强拉槽中深孔崩落法在地下空区处理中的应用

詹 进，罗 佳

(1.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

强拉槽中深孔崩落法在地下空区处理中的应用

詹 进1，2，罗 佳1，2

(1.长沙矿山研究院有限责任公司, 湖南长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

根据三道庄钼钨矿1350空区的特点，并考虑矿山生产衔接、施工困难等原因，采用在1378水平先进行强拉槽，强拉槽区以外的炮孔以拉槽区为自由面逐孔起爆，对1350空区进行切割崩落处理。结果表明:强拉槽法处理1350空区面积5200 m2，体积41600 m3，崩落矿石33.2万t，成功充满了1350空区。

强拉槽；采空区；逐孔起爆；空区处理

三道庄矿区历史上经过30多年的地下开采,在露天开采境界内形成了大量的地下空区,共有空区面积120万m2,空区体积1800万m3,而受空区影响的地质资源占整个三道庄矿区资源总量的30%～40%[1]。由于大规模采空区群存在于当前生产的露天境界内,多层采空区极其复杂,大量不规则、多层重叠采空区的存在严重影响了矿山的正常生产,给矿山施工的人员和设备带来了极大的安全威胁,残矿资源回收难度大,危险程度高。

针对境界内采空区治理难题,矿山与长沙矿山研究院合作,开展了大量的采空区治理方案研究。研究出了地表钻孔碎石充填、地表中深孔崩落工艺、混凝土充填法、露天台阶边坡再造等一些列方法[2]。其中用得比较多的是地表中深孔崩落法,该方法适用范围广,灵活性强,针对三道庄矿区的开采条件,本文主要介绍了地表中深孔崩落法的一种特殊形式——强拉槽中深孔崩落法来治理采空区。

1 爆区情况介绍

本次爆区位于三道庄露天采场D区的南部,横5～11线,纵ⅩⅦ～ⅩⅧ线之间,爆破台阶为1378水平和1390水平的2个台阶,爆区周边主要有1350 和1330两个大空区,并对爆区内空区进行了钻孔监测。

1.1 爆区地质

本区域地层为透辉石石榴子石矽卡岩(zjs2-2)。穿孔区有1条大的破碎带揭露,宽3～5 m,构造带产状133°∠89°。矿体主要赋存在透辉石石榴子石矽卡岩中,预计平均品位钼为0.118%,钨为0.094%左右,无岩浆岩出露[3-4]。

1.2 爆区范围内空区情况

1350空区:2012年对1350空区及下部的1300空区进行过充填,且充填量比较大,从空区钻孔探测和三维激光扫描分析,1350空区上部85%的面积被1376空区处理虚碴覆盖,虚碴厚度14～16 m,顶板原岩厚度22～26 m；1350空区形态简单,空区底板标高1343～1346 m,顶板标高为1352～1356 m,空区内有2个矿柱,空区跨度20～30m,采高8～14m,空区顶板至1378水平厚度为23～26 m,至1390水平的厚度为34～36 m(其中虚碴14～16 m)。在9线处有一条较大的破碎带由南往北分割了整个空区。

1330空区:从原有资料分析,1350空区下方赋存有1330空区,空区采高4 m、6 m、8 m不等,空区底板为1328～1332 m水平,空区顶板标高为1334～1338 m水平,与1350空区之间的隔板厚度为10～15 m,重叠区的面积为550 m2。但从钻孔资料分析,除1402-2＃探测孔探到1330空区外,周边的探测孔均未能探测到1330空区。因此可以推测1330空区面积不大,不会对本次空区处理造成大的影响。

1.3 空区监测

本次爆破区内目前共布置了1390-53＃、1390-54＃、1378-23＃、1366-31＃四个监测孔,根据监测情况分析,近期未出现大的地压活动事件[5-6]。总体而言,可以初步断定穿空区地压显现不明显,暂时处于相对平稳状态。

2 空区处理方案

由于1350空区上部的1390水平85%的面积被1376空区处理后的虚碴所覆盖,使得1390水平处理穿孔难度大,成孔率低,难以保证空区成功崩落；而如果将台阶全部下降至1378水平,然后采用中深孔崩落法处理,虽然可以将虚碴铲掉,解决穿孔难的问题,但台阶全部降至1378水平后,空区顶板至台阶面的厚度仅22～26 m,而空区跨度达30 m,加上受构造带的影响,穿孔过程中安全难以得到保证。

为了在安全的条件下进行1350空区的处理,计划在1378水平(对应于1350空区上方)布置深孔,同时在1390水平(对应于1376空区处理范围外)布置切割深孔,1390与1378两个台阶同时爆破,切割崩落1350空区(炮孔布置图见图1)。爆破总区面积5528 m2,其中1390水平爆破面积3108 m2,1378水平爆破面积2420 m2。

图1 炮孔布置平面

2.1 布孔方式

根据爆破区内岩性以及空区处理要求,1378水平拉槽区采用KY-310牙轮钻施工孔径为310 mm的深孔,采用5.0 m×5.0 m孔网参数,正方型布孔,拉槽区面积为500 m2,1378水平其余地方采用孔径为140 mm的潜孔钻机进行施工,采用5.0 m×4.0 m孔网参数(即孔距为5.0 m,排距为4.0 m),呈三角型方式布孔,靠近边坡的炮孔布置为倾斜孔(炮孔倾角为75°～80°)；1390水平采用孔径为140 mm的潜孔钻机进行施工,采用4.5 m×4.0 m孔网参数(即孔距为4.5 m,排距为4.0 m),呈三角型方式布孔[7]。

