特大型盲采空区的探测与治理

邱振华，林秀云

(广东省大宝山矿业有限公司，广东省 韶关市 512128)

1 概况

由于1990 年代大量非法民窿进入矿区盗采地下铜硫、铅锌矿等资源，大宝山矿露天采场南部矿区0～15 勘探线下方赋存大量标高、方位、空间形态不明的盲采空区。据不完全统计，非法民采高峰时期民窿多则达上百条，其采矿方法为单一空场法，无序开采、见矿就采，所形成的采空区面积大小不一。

2020 年大宝山矿在南部矿区0～13 线650～721 m 层面实施斑岩型铜矿勘探，勘探钻孔设计方位120°，设计倾角62°～67°，设计孔深600 m。其中有18 个勘探钻孔探测到民采盲空区，探及盲空区最低标高+512 m，最高标高+686 m。探及空区高度最小为4.2 m，最高为20.27 m。其中13 线ZKB1104 号勘探孔探到一高度为20.27 m 的盲采空区。该盲采空区正处于685 m 开采作业面下方，其高度较高，危险系数较大，严重威胁着上方作业安全，因此探明该采空区势在必行。

2 盲采空区定位及探孔设计

（1）钻孔数据库的建立。利用DIMINE 软件中“创建钻孔数据库”的功能，导入空区探孔数据信息表，设置好对应关系，即可对18 个探测到的采空区快速完成钻孔数据库的创建。

（2）盲采空区定位。根据ZKB1104 钻孔数据，可获得钻孔触及采空区顶板坐标A（高程642.5 m），和底板坐标B（高程624.1 m）。将A、B坐标与钻孔开口坐标在CAD 文件中展开并连在一起即可得到ZKB1104 钻孔平面图，AB线则为盲采空区的平面投影最小距离，如图1 所示。

图1 ZKB1104 钻孔平面

（3）探孔设计。探孔设计依据原有井下采空区资料以及盲采空区方位。经查找原有采空区资料，该区域内存在原3#井645 中段空区及巷道，原有空区面积约324.5 m2，高度为5 m，该空区不在盲空区A、B点之间。因此在盲空区顶板A与底板B之间取中间C点设计为探孔地表开口点。

3 盲采空区探测

3.1 初步探测

运用地质钻进行探测，孔径为90 mm，C点探测钻孔的地表开口高程为684.3 m。钻探至29.81 m见高度为4.82 m 采空区。经三维激光扫描，获得该采空区面积805.8 m2，最大高度为13.2 m，最高顶板标高659.1 m，最低底板标高645.9 m。该采空区被命名为112−645 采空区，平面投影图如图2 所示。

图2 112-645 采空区扫描结果

运用迪迈软件建立112−645 采空区三维实体模型（见图3）。经比较，112−645 采空区位于钻孔ZKB1104 东侧，不是ZKB1104 钻孔探测的盲采空区。经地质资料分析，112−645 采空区为后期民窿盗采原645 采空区残留矿体所形成。

图3 112-645 采空区三维实体模型

3.2 二次探测方案的制定及实施

3.2.1 探测方案制定

探测方案制定依据主要有： ZKB1104 钻孔数据、645 采空区实体模型及地质资料。根据地质资料，645 采空区北侧及南侧均有含铜品位为0.5%～0.6%磁黄铁矿铜矿体，矿体范围如图4 所示，推测盲空区范围在矿体范围之内；设计探测点要避开112−645 采空区范围，因此根据矿体情况可选择在112−645 采空区范围之外东、西、北3 个方向设计探孔；依据ZKB1104 钻孔方向靠近645 空区边缘确定D点作为西侧探测点，东侧的探孔点F则在延长线上，根据实际地形，制定靠近645 空区边缘的E点作为北侧探测点（见图4）；对3 个设计探测点分析比较，D点距离探测空区顶板A点最近，因此选择D点优先探测，若D点未能探测到采空区，则再对E、F点进行探测。

