露天矿采空区爆破治理

姚殿民　寇彬

摘 要：内蒙古某矿区从井中开采转为露天开采后，遗留下多个采空区，给露天矿的安全生产带来了极大的威胁。文章在研究矿区内的地质条件和采空区的规模特征基础上，结合露天矿现有的生产技术条件，选择爆破处理采空区的方案。文中详细介绍了有关爆破设计、施工情况以及爆破效果。

关键词：露天矿；采空区；爆破治理

引言

在煤层埋藏较浅的矿区，由于小煤窑的随意开采，导致存在许多不明采空区。采空区的存在破坏了地层的力学平衡，进而产生了采空区塌陷和持力层破坏等工程地质问题，这对煤矿安全生产构成极大威胁，且对地面建筑物和工程结构物的稳定性产生破坏。

近年来，为了减少老窑采空区对矿山正常安全生产的威胁，或满足煤矿采空区内大型建（构）筑物选址的需求，采空区治理成为一项极其重要的工作。

大唐某露天矿内存在大量的采空区，而且该区域作为开采区和排土场，是重载车辆密集作业的区域。当在未塌陷的采空区工作时，很可能因压力增大而使采空区陷落造成安全事故。为保证安全生产、充分利用有限资源，大唐某露天矿前期采用高新技术手段，对采空区进行地球物理探测和钻探验证。同时，根据物探和钻探的结果，采用爆破的方法进行治理，以尽力避免因采空区带来的危险或不必要的经济损失。

1 露天矿地质及采空区情况

本区地层因第四系广泛覆盖出露不好，仅局部地区可见零星露頭，从目前已获得资料来看，区内发育有古生界泥盆系上统变质岩系，中生界侏罗系中统颜家沟群，白垩系下统兴安岭群的龙江组、甘河组和扎赉诺尔群的南屯组，大磨拐河组；新生界第四系的更新统和全新统，矿区内煤层埋深约为60-70米。

当位于地下的矿体被开采出来后，留下的空区域被称为采空区。在矿体被采出后形成的采空区经过一段时间的应力重新分布达到新的平衡后，会在上部岩石层的垂直方向上形成“纵三带“，从下往上依次为垮落带、断裂带和弯曲带。如图1所示：

2 爆破治理方案

2.1 采空区治理原理

由于采空区是以往小煤窑私采乱挖形成的，其具体的范围、埋藏深度等难以确定，无法从采空区底部爆破使其坍塌。因此，在采空区上方钻穿孔，埋设炸药，并采用微差爆破技术使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌。

2.2 爆破参数的选取

根据顺兴煤矿矿区的岩石和土壤的特性，结合施工机械，确定采空区爆破治理的爆破参数。

（1）钻孔直径D：D=230mm。

（2）钻孔深度L根据具体采空区埋深而定确定，一般情况下，L=55m。

（3）钻孔角度：垂直地表面钻孔。

（4）最小抵抗线：w=20D=4.6m；取4.6m。

（5）炮孔间距：a=0.8w=3.68m；取3.5m。

（6）堵塞长度：L堵=22.5D=5.2m。

（7）单位长度耗药量：q=25kg/m。

（8）单孔装药量：Q=（L-3L堵）×q。

（9）炮孔布置方式：采用等边三角形布孔，即梅花形布孔。

2.3 装药结构设计

为了提高爆破治理采空区的效果，根据采空区的特征和类似工程的经验，则将单孔装药量分成三份，其中，底部装1/2，中部装1/3，上部装填1/6。穿孔间采用梅花形布孔，即穿孔间构成等边三角形。具体见图2。

R-爆点到被保护对象间的距离，100.0m；Q-次最大齐爆药量，2100kg。

经计算知：距爆心100m处的爆破振动速度为4.6cm/s。根据现场考察知，爆区周围环境开阔，距爆区最近的办公区有140.0m；且是轻质彩钢瓦结构，抗震能力较强。同时，现有的采空区可起到减震作用，一般可以使爆破震动减少50%以上，因此，可确保安全。

3 爆破治理效果检查

在露天矿的排土场和采场采用微差爆破技术使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌，共治理采空区21个。经治理的采空区完全塌陷，不会对安全生产造成威胁。同时爆破产生的震动和飞石，严格控制在安全范围之内，没有影响露天矿内办公区和生活区的正常运行。