基于潜孔钻探测浅层采空区的应用实践

林秀云，邱振华

(广东省大宝山矿业有限公司， 广东 韶关市 512128)

1 矿山基本情况

广东省大宝山矿位于韶关市曲江区沙溪镇境内，矿山距沙溪镇约 15 km，其地理坐标为东经113°41′52″，北纬 24°31′42″。矿区是以铁、铜为主的大型多金属矿区，673 m标高以上主要为褐铁矿，其下为铜、硫、铅锌矿。上部褐铁矿为露天开采方式，下部铜硫矿体于 1990年代后期采用平硐、斜井地下开采方式，主要采矿方法为空场法，井下开采于2005年8月停产。井下停产后，矿山全面转为露天开采方式，开采台阶高度12 m，开采范围0～51勘探线，目前最高开采标高865 m，最低标高637 m，年产量为330万t。

由于历史原因，大宝山矿露天采场下部赋存着无以计数的采空区，其形成原因有2种，一是1990年代井下采矿形成的采空区，其大部分资料可以掌握，如图1为原井下采矿610中段采空区分布图。另一部分是 2014年前民采无序盗采形成的，其资料无法掌握，为盲采空区。大宝山采空区以盲采空区居多，其特点主要有：空区大小不一，大采空区面积达上千平米，体积达十万立方以上；空区赋存标高、位置不详；采空区上下交错重叠、多个复合形成空区群；空区顶板不规则等。由于采空区的存在，给露天开采作业人员、设备等带来了重大安全隐患，因此采空区成为了露天采场作业的第一大危险源，采空区的治理成为大宝山矿安全工作重中之重，而采空区的探测则是采空区治理的首要任务。只有探明了采空区，才能进行采空区治理，消除安全隐患，为生产提供安全保障。

图1 井下610中段采空区分布

2 潜孔钻探测采空区的特点及探测依据

目前采场运用的潜孔钻型号为阿特拉斯D50，穿孔直径为105 mm～140 mm。其优点是机动灵活，钻孔速度快，调动便捷，钻孔深度可达45 m；缺点是遇到破碎、软弱岩层容易出现卡钻、塌孔、不成孔及无法钻孔。潜孔钻主要运用在露天采场作业层面下部10 m～25 m范围内的浅层采空区探测。

采空区探测依据主要是原有井下采矿资料、地质资料及采场层面塌方、下沉、渗水、冒气等险情。

3 潜孔钻探测浅层采空区的应用

3.1 原有采空区探测

针对原有资料存在的采空区进行探测，目的一是探明该采空区是否发生塌陷；二是通过探测钻孔穿透原有采空区，查看原有采空区是否因后期非法民采造成采空区面积扩大；三是通过三维激光扫描获得原井下采空区准确空间参数，避免原资料空区参数误差，为下一步安全防范提供可靠依据。2020年4月27日对采场49线697 m层面下方原井下673采空区（如图2所示）进行探测，钻孔探测至18.3 m穿透采空区，卷尺测量采空区高度为 3.1 m。通过对采空区进行三维激光扫描，获得该采空区体积为173 m3，最大高度为9.4 m，跨度为5.9 m。

图2 673采空区三维激光扫描探测

3.2 采空区外围探测

对已探明采空区外围探测，目的是对已探明采空区周边进一步探测，看采空区是否扩大。主要原因是近年来非法民采活动猖獗，其通过矿区外围民窿进入大宝山矿区，对原地下采矿预留的矿柱、矿房周边矿体进行盗采，使原有采空区面积、高度进一步扩大。如图3所示，2018年10月22日对西部采场709 m层面23线探明689采空区（该采空区于2014年9月28日扫描）外侧南边进行探测，探测至692.5 m标高时发现新的采空区，经三维激光扫扫描得出采空区体积38.4 m3，高度5.4 m，跨度5.8 m，比原采空区扩大了20%。

图3 689采空区三维激光扫描探测

3.3 盲采空区探测

对采场层面新发现的高品位铜硫矿体或铅锌矿进行探测，目的是预防民采盲采空区的存在。大宝山铅锌矿区主要分布在21勘探线以南至28线，品位较高，早期非法民采进入矿区主要盗采铅锌矿资源，并留下大量盲采空区。2018年4月份在西部扩帮区域709 m层面21线穿孔爆破岩粉取样，发现高品位铅锌矿体，在铅锌矿体内布置3个25 m深采空区探孔探测。虽未发现采空区，但通过探孔确认了该区域的安全性，消除了采空区安全隐患。