图4 112-645 采空区矿体范围

3.2.2 探测实施

在探测D点实施钻探，钻探进尺至41.56 m 见采空区，测量得采空区高度为6.25 m。经三维激光扫描获得采空区面积为952.8 m2，最大高度为21.2 m，最高顶板标高650.8 m，最低底板标高629.6 m，命名为112−629 采空区。综合分析，629 采空区与645 采空区为上下层叠，两空区的中间隔层最薄处仅有3.2 m，靠南侧相互贯通。

经对扫描点云数据分析，发现112−629 采空区西南侧部分顶板点云数据缺失，需要进行再补充探测。

3.2.3 补充探测采空区

针对扫描点云数据缺失情况，后续相应补充探测扫描，直至采空区扫描点云数据全面完整。前后一共进行了6 次三维扫描，获得盲采空区完整点云数据。根据扫描数据获得采空区投影面积2956.0 m2，最低点坐标627.2 m，命名为13−627 特大型盲采空区。

4 采空区三维实体建模

根据扫描的点云数据，运用迪迈软件对13-627特大型盲采空区建立三维实体模型，见图5。通过以上三维实体模型及地表相应位置关系可得采空区具体参数，见表1。

表1 13−627 采空区参数

图5 13-627 特大型盲采空区三维实体模型

5 安全评估及治理

根据钻孔岩芯情况，采空区顶板主要为矽卡岩和磁黄铁型铜矿体，铜矿品位为0.2%～0.3%，硫品位为20%。根据“广东省大宝山矿业有限公司地下采空区稳定性分析和露天开采安全技术研究”给出的采空区安全顶板厚度。计算公式，可计算出采空区顶板不同位置的安全顶板厚度，进而圈定不安全区域（采空区顶板厚度小于计算安全顶板厚度），如图6 所示。由图6 可知，该采空区局部危险，需要对该采空区进行治理。

图6 盲采空区安全评估结果

5.1 现场管控

在未处理采空区之前，需要对采空区进行安全管控，现场管控措施主要有：

（1）对该采空区进行警戒，树立警示牌标识，严禁人员、设备进入采空区范围内；

（2）加强微震监控，实时动态监测该空区稳定状况；

（3）在该空区地表范围边缘设置测量监控点，定期测量，跟踪数据变化情况。

5.2 治理方案

露天矿作业下方的采空区治理需要综合考虑经济合理、安全可靠、操作可行性等因素，方案比选后，采取强制崩落法处理该采空区。

根据露天采场生产计划安排及现场实际情况，建议673 m 平台边坡由东推进到采空区边部，如图6 所示，设计在685 m 平台对13−627 特大型采空区进行爆破崩落处理。

爆破处理方案设计在685 m 平台进行垂直穿孔，采用5 m×4.5 m 的孔网参数。采空区范围内的钻孔要求打穿采空区顶板，共设计钻孔126 个。（见图7）。孔径为155 mm，钻孔总量为4485.5 m，设计总药量51 608.0 kg，爆破单耗为0.51 kg/m³。

图7 炮孔布置

6 结论

（1）运用迪迈软件创建钻孔数据库，能快速准确地获取采空区顶板、底板坐标，较运用传统方位角计算在效率、精度上有明显提高。

（2）层叠采空区的探测钻孔设计尤为重要，因钻杆无法穿越高度大于3 m 的空区，因此要避开空区范围，在外侧另外选择钻孔位置，在制定探测方案时要充分考虑地质情况，分析扫描数据，推断空区大概范围，以及结合施工场地实际条件准确布孔钻探。

（3）采空区三维扫描时，由于探头伸入空区内部，受不规整的采空区顶板阻碍，会造成扫描数据不完全，因此对数据缺失部分需进一步探测扫描，才能全面掌握采空区完整空间参数，为采空区的治理提供可靠的基础数据。

（4）利用迪迈软件建立钻孔数据库、采空区实体模型，结合动态的月度采场地表模型，对探明的采空区实行动态可视化管理，能准确掌握采空区上方作业推进情况，为采空区处理提供最佳时机。

（5）对采空区进行安全评估，制定现场管控措施，有力保障采空区上方人员、设备安全；研究经济合理、科学可行的空区治理方案，将采空区安全隐患彻底消除，为矿山安全生产创造条件。