,能滿足安全施工及生產的需求,施工工期短,且生產成本最低,方案技術可行經濟合理,故推薦選用小井藥室強制放頂作為傾斜厚礦體兩步驟空場回采空區處理實施方案。

3 結 論

針對兩步驟空場回采嗣后放頂,提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強制放頂方案,通過對各方案回采工藝優缺點及技術經濟合理性比選,確定小井藥室放頂采空區處理方案最優,為同類礦山的采空區處理提供參考。

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[2]昝紅建,陳星明,楊再高.硐室和中深孔爆破相結合的采空區處理實踐[J],現代礦業,2014,1(1):165-167.

[3]劉 玲.大型復雜采空區處理方法的研究和應用[J],采礦技術,2008,8(1):75-77.

[4]菅玉榮,劉武團,郭生茂.硐室爆破在空區處理中的應用[J],化工礦物與加工,2004(2):30-32.

2015-05-19)

竇志明(1987-)，男，遼寧遼陽市，工程師，主要從事采礦工藝研究及現場管理工作，Email:shengjia001＠163. com。

“十二五"國家科技支撐計劃項目(2013BAB02B00)；科研院所技術開發研究專項基金項目(2014EG215027)..