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(xiàn)了三次規(guī)模較大的塌方。目前國內(nèi)對塌陷區(qū)周邊礦石的安全開采技術(shù)研究非常少，沒有形成完整的較為成功的開采技術(shù)體系，多數(shù)遇到此類情況會在安全生產(chǎn)的壓力下放棄開采[1]。采礦集中在采空塌陷區(qū)域，受其影響，露天采場北部施工進展緩慢，導(dǎo)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(qū)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(qū)回采礦石安全問題、塌陷區(qū)鉆孔不到位、漏藥現(xiàn)象普遍、爆破效果不佳，進而使采空塌陷區(qū)礦石回采工作受到影響。但是經(jīng)過近三年來的摸索實踐，我司技術(shù)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(qū)采礦難點及思路

1.1 采空塌陷區(qū)采礦的技術(shù)難點

經(jīng)過分析，認為影響采空塌陷區(qū)回采礦石的主要難點有以下幾個方面。

1) 采空塌陷區(qū)內(nèi)存留未塌的小型空區(qū)和大型空區(qū)垮塌后周邊殘余區(qū)域，這對露天采場的安全生產(chǎn)構(gòu)成了不小的威脅。

2) 采空塌陷區(qū)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(qū)造成爆破泄能，爆破后大部分區(qū)域基本不動。

4) 由于鉆孔時炮孔容易與采空塌陷區(qū)連通，裝藥過程中容易發(fā)生漏藥[3]現(xiàn)象。

1.2 安全采礦爆破的技術(shù)思路

針對上述技術(shù)難點，采取相應(yīng)的4種技術(shù)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(qū)內(nèi)安全施工的問題。經(jīng)過技術(shù)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(lián)合勘探施工解決[1]。

2) 對于鉆孔不到位問題，經(jīng)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(qū)域基本不動，經(jīng)分析是因為爆破泄能，考慮采用降低爆破密集系數(shù)，減少爆破能量的過早泄放。

4) 對于漏藥現(xiàn)象，應(yīng)針對具體情況分析，采用吊裝解決。

2 采空塌陷區(qū)安全采礦爆破技術(shù)

2.1 采空塌陷區(qū)的勘探技術(shù)

由于大寶山礦經(jīng)歷過幾次比較大型的塌方，可能存在未塌的小型采空區(qū)或者塌而不實的空區(qū)邊緣區(qū)域，這些對露天采場的安全生產(chǎn)構(gòu)成了不小的威脅。采空塌陷區(qū)的施工難點在于防控，所以工程開工前后各專業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過許多次會審，共同制定采空塌陷區(qū)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(chǎn)(圖1)?？紤]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(qū)勘探工作重點放在富礦體區(qū)域。利用GY-200-1型工程鉆機進行生產(chǎn)勘探的同時，稍微調(diào)整下孔位布置，亦可進行采空區(qū)的超前勘探。由于生產(chǎn)勘探孔網(wǎng)較大，不足以滿足安全生產(chǎn)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(wǎng)布置為10m×10m，重點區(qū)域可做加密處理[3-5]。經(jīng)過三年多的實踐，大寶山露天采空塌陷區(qū)勘探工作未發(fā)生一起安全事故。

圖1 采空區(qū)現(xiàn)場勘探圖片

2.2 采空塌陷區(qū)穿孔爆破技術(shù)

因為采空塌陷區(qū)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(shè)計深度。

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

2) 卡鉆埋鉆幾率大。采空塌陷區(qū)松散體較多，鉆進的過程中經(jīng)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(xiàn)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(shè)計深度，提鉆上來后再量孔就只剩下6m左右。經(jīng)過許多次的鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)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(yè)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(yè)。

在采空塌陷區(qū)進行分臺階爆破還有另外幾個優(yōu)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(shù)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(yīng)[6]。

在采空塌陷區(qū)采用分臺階爆破技術(shù)可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。雖然采用分臺階穿孔爆破技術(shù)降低了臺階高度，并增加了甩料環(huán)節(jié)，穿孔和鏟裝作業(yè)成本增加了，但是因采礦量持續(xù)穩(wěn)定，采空塌陷區(qū)內(nèi)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(chǎn)資源的有效利用。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，采空塌陷區(qū)穿孔爆破施工環(huán)節(jié)月平均增加成本約計4萬～5萬元/月，但因分臺階爆破技術(shù)提高了資源回收率、降低了銅的邊際品位，綜合增創(chuàng)經(jīng)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(shù)次爆破實踐中，經(jīng)常出現(xiàn)爆破后爆區(qū)基本不發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。分析認為，造成這種情況的根本原因是結(jié)構(gòu)面對爆破產(chǎn)生了泄能作用。根據(jù)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(zhì)條件的不確定因素，很難根據(jù)表層準確判斷臺階內(nèi)部的情況，所以只能從數(shù)學概率上進行處理。就是在巖石結(jié)構(gòu)條件相同的情況下，盡可能減少因巖石結(jié)構(gòu)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(diào)整爆破系數(shù)m。即適當減小孔間距，相對增大排距。爆破系數(shù)從原來的m=a∶b=1.8調(diào)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(jīng)常出現(xiàn)炸藥泄露的現(xiàn)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(xiàn)安全事故。造成這種情況的原因是塌陷區(qū)裂隙發(fā)育，或有殘余空洞等情況，爆生氣體經(jīng)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(dǎo)致其他方向的爆破徑向裂隙停止繼續(xù)發(fā)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(nèi)填2m左右?guī)r粉，處理好后進行正常裝藥。經(jīng)過實踐觀察，爆破效果不錯，基本達到預(yù)期效果。

3 結(jié)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(yōu)化塌陷區(qū)回采技術(shù)水平，有效解決了塌陷區(qū)礦石回采中的代表性問題，實現(xiàn)了銅礦石安全高效的回采，技術(shù)管理層面上都很有推廣價值。三年來共從塌陷區(qū)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(qū)勘探設(shè)備的出現(xiàn)；②采空塌陷區(qū)的近區(qū)開采理論研究還有待進一步的深入；③采空塌陷區(qū)殘余空區(qū)的確認研究還有很大的提升空間。

大寶山礦采空塌陷區(qū)安全采礦爆破技術(shù)主要是為了解決盜采形成的采空塌陷區(qū)，它對類似露天采場下有不明盜采采空塌陷區(qū)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(qū)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(fù)雜環(huán)境中采空區(qū)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(fù)雜采空區(qū)的危險性探測與分析[J].中國礦業(yè)，2012,21(1):87-89.

[4]過江，古德生，羅周全.金屬礦山采空區(qū)3D 激光探測新技術(shù)[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(qū)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(shù)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(wèi)峰，單承質(zhì).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.