陳晶晶，張兵兵，韓 振

(宏大爆破有限公司，廣州510623)

目前，由于地采的投資大、風(fēng)險(xiǎn)高等劣勢(shì)，許多金屬礦已由地下開采轉(zhuǎn)向露天開采。但這一轉(zhuǎn)化期間，地采遺留下來的采空區(qū)，就成了露天礦安全高效開采的重中之重。如何有效地減少采空區(qū)的安全隱患，已引起了許多專家學(xué)者的關(guān)注。各種探測(cè)手段已在露天礦山得到了廣泛應(yīng)用，崔曉榮[1-3]對(duì)地采轉(zhuǎn)露采的大寶山礦區(qū)采用了物探、鉆探及三維激光掃描的探測(cè)技術(shù)，測(cè)得的采空區(qū)位置、范圍等參數(shù)與實(shí)際情況較為吻合。段力士[4]采用鉆孔式三維激光掃描技術(shù)，分析了采空區(qū)的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)采空區(qū)危險(xiǎn)性進(jìn)行了劃分處理。

數(shù)值模擬技術(shù)可以更為形象地評(píng)判采空區(qū)危險(xiǎn)程度，宋子嶺[5]采用數(shù)值模擬的方法，分析了采空區(qū)孔底填塞長(zhǎng)度及起爆位置對(duì)臺(tái)階爆破的影響，得出了中間起爆技術(shù)與優(yōu)化孔底填塞長(zhǎng)度，可顯著提高爆破能量利用率的結(jié)果。鄧騏寧[6]以袁家村鐵礦為工程背景，采用理論計(jì)算和數(shù)值模擬的方式，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行分類，給出了不同賦存環(huán)境的采空區(qū)頂板保安層厚度與跨度的關(guān)系，認(rèn)為分級(jí)治理可高效地降低采空區(qū)的安全隱患。趙俊[7]利用工程經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)值模擬技術(shù)，給出了采空區(qū)上覆巖層的安全厚度值，保證了采空區(qū)的安全。

在采空區(qū)爆破處理方面，臧龍[8]以袁家村露天鐵礦為背景，采用非電雷管、逐孔起爆一次爆破崩落法，有效地消除了采空區(qū)的潛在隱患。賈寶珊[9]根據(jù)三道莊鎢鉬露天礦采空區(qū)鉆探的統(tǒng)計(jì)情況，利用中深孔爆破與空區(qū)處理一體化技術(shù)，保證了臺(tái)階的安全生產(chǎn)，且爆破效果較好。

綜合以上分析可以得出:采空區(qū)的處理應(yīng)先采用探測(cè)技術(shù)確定采空區(qū)的實(shí)際賦存情況，再結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出有效的爆破治理方案，從而達(dá)到安全處理采空區(qū)的目的。

1 工程背景

大寶山礦區(qū)為多金屬礦山，富含鐵、銅、硫、鉛鋅、鉬礦等，礦區(qū)開采時(shí)間早，早期采用地下開采且規(guī)劃不合理，使得地下開采期間留下了諸多的采空區(qū)，為后期地采轉(zhuǎn)露采遺留了歷史難題。并且，早期民采泛濫，使得較多的地下采空區(qū)具體方位，沒有具體的記錄，增加了后期露采的難度。由于大寶山29線650采空區(qū)早期地下開采期間沒有詳細(xì)的資料可以參考，這對(duì)現(xiàn)在礦區(qū)的作業(yè)人員安全及設(shè)備情況均造成不利影響。650采空區(qū)的存在，導(dǎo)致所在范圍的礦巖無法及時(shí)開采，一方面浪費(fèi)了大量的礦石，同時(shí)存在嚴(yán)重的安全威脅。必須采用先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)，快速獲取采空區(qū)的詳細(xì)參數(shù)，制定合理有效的處理方案，保證充填效果，消除該采空區(qū)的不良影響。

2 采空區(qū)的探測(cè)及穩(wěn)定性分析

2.1 三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用

目前，采空區(qū)探測(cè)常用三維激光掃描技術(shù)，其利用空區(qū)內(nèi)部存在較大范圍的空洞這一特性，可通過分析激光束的改變，有效地判定采空區(qū)的賦存情況。

為了確定650采空區(qū)的具體位置及相關(guān)參數(shù)，對(duì)所在區(qū)域進(jìn)行了鉆探與三維激光掃描，通過掃描得到了650采空區(qū)位于29號(hào)勘探線采空區(qū)群西部，該采空區(qū)頂板對(duì)應(yīng)地表為685 m臺(tái)階，實(shí)際地面標(biāo)高686.6～687.1 m(見圖1)，其三維實(shí)體模型如圖2所示，由三維實(shí)體模型及地表相應(yīng)位置關(guān)系可得出650采空區(qū)相關(guān)參數(shù)(見表1)。

圖1 650采空區(qū)平面位置Fig.1 Plane position of 650 goaf

圖2 650采空區(qū)三維實(shí)體模型Fig.2 3D entity model of 650 goaf

表1 650采空區(qū)參數(shù)Table 1 650 goaf parameters(m)

