近空區采礦一體化處理技術探索與實踐

張志雄，葉雪云，雷 勇

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

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近空區采礦一體化處理技術探索與實踐

張志雄1，葉雪云1，雷 勇2

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

在露天開采過程中，采空區的存在嚴重制約礦山安全生產。通過對野雞尾礦下部采空區的調查，按照空區形態、跨度、大小等參數分析，對空區進一步實行歸類管理。針對存在貫穿地表空區特有采礦條件，提出近空區與采礦協同處理的方案。分別以875-1下部單層空區和875-3下部多層復雜空區為研究對象，利用貫穿地表空區為自由面，成功實施了一次中深孔爆破，實現采礦與空區一體化處理。

露天采礦；地下采空區；采空區處理；中深孔爆破

近年來，受民采非法盜采等非計劃性開采，以及地下轉露天開采的影響，部分露天礦在開采境界內存在著大量未處理的采空區［1～4］。采空區由于采礦活動及暴露時間增加，形態不斷發生變化，導致不同程度的失穩、破壞、坍塌，嚴重威脅著礦區內的人員和設備。雖然各礦山采空區形成的原因不盡相同［5，6］，但是這些采空區已成為影響礦山安全生產的重大隱患。因此，深入研究露天開采時采空區的合理高效的開采方法是非常必要的。以野雞尾礦區進行近空區采礦一體化處理為例，通過中深孔爆破等技術手段對805以上部分空區進行處理，取得較好的效果，對消除礦區內空區具有重要意義。

1 工程概況

1.1 地質概況

湖南柿竹園有色金屬有限責任公司（簡稱柿竹園礦）野雞尾礦區地處湖南省郴州市蘇仙區境內，其地理坐標：東經113°07′30″～113°10′44″，北緯25°44′13″～25°44′46″。野雞尾錫多金屬礦床（簡稱野雞尾礦）位于木頭蓋山上，最高標高930 m，最低標高510 m，面積約1 km2，東鄰野雞尾鉛鋅礦床，西與柿竹園鎢錫鉬鉍礦床相接。

礦區位于南嶺東西向構造帶的中段北側，西山背斜和五蓋山背斜之間的東波復式向斜的揚起端。出露地層有泥盆系上統佘田橋組（D3s）、中統棋梓橋組（D2q）、中統跳馬澗組（D2t）、震旦系下組（Z1）。礦體由30、31、32號礦體組成，總體呈筒柱狀產出，東西長100～300 m，南北寬50～115 m，向北西方向傾狀，傾角45°。沿傾斜方向至755 m、711 m中段，逐漸膨大，向下延深至510 m標高。礦石主要有云英化石英斑巖錫礦石、矽卡巖錫礦石、網脈狀大理巖錫礦石，圍巖為大理巖、大理巖化灰巖、矽卡巖、花崗斑巖。

1.2 礦山開采概況

礦區開采始于20世紀80年代初，采礦用小規模地下開采，并在855 m、875 m等中段富礦區布置采場，2006～2008年間對野雞尾錫多金屬礦進行了露天開采。目前，公司為了給銅錫金屬選礦工業試驗提供原礦，再次啟動露天開采，部分開采標高已降至875 m水平。

采用汽車-平硐溜井聯合開拓運輸方式，溜井布置在露天坑內，井口標高現為875 m，隨采場開采水平下降而降段，井底標高為560 m，且各水平設分支溜井與主溜井聯通。采下礦石經裝載機轉運至溜井，經溜井下放至560 m水平，再通過560主平窿汽車運輸至選廠。

1.3 空區分布情況

近年來，通過礦業秩序整頓等多方面努力，進入各個中段實施了空區資料調查，805以上空區已經基本查明，并根據空區的賦存形態、礦巖穩固條件、空區處理的難易程度［7，8］，將其分為三類（見表1）。

表1 805水平以上空區參數

Ⅰ類空區，為簡單容易處理的空區。通常無構造帶，頂板巖石穩固性好，空區跨度小于空區間隔層厚度2倍，空區頂板連續暴露面積較大但有多礦柱支撐的單層空區；上層空區頂板與下層空區底板間的隔層厚度均大于最小安全厚度的多層空區。