2.2 穿孔情况

1378水平布置孔径为310 mm的拉槽孔30个,平均孔深25 m,布置孔径为140 mm的切割孔37个,平均孔深26 m,1390水平布置孔径为140 mm的切割孔76个,平均孔深31 m。

2个台阶的穿孔效果都较好,1378水平炮孔成孔率为100%,合格率为96.3%；1390水平炮孔成孔率为100%,合格率为90.6%。

2.3 装药施工

本次爆破炸药采用多孔粒状铵油炸药,水孔采用乳化炸药。

拉槽区炮孔分2段进行装药,下部装药段7～11 m,中间间隔2 m,上部段为8 m,上部充填5 m；拉槽区以外的炮孔采用连性柱状装药结构,采用同段双发起爆弹起爆,中间不间隔,炮孔上部充填3.5～4.0 m。透孔应先吊孔堵塞,孔口采用细岩粉密实充填,而靠近台阶坡面虚碴较厚的位置堵塞长度应相应增加。炮孔装药结构见图2。

2.4 爆破网络连接

本次爆破强拉槽区孔内分段,其余切割炮孔孔内不分段,采用连续装药结构,非电毫秒延期雷管起爆,网络为行列式地表逐孔起爆网络。控制排采用双发17 ms、25 ms非电毫秒雷管传爆,普通排采用42 ms、65 ms非电毫秒雷管传爆,孔内采用400 ms非电毫秒雷管起爆。1378水平强拉槽区域在孔口使用导爆索连接上下分段导爆管,上下分段爆破间隔时间300 ms(强拉槽区爆破网络见图3),1378水平切割区炮孔采用逐孔起爆,起爆点通过17 ms非电毫秒雷管与上分段导爆索相连,1390水平炮孔起爆点通过双发400 ms非电毫秒地表管与1378爆破网络相连,V型起爆。1378水平强拉槽区最先起爆,然后是1378水平切割区,最后是1390水平切割区。地表传播总时间为983 ms,飞石运行速度远小于上台阶网络传播速度,上下台阶爆破网络互不影响,网络安全可靠。

3 爆破效果及评价

本次空区处理中深孔爆破分1390,1378两个台阶同时进行,总面积5528m2,其中1390水平爆破面积3108 m2,1378水平爆破面积2420 m2；共施工炮孔143个,钻孔总量4052 m,总装药量82.4 t,处理1350空区面积5200 m2,体积41600 m3,崩落矿石33.2万t(10.4万m3),成本3.63元/m3。

爆破后对爆破情况进行了现场勘探分析,从台阶面垮塌情况来看,本次处理范围的南部1390台阶坡底沉陷高度为8～9 m,计算得出坍塌的矿石体积很好地充满了1350空区；沉陷面积为1140m2,与处理区的1350空区范围大致相等。由此可以得出, 1350空区得到了全面的处理,实现了1350空区崩落处理的目的,消除了1350空区的安全隐患。

图2 炮孔装药结构

图3 拉槽区爆破网络图

4 结 论

(1)强拉槽法空区处理技术作为一种新型的空区处理技术,具有工艺简单,成本低的优点,空区处理成本仅为3.63元/m3,综合技术经济指标先进。

(2)强拉槽法处理采空区施工周期短,能够实现采空区快速有效治理的目的,对于矿山安全生产、稳定矿山产量具有积极意义。

(3)强拉槽法空区处理技术在三道庄钼钨矿的成功应用,表明该技术在空区处理中具有广泛的应用前景,可推广应用于其他类似矿山空区处理。

[1]何亚清,秦予辉,陈凤群,等.三道庄露天矿绿色矿山地质工作的方法与实践[J].采矿技术,2013(2):49-51.

[2]林卫星,詹 进,等.三道庄露天矿空区处理与残矿回收利用示范工程整体方案设计[R].长沙:长沙矿山研究院有限责任公司,2013.

[3]石英霞,李 诺,杨 艳.河南省栾川县三道庄钼钨矿床地质和流体包裹体研究[J].岩石学报,2009,25(10):2575-2587.

[4]瓮纪昌,张云政,黄超勇,等.栾川三道庄特大型钼钨矿床地质特征及矿床成因[J].地质与勘探,2010(1):41-48.

[5]彭府华,程建勇,贾宝珊,等.三道庄露天矿D采区多通道微震监测的可行性研究[J].采矿技术,2013(1):33-36.

[6]徐荣军,穆永庆,张承涛.探测扫描与监测系统在洛钼集团露天矿的应用[J].采矿技术,2010,10(5):83-84.

[7]杨荣彦.洛钼集团矿山公司露天矿钻孔布置方法的改进[J].露天采矿技术,2011(2):40-40.

2015-04-06)

詹 进(1983-)，男，湖南怀化人，采矿工程专业，主要从事采矿技术与研究工作，Email:82212756＠qq.com。