潘衛(wèi)紅

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州 福泉 550508）

與礦產(chǎn)資源地下開(kāi)采方式相比，露天開(kāi)采資源回采率比較高，并且工作環(huán)境好，生產(chǎn)成本低?，F(xiàn)如今，很多礦山已從地下開(kāi)采轉(zhuǎn)為露天開(kāi)采，因此，在資源條件允許的情況下，地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采是礦產(chǎn)行業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。在地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采中，由于原地下開(kāi)采可造成采空區(qū)，因此可能會(huì)對(duì)露天開(kāi)采安全性造成不良影響，因此，亟需對(duì)地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采中采空區(qū)處理方式進(jìn)行深入研究[1]。

1 采空區(qū)類(lèi)型

1.1 計(jì)劃性開(kāi)采形成的采空區(qū)

在對(duì)開(kāi)礦山進(jìn)行計(jì)劃開(kāi)采時(shí)可形成采空區(qū)，由于在礦山開(kāi)采中已制定完善的開(kāi)采設(shè)計(jì)方案，因此，對(duì)于采空區(qū)，可在平剖面圖上進(jìn)行圈定。

1.2 民采或古代開(kāi)采形成的采空區(qū)

采礦行業(yè)歷史悠久，對(duì)于古代開(kāi)采以及沒(méi)有經(jīng)過(guò)規(guī)劃的民采所形成的采空區(qū)，一般沒(méi)有勘查設(shè)計(jì)資料可查。對(duì)于這類(lèi)復(fù)雜采空區(qū)，要求采用專(zhuān)業(yè)的采空區(qū)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行探測(cè)。

1.3 頂板巖層移動(dòng)形成的采空區(qū)

在頂板處理時(shí)，如果采用垮落法，強(qiáng)制崩落、自然垮落均無(wú)法有效填充采空區(qū)，在頂板巖層移動(dòng)影響下，采空區(qū)逐漸擴(kuò)大。隨著巖層理論技術(shù)研究不斷深入，對(duì)于這類(lèi)采空區(qū)，可根據(jù)開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

1.4 次生災(zāi)害形成的采空區(qū)

在地下開(kāi)采過(guò)程中以及地下開(kāi)采完成后，采空區(qū)中可產(chǎn)生次生災(zāi)害，進(jìn)而對(duì)采空區(qū)以及周邊巖體造成侵蝕作用，導(dǎo)致采空區(qū)擴(kuò)大。比如，在煤礦開(kāi)采完成后可形成火區(qū)，一般是由人為失誤或者煤自然所造成的，可造成采空區(qū)擴(kuò)大。

2 地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采的采空區(qū)危害

2.1 經(jīng)濟(jì)效益降低

在地下礦產(chǎn)資源開(kāi)采完成后，即可形成采空區(qū)，在地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采后，礦產(chǎn)資源數(shù)量不斷減少，礦產(chǎn)資源開(kāi)采經(jīng)濟(jì)收益降低。通過(guò)地下開(kāi)采，能夠開(kāi)發(fā)出部分礦產(chǎn)資源，在露天開(kāi)采中，礦山開(kāi)采所需成本增加，并且礦石品味也會(huì)有所降低[2]。

2.2 威脅生產(chǎn)安全

地下轉(zhuǎn)露天所形成的采空區(qū)危險(xiǎn)性比較高，其是由圍巖惡化所造成的。在時(shí)間、外力震動(dòng)以及水化作用的影響下，采空區(qū)圍巖結(jié)構(gòu)抗剪強(qiáng)度不斷降低，并且破壞傳導(dǎo)至露天采場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)安全性造成嚴(yán)重威脅，并引發(fā)各類(lèi)地質(zhì)問(wèn)題，包括地面塌陷、邊坡失穩(wěn)等。

對(duì)于地面塌陷，可分為兩種類(lèi)型，即預(yù)見(jiàn)性塌陷以及非預(yù)見(jiàn)性塌陷。其中，預(yù)見(jiàn)性塌陷由人為因素所造成的，在礦區(qū)生產(chǎn)性破壞影響下，導(dǎo)致采空區(qū)頂板塌陷，雖然危害性比較小，但是會(huì)造成礦石開(kāi)采難度增加。非預(yù)見(jiàn)性塌陷指的是未知采空區(qū)或者采空區(qū)已知的情況下，突發(fā)發(fā)生塌陷，可對(duì)礦區(qū)生產(chǎn)工作人員以及設(shè)備運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。