Ⅱ類空區，為復雜難處理的復合空區。即有相對獨立構造帶，頂板巖石不穩固，空區跨度大于空區間隔層厚度2倍，空區頂板連續暴露面積較大，礦柱較少或礦柱部分塌落的單層空區；空區互相復合，上層空區與下層空區間的隔層厚度小于最小安全厚度的多層空區；因開采導致單層空區頂板與臺階面之間的厚度小于安全厚度。

Ⅲ類空區，為極復雜極難處理的多層復合空區。即多條構造帶相交，頂板巖石不穩固，空區跨度大于空區間隔層厚度2倍，空區頂板連續暴露面積較大，無礦柱支撐，采空區頂板已部分塌落的多層復合交錯重疊空區間的隔層厚度小于最小安全厚度；頂板塌落，且相互貫通的多層復合交錯重疊空區。

2 空區處理方案

2.1 空區特性

此次處理1號空區群，總體積達到65 955 m3，屬于非法盜采31號礦體形成的多層空區群，已經貫穿地表形成天窗，形狀極為復雜，頂板厚度不一。為了滿足礦山安全生產需要，采用實測、工程地質調查及鉆孔探測等手段，進一步探測采區內空區情況，圖1為查明1號空區群855以上分布情況。

空區主體呈桶狀，向北部傾斜，875水平達1 329 m2，855水平面積為996.62 m2，并延伸至下部805，其中855水平系淺孔留礦法采下空區，相互之間巷道聯通，形狀不一，面積約111.2～294.5 m2，頂板8～15 m。

圖1 采礦區域地下空區分布圖

2.2 空區處理技術參數

采空區的形成導致周邊一定范圍的巖體應力重分布，局部出現應力集中，往往會伴隨著巖體變形、位移變化，嚴重情況導致破壞失穩及地質災害?？諈^處理的實質是緩和巖體應力集中的程度，轉移應力集中的部位，或使應力達到新的相對平衡。從目前開展的處理空區方面的研究看［9～11］，概括起來主要是封、崩、充，或者是其相結合的組合法。

鑒于野雞尾礦礦體與空區賦存條件，擬以地表天窗為中心，臨近空區的周邊區域開展采礦活動，現存地下空區對采礦爆破作業影響較大，通過開展進一步研究，采用分區處理的方式，針對不同的空區單獨研究處理方案。此次采礦爆破方案設置為3個爆區，如圖2～圖6所示。

圖2 炮孔布置圖

圖3 A-A′剖面圖

圖4 B-B′剖面圖

圖5 C-C′剖面圖

圖6 D-D′剖面圖

875-1采區內地下空區屬于單層空區，且空區頂板厚度大于最小安全厚度。根據圈定空區范圍，采用潛孔鉆機直接在穿孔作業，加深鉆孔崩落礦石充填空區，待帶降段后清理充填礦石。

875-2采區：在該區域存在855的主要平巷，由于跨度較小，降段后頂板不影響后續作業。因此，對應31號礦體采礦，穿孔深度11.5～12 m，以空區為自由面進行爆破，并減少臨近陡邊坡炮孔的藥量，盡量控制礦石滾落損失。

875-3采區：為31號礦體采礦，受多層空區影響較大。采用20 m深孔并段處理，鉆孔直接打穿空區頂板和礦柱，以近空區為自由面，逐排向北東方向推進。爆破后爆堆采用反鏟挖掘機轉運到大空區，經空區溜到805水平，再經轉運倒入主溜井。

3 近空區采礦工程實踐

3.1 鑿巖參數

爆區內主要為矽卡巖錫礦石及風化的矽卡巖，抗壓強度81.6 MPa，抗拉強度5.1 MPa，普氏系數f＝8～14，密度3.27 t／m3，松散系數2.30。臺階高度10 m，臺階坡度75°～80°，采用CL-315型履帶式潛孔鉆機穿孔，孔徑Φ110 mm。