对民采活跃区域台阶爆破区探测采空区。目的是探明民采盲采空区的存在。采场35线以北至51线721 m、733 m、745 m、757 m台阶，在1990年代非法民采较为活跃，其主要通过大宝山矿西侧边坡+700 m～+770 m掘民窿平巷进入大宝山矿区，盗采黄铜矿、黄铁矿等富矿体资源，留下了大量的盲采空区，其采空区资料无法掌握。针对此类采空区的探测依据主要是查阅有关地质资料情况，根据矿体揭露情况，在每一爆破区域内布置 1～2个超前钻孔进行探测。2019年1月16日在745 m层面51线爆区内钻凿探孔，14 m穿透一民采盲空区，经三维激光扫描得出该采空区空间参数为体积35.7 m3，高度6.6 m，跨度5.5 m。

运输主干道采空区探测，主要是预防主干道下方民采盲空区的存在。大宝山矿采场运输主干道通常使用年限较长，目前运输卡车主要为载重80 t的宽体自卸车，若下方存在采空区，一旦发生塌陷事故后果不堪设想，因此要对运输道路下部的采空区情况进行探明。如在2018年7月份对新修757主干道5线～7线进行采空区探测，探测孔深均为30 m，以确保主运输道路安全。

针对井下巷道探测发现盲采空区。早期大宝山矿铜原矿品位要求0.8%以上，低于0.8%的暂时不回采，随着铜价的上涨，后期民采利用原井下巷道盗采品位 0.5%～0.8%的矿体，形成盲采空区。2020年5月7日在采场649层面37线对原有630中段巷道探测时，发现原来巷道因民采盗采形成高5.1 m采空区。经核查地质资料，该空区含黄铜矿品位0.5%，硫铁矿品位15%。经三维激光扫描得出该采空区体积185.1 m3，最大高度8.3 m，最大跨度13.1 m。

3.4 塌方区域探测

塌方区域内探测采空区，目的是预防塌方内残留采空区，如图4所示。主要应用在铜采场39线～45线塌方区域内，该区域在2012—2014年经历了几次大塌方，在该区域内采矿时必须对作业机台、道路进行塌方区残留空区的探测，以确保作业安全。

图4 塌方区域内采空区探测

塌陷区外侧采空区探测。局部的塌陷往往是寻找大空区的依据，大宝山矿体分布不均，多为鸡窝矿体，采矿形成的采空区局部顶板较高且不规整，因此塌陷往往在较高顶板部分开始。如图5所示，2018年5月24日745层面47线出现爆破时塌陷等现象，在733层面对塌方区外侧进行采空区探测，探至719.8 m标高穿透采空区，经三维激光扫描得出采空区体积336.5 m3，高度8.3 m，跨度18.9 m。

图5 塌陷区域外采空区探测

针对雨季采场层面局部出现渗水、秋冬季节局部冒气等物理现象来作为采空区探测的依据。2020年5月23日对649层面35线渗水点北边10 m处进行探测时，发现一盲采空区的存在。经三维激光扫描得出采空区体积114.8 m3，高度4.8 m，跨度11.5 m。

4 结语

采空区治理是国内许多矿山由地采转为露采所共同面临的一大新课题、新难题，目前国家还没有对露天矿采空区治理出台国家标准和行业标准。

大宝山矿采空区治理从 2011年开始，经历了近十年的治理实践工作，投入了大量的人力、物力、财力，取得了一定的治理成果，总结出一套完整的可防、可治、可控的采空区治理方法。但是在采空区探测环节中仍然面临着极大难题，主要是对民采盲采空区的探测，一是没有可靠的地下采矿资料依据，二是没有精准可靠的探测技术。

当前国内采空区的探测技术主要有物探和钻探，大宝山矿 2011—2015年间运用地震、电法、电磁法等物探对采空区进行探测，但受矿区多种金属及复杂岩层的影响，所探明的结果准确度不高，难以准确指导采空区治理工作。

在钻探方面，目前主要运用地质深孔钻和潜孔钻相结合探测采空区，但须投入大量财力、人力，而且钻孔只是一孔之见，布孔密度不够的情况下难以全面探测空区。

本文总结了多年以来潜孔钻探测浅层采空区的一些实践工作经验及总结，希望在今后工作中得到帮助及借鉴，同时也希望国内类似矿山有更加成熟准确的探测采空区技术，加强交流合作，一起攻克采空区探测难题，提升采空区治理技术。