在地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采中，由于受到地下采空區(qū)影響，多種空間可在露天作業(yè)臺(tái)階上發(fā)生交匯，進(jìn)而產(chǎn)生切割作用，影響臺(tái)階穩(wěn)定性，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低。另外，如果采空區(qū)頂板塌落，則會(huì)導(dǎo)致地面塌陷，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。除此以外，在礦山采空區(qū)中，可聚集大量水、火以及其他有毒氣體，在露天開(kāi)采過(guò)程中，如果揭露采空區(qū)，則會(huì)導(dǎo)致上述聚集物大量釋放，進(jìn)而影響礦區(qū)人員生命安全[3]。

2.3 穿爆工作難度大

地下轉(zhuǎn)露天采空區(qū)不僅會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全，同時(shí)還會(huì)對(duì)礦山開(kāi)采效率造成不良影響。在對(duì)采空區(qū)頂板裂隙斷裂帶進(jìn)行穿孔時(shí)，容易發(fā)生卡鉆故障。在礦區(qū)爆破施工中，在未預(yù)見(jiàn)自由面以及巖石破碎的影響下，可散發(fā)出爆轟氣體，影響爆破效果。

3 地下轉(zhuǎn)露天原采空區(qū)處理技術(shù)

3.1 巷內(nèi)強(qiáng)制崩落充填技術(shù)

當(dāng)頂板崩落后，可充填至采空區(qū)中，如果礦山地下巷道系統(tǒng)完整，并且人員進(jìn)出便捷，具有良好的通風(fēng)條件，則可采用巷內(nèi)強(qiáng)制崩落充填采空區(qū)處理方式。需要注意，巖石的松散程度差異較大，無(wú)法保證采空區(qū)充分填實(shí)，因此，在露天開(kāi)采中，依然存在安全隱患。

3.2 露天深孔爆破強(qiáng)制放頂處理技術(shù)

在地表穿孔爆破施工中，爆破施工技術(shù)與露天開(kāi)采爆破技術(shù)大致相同。在采空區(qū)上臺(tái)階穿孔爆破中，對(duì)于炮孔結(jié)構(gòu)，可分為上下兩個(gè)部分，對(duì)于炮孔上不，可采用柱狀裝藥方式，并采用側(cè)向爆破方式，而對(duì)于炮孔下部，可采用球狀藥包，爆破方式為下向漏斗爆破，在爆破完成后，頂板崩落，即可充填至采空區(qū)中。如果地下采空區(qū)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，人員進(jìn)出難度大，并且通風(fēng)條件比較差，則可采用露天深孔爆破強(qiáng)制放頂處理方式。為了保證地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采安全性，防止在穿孔過(guò)程中頂板強(qiáng)度不足而發(fā)生垮塌，要求在頂板位置保留一定安全厚度，需要注意，如果安全厚度比較大，則會(huì)導(dǎo)致炸藥浪費(fèi)，而如果安全厚度比較小，則會(huì)造成頂板垮塌，因此，要求結(jié)合實(shí)際情況準(zhǔn)確計(jì)算頂板安全厚度。

3.3 頂板覆巖硐室爆破法強(qiáng)制處理技術(shù)

在該處理方法的應(yīng)用中，要求從地表位置向采空區(qū)頂板放下挖掘小豎井，在頂板上方即可形成藥室，即可應(yīng)用硐室爆破方式對(duì)采空區(qū)頂板進(jìn)行放頂。如果礦區(qū)上部覆巖厚度比較大，巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且采空區(qū)寬度較大，則可采用頂板覆巖硐室爆破法強(qiáng)制處理技術(shù)，能夠保證礦山開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)安全性，但是與上述兩種處理工藝相比，炸藥用量比較大，所需成本高。

3.4 尾砂膠結(jié)充填處理技術(shù)

在尾砂膠結(jié)充填處理技術(shù)的應(yīng)用中，通過(guò)合理應(yīng)用充填系統(tǒng)，可將尾砂膠結(jié)充填料充填至地下采空區(qū)中，能夠有效保障現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備安全。但是需要注意，在這一處理工藝的應(yīng)用中，要求礦山具有充填系統(tǒng)，應(yīng)用方法比較高。

4 地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采的采空區(qū)處理實(shí)例

4.1 礦山開(kāi)采現(xiàn)狀

在某磷礦開(kāi)采中，首先采用露天采礦方式，然后轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采，并應(yīng)用空?qǐng)鲩_(kāi)采方式，對(duì)于采空區(qū)沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)處理，并且部分空區(qū)冒落。在該礦山開(kāi)采中，由地下開(kāi)采轉(zhuǎn)為露天開(kāi)采，露天磷礦山臺(tái)階高度12m，穿孔直徑200mm，穿孔孔深13m，礦巖硬度系數(shù)f：10～14。綜合采空區(qū)特點(diǎn)以及礦山地質(zhì)環(huán)境條件，確定采用深孔爆破崩落治理方案，分別對(duì)采空區(qū)上盤(pán)、下盤(pán)圍巖進(jìn)行扇形孔爆破崩落，采用崩落的圍巖充填采空區(qū)，以平衡礦井地壓，消除采空區(qū)安全隱患，保證礦山生產(chǎn)安全。