875-1和875-2區：孔深L為11.5～16 m，超深1.5 m，抵抗線W1為4～4.5 m，由于試驗礦石塊度要求較小，采用孔距a為4.0 m，排距b為3.0 m，堵塞l2為3.5 m。

875-3區：孔深L為16～21 m，抵抗線W1為4～4.5 m，采礦區域孔距a為4.0 m，排距b為3.0 m，堵塞l2為3.5～4.0 m。

三個爆區均采用三角形布置，局部地方有所調整，鉆孔140個，其中56個亂孔，6個廢孔，成孔率為95.7%。爆區總鉆孔進尺1 740 m，共消耗炸藥9 550 kg，采下礦石約43 kt，采礦平均炸藥單耗為0.72 kg／m3。

3.2 裝藥結構與網絡

裝藥結構為連續單一裝藥，為了提高線裝藥密度，采用裝藥器進行機械裝藥，起爆藥包靠近孔底，置于藥柱1／3處，藥包放置2發起非電毫秒雷管爆，達到設計藥長后，利用細巖粉密實充填，堵塞長度3.5～4.0 m。超過14 m深孔，采取全程鋪設導爆索，確保爆破效果?？諈^穿孔采用編織袋加木塞子堵孔，再用巖粉密實，然后進行裝藥。

此次三個爆區采用雙導爆索傳播、非電毫秒延期雷管孔底逐排延時一次性起爆。計算網絡延期，首段選用6段，防止區內串段，前兩排選用隔段。采用CHA-300型起爆器針式激發引爆。

3.3 爆破效果

此次爆破總裝藥量9.55 t，采下礦石約43 kt，爆破后現場觀察，兩處空區范圍都有明顯的塌陷。臨近空區礦石崩落達1／2，塊度均勻，大塊率低。臨近邊坡穩定，對附近采區的地壓活動沒造成影響，實現了近空區采礦一體化處理，效果較好。

1.根據爆破后測量與分析，消除了855以上該區域露采安全隱患，達到方案預期目的，礦石崩落至天窗，塊度控制較好，適合805格篩進礦，降低了二次爆破成本。

2.采用多排孔微差爆破，通過布孔和合理起爆順序，同時實現三個爆區同時起爆?？煽康木W絡布置對爆破質量和方案實施起到良好的效果，實現空區與采礦一體化處理。

3.此次，通過測量與走訪，基本探明805以上區域空區，并實現空區分類管理。為了保證礦山的安全生產，需對該區域空區進行詳細的探測，尋找經濟有效技術處理手段，解決該礦空區安全隱患與生產瓶頸。

4 結 語

從礦產資源的整合與綜合回收看，越來越多的有色金屬礦山將會用露天開采的方式回收剩余資源與邊角資源，通常露天開采的方式處理采空區應該是一種行之有效的方法。野雞尾礦近空區采礦的一系列問題的探索與嘗試，為該礦后續安全開采積累了寶貴經驗。同時，為了保證礦山的安全生產，需對該區域空區進行詳細的探測，尋找經濟有效技術處理手段，制定各種安全開采方案與安全保障措施，以解決該礦空區安全隱患與生產瓶頸。

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Exploration and Practice on the Integrated Processing Technology of Near Goaf Mining

ZHANG Zhi-xiong1，YE Xue-yun1，LEIYong2
（1.Hunan Shizhuyuan NonferrousMetals Co.，Ltd.，Chenzhou 423037，China；
2.Sany Heavy Industry Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

In the open pitmining process，the existence of underground goaf seriously restricts the safe production of themine.By the investigation of goaf under Yejiweimine，the goaf is further classified management in accordance with the empty shape，span and size parameters.In view of the pecialmining conditions of the goaf penetrating the surface，the scheme of the collaborative treatment of the near goaf and the mining is proposed.The 875-1 single layer goaf and the 875-3 multi layer complex goaf are studied.By the goaf penetrating the surface being used as free area，the integrated treatment of deep holemining and goaf is successfully carried out.

open-pitmining；underground goaf；goaf treatment；deep hole blasting

TD853.391

A

1003-5540（2016）03-0001-04

2016-04-10

張志雄（1980-），男，工程師，主要從事礦山采礦技術研究工作。