2.2 采空區(qū)穩(wěn)定性分析

經(jīng)鉆孔探測(cè)顯示結(jié)果得知，685 m臺(tái)階以下大部分區(qū)域?yàn)楹V巖層，含礦巖層巖芯完整，強(qiáng)度較高。依據(jù)大寶山多年工程實(shí)踐得出的經(jīng)驗(yàn)公式為

式中:h為最小保安層厚度，m;b為采空區(qū)最大跨度，m。

計(jì)算得最小保安層厚度為13 m，表明采空區(qū)頂板能夠保持暫時(shí)穩(wěn)定，滿足在頂板上鉆孔施工的條件，但在施工期間，需要控制施工荷載，做好警戒工作，加強(qiáng)危險(xiǎn)監(jiān)控。

3 強(qiáng)制爆破法處理措施

目前處理采空區(qū)的措施主要有自然崩落法、強(qiáng)制爆破法及充填法等。而自然崩落法在實(shí)際處理過程中，難以實(shí)現(xiàn);充填法需要充填材料數(shù)量大，投資成本高，適應(yīng)性較差;強(qiáng)制爆破法通過在采空區(qū)上方布置合理的鉆孔，通過爆破作用將爆堆拋入采空區(qū)，很大程度上實(shí)現(xiàn)了充填采空區(qū)的目的，且成本低，應(yīng)用范圍較廣。故本次650采空區(qū)的處理采用強(qiáng)制爆破法處理，相應(yīng)的處理流程:三維激光掃描→鉆孔設(shè)計(jì)→間隔裝藥→分段填塞→逐孔一次起爆→爆破效果評(píng)價(jià)。

3.1 鉆孔布置

在685 m平臺(tái)進(jìn)行垂直穿孔作業(yè)，初步設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)為4.0 m×5.0 m，保證采空區(qū)范圍內(nèi)所有鉆孔均必須打穿采空區(qū)頂板。鉆孔的布置方式如圖3所示，共設(shè)計(jì)23個(gè)鉆孔。預(yù)計(jì)鉆孔總深度為561.7 m，鉆孔的設(shè)計(jì)孔深及裝藥量如表2所示。

圖3 采空區(qū)鉆孔布置Fig.3 Arrangement of goaf boreholes

表2 采空區(qū)爆破鉆孔參數(shù)Table 2 Blasting borehole parameters of goaf

由于圖3中上層采空區(qū)爆破處理范圍以松散體為主，成孔困難較大，故可適度調(diào)整鉆網(wǎng)參數(shù)。同時(shí)，為進(jìn)一步探明采空區(qū)情況，可利用5號(hào)或者6號(hào)爆破孔進(jìn)行補(bǔ)充掃描。

3.2 填塞長(zhǎng)度及起爆網(wǎng)路選擇

為了更為有效地處理650采空區(qū)，在所打鉆孔的底部2.5 m處采用沙袋吊裝，且具備一定的承載強(qiáng)度，保證在裝藥及填塞期間不會(huì)破壞。填塞長(zhǎng)度定為4 m，采用間隔裝藥方式，底部裝高威力炸藥，上部裝低威力炸藥，確保爆堆完全落入采空區(qū)內(nèi)部。采用逐孔起爆，采用2發(fā)非電導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行正常引爆，一次爆破處理，加大安全警戒距離，確保人員與設(shè)備的安全。

3.3 爆破效果分析

采用三維激光掃描技術(shù)確定了650采空區(qū)的位置及相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)強(qiáng)制爆破處理提供了依據(jù)。650采空區(qū)采用強(qiáng)制爆破法處理后，其效果的評(píng)價(jià)主要采用2個(gè)指標(biāo):采空區(qū)充填率和遺留空區(qū)體積[10]。經(jīng)爆破后現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果證明，飛石現(xiàn)象較少，爆堆穩(wěn)定性狀況良好，采空區(qū)內(nèi)部巖體充實(shí)程度高，達(dá)90%以上，采空區(qū)基本上得以填滿，消除了該采空區(qū)對(duì)鄰近臺(tái)階開采的不利影響。同時(shí)，為了保證650采空區(qū)爆破處理后，不會(huì)發(fā)生再次塌方，從采空區(qū)附近區(qū)域挖運(yùn)了一些品質(zhì)較差的廢石填入未充滿區(qū)域，達(dá)到完全充填的要求，確保消除該采空區(qū)的潛在威脅。

4 結(jié)語

1)采用三維激光掃描技術(shù)確定了大寶山650采空區(qū)的參數(shù)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，判定該采空區(qū)暫時(shí)處于可控狀態(tài)，具備強(qiáng)制爆破處理的條件。

2)在采空區(qū)分布區(qū)域布置了23個(gè)垂直鉆孔，按照實(shí)際情況進(jìn)行了裝藥量計(jì)算，炮孔底部采用沙袋填塞2.5 m，上部填塞4 m，采用逐孔起爆方式。爆破后，采空區(qū)的充填效果良好，達(dá)到了消除該采空區(qū)潛在危險(xiǎn)的目的。