4.2 爆破參數(shù)

（1）炮孔直徑。采用潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鑿孔，結(jié)合圍巖崩落范圍，綜合考慮空區(qū)規(guī)模、爆破塊度等，將鉆孔直徑確定為60mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度L的選擇主要考慮鑿巖機(jī)類(lèi)型、巖體性質(zhì)等因素，根據(jù)設(shè)計(jì)范圍進(jìn)行靈活控制。

（3）最小抵抗線(xiàn)。當(dāng)單位炸藥消耗量和深孔密集系數(shù)一定時(shí)，最小抵抗線(xiàn)W與孔徑d成正比。對(duì)于中等堅(jiān)硬巖石，W=(30～ 35)d。

（4）炮孔間距。對(duì)于扇形排列炮孔，炮孔間距分為孔底距a和孔口距b?？椎拙嗍侵赣烧ㄋ庨L(zhǎng)度較短的深孔孔底至相鄰深孔的垂直距離、孔口距是指由堵塞較長(zhǎng)的深孔裝藥端至相鄰深孔的垂直距離，如圖1所示。在設(shè)計(jì)和布置扇形深孔排面時(shí)，為使炸藥在巖石表面分布均勻，采用孔底距a控制孔底深度的密集程度，采用孔口距b控制孔口部分的炸藥分布，以避免爆破塊度過(guò)度粉碎。一般來(lái)說(shuō)，a=(1.1～1.5)W，巖石堅(jiān)硬時(shí)取小值，反之，取大值。通?？椎酌芗禂?shù)為1.0～1.3，孔口密集系數(shù)為0.4～0.7。巖石堅(jiān)固性系數(shù)越大，要求的塊度越小，應(yīng)取較小值、反之，取大值。

圖1 扇形深孔的孔間距

（5）單位炸藥消耗量。單位炸藥消耗量q的大小直接影響到巖石的爆破效果，其值大小與巖石的可爆性、炸藥性能以及最小抵抗線(xiàn)有關(guān)，通常按照表1選取。

表1 地下深孔爆破單位炸藥消耗量

（6）單孔裝藥量。扇形深孔每孔裝藥量因孔深、孔距均不相同，通常應(yīng)首先計(jì)算出每排孔的裝藥量，然后按照每排長(zhǎng)度和總堵塞長(zhǎng)度，計(jì)算出每米炮孔的裝藥量，最后分別確定每孔裝藥量。每排孔裝藥量的計(jì)算公式為：

式中，QP為每排孔的總裝藥量，kg、Q為單位炸藥消耗量，kg/m3、W為最小抵抗線(xiàn)，m、S為每排孔的崩落面積，m2。

4.3 扇形炮孔爆破參數(shù)

根據(jù)采空區(qū)情況，確定每個(gè)鑿巖巷道布置4排扇形孔，左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，爆破參見(jiàn)表2。設(shè)計(jì)采用乳化炸藥，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，炮孔堵塞長(zhǎng)度≥1.5m。采空區(qū)上下盤(pán)炮孔布置如圖2所示，鑿巖巷道左側(cè)炮孔對(duì)稱(chēng)布置。

表2 扇形炮孔爆破參數(shù)

圖2 采空區(qū)崩落炮孔布置

4.4 起爆網(wǎng)絡(luò)及起爆順序

為確保扇形孔安全起爆，每個(gè)炮孔配備2發(fā)同段別非電導(dǎo)爆管雷管、每排炮孔自下而上分別為1～9段雷管，采用簇連連接、相鄰2排采用10段雷管進(jìn)行延期。首先按順序起爆上盤(pán)277、287m水平的炮孔，然后起爆下盤(pán)287m水平的炮孔。

4.5 治理效果

經(jīng)檢查，采空區(qū)崩落巖石充填較好，充填率達(dá)95%以上，鑿巖巷道口崩落的巖石塊度均勻，有效消除采空區(qū)安全隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)地下轉(zhuǎn)露天開(kāi)采中采空區(qū)處理工藝進(jìn)行了詳細(xì)探究。采空區(qū)處理工藝主要有四種，即巷內(nèi)強(qiáng)制崩落充填技術(shù)、露天深孔爆破強(qiáng)制放頂處理技術(shù)、頂板覆巖硐室爆破法強(qiáng)制處理技術(shù)以及尾砂膠結(jié)充填處理技術(shù)，在采空區(qū)處理中，應(yīng)對(duì)礦山開(kāi)采資料進(jìn)行收集整理和分析，根據(jù)采空區(qū)實(shí)際情況選擇適宜的處理工藝，保證采空區(qū)處理效果。