地下轉露天開采的采空區處理工藝分析

潘衛紅

（甕福（集團）有限責任公司，貴州 福泉 550508）

與礦產資源地下開采方式相比，露天開采資源回采率比較高，并且工作環境好，生產成本低?，F如今，很多礦山已從地下開采轉為露天開采，因此，在資源條件允許的情況下，地下轉露天開采是礦產行業發展的重要趨勢。在地下轉露天開采中，由于原地下開采可造成采空區，因此可能會對露天開采安全性造成不良影響，因此，亟需對地下轉露天開采中采空區處理方式進行深入研究[1]。

1 采空區類型

1.1 計劃性開采形成的采空區

在對開礦山進行計劃開采時可形成采空區，由于在礦山開采中已制定完善的開采設計方案，因此，對于采空區，可在平剖面圖上進行圈定。

1.2 民采或古代開采形成的采空區

采礦行業歷史悠久，對于古代開采以及沒有經過規劃的民采所形成的采空區，一般沒有勘查設計資料可查。對于這類復雜采空區，要求采用專業的采空區探測技術進行探測。

1.3 頂板巖層移動形成的采空區

在頂板處理時，如果采用垮落法，強制崩落、自然垮落均無法有效填充采空區，在頂板巖層移動影響下，采空區逐漸擴大。隨著巖層理論技術研究不斷深入，對于這類采空區，可根據開采過程進行預測分析。

1.4 次生災害形成的采空區

在地下開采過程中以及地下開采完成后，采空區中可產生次生災害，進而對采空區以及周邊巖體造成侵蝕作用，導致采空區擴大。比如，在煤礦開采完成后可形成火區，一般是由人為失誤或者煤自然所造成的，可造成采空區擴大。

2 地下轉露天開采的采空區危害

2.1 經濟效益降低

在地下礦產資源開采完成后，即可形成采空區，在地下轉露天開采后，礦產資源數量不斷減少，礦產資源開采經濟收益降低。通過地下開采，能夠開發出部分礦產資源，在露天開采中，礦山開采所需成本增加，并且礦石品味也會有所降低[2]。

2.2 威脅生產安全

地下轉露天所形成的采空區危險性比較高，其是由圍巖惡化所造成的。在時間、外力震動以及水化作用的影響下，采空區圍巖結構抗剪強度不斷降低，并且破壞傳導至露天采場，進而對礦區生產安全性造成嚴重威脅，并引發各類地質問題，包括地面塌陷、邊坡失穩等。

對于地面塌陷，可分為兩種類型，即預見性塌陷以及非預見性塌陷。其中，預見性塌陷由人為因素所造成的，在礦區生產性破壞影響下，導致采空區頂板塌陷，雖然危害性比較小，但是會造成礦石開采難度增加。非預見性塌陷指的是未知采空區或者采空區已知的情況下，突發發生塌陷，可對礦區生產工作人員以及設備運行安全構成威脅。

在地下轉露天開采中，由于受到地下采空區影響，多種空間可在露天作業臺階上發生交匯，進而產生切割作用，影響臺階穩定性，導致邊坡穩定性降低。另外，如果采空區頂板塌落，則會導致地面塌陷，進而導致邊坡失穩。除此以外，在礦山采空區中，可聚集大量水、火以及其他有毒氣體，在露天開采過程中，如果揭露采空區，則會導致上述聚集物大量釋放，進而影響礦區人員生命安全[3]。

2.3 穿爆工作難度大

地下轉露天采空區不僅會影響現場作業安全，同時還會對礦山開采效率造成不良影響。在對采空區頂板裂隙斷裂帶進行穿孔時，容易發生卡鉆故障。在礦區爆破施工中，在未預見自由面以及巖石破碎的影響下，可散發出爆轟氣體，影響爆破效果。

3 地下轉露天原采空區處理技術

3.1 巷內強制崩落充填技術

當頂板崩落后，可充填至采空區中，如果礦山地下巷道系統完整，并且人員進出便捷，具有良好的通風條件，則可采用巷內強制崩落充填采空區處理方式。需要注意，巖石的松散程度差異較大，無法保證采空區充分填實，因此，在露天開采中，依然存在安全隱患。

3.2 露天深孔爆破強制放頂處理技術

在地表穿孔爆破施工中，爆破施工技術與露天開采爆破技術大致相同。在采空區上臺階穿孔爆破中，對于炮孔結構，可分為上下兩個部分，對于炮孔上不，可采用柱狀裝藥方式，并采用側向爆破方式，而對于炮孔下部，可采用球狀藥包，爆破方式為下向漏斗爆破，在爆破完成后，頂板崩落，即可充填至采空區中。如果地下采空區結構形式復雜，人員進出難度大，并且通風條件比較差，則可采用露天深孔爆破強制放頂處理方式。為了保證地下轉露天開采安全性，防止在穿孔過程中頂板強度不足而發生垮塌，要求在頂板位置保留一定安全厚度，需要注意，如果安全厚度比較大，則會導致炸藥浪費，而如果安全厚度比較小，則會造成頂板垮塌，因此，要求結合實際情況準確計算頂板安全厚度。

3.3 頂板覆巖硐室爆破法強制處理技術

在該處理方法的應用中，要求從地表位置向采空區頂板放下挖掘小豎井，在頂板上方即可形成藥室，即可應用硐室爆破方式對采空區頂板進行放頂。如果礦區上部覆巖厚度比較大，巖層結構穩定，并且采空區寬度較大，則可采用頂板覆巖硐室爆破法強制處理技術，能夠保證礦山開采現場安全性，但是與上述兩種處理工藝相比，炸藥用量比較大，所需成本高。

3.4 尾砂膠結充填處理技術

在尾砂膠結充填處理技術的應用中，通過合理應用充填系統，可將尾砂膠結充填料充填至地下采空區中，能夠有效保障現場人員和設備安全。但是需要注意，在這一處理工藝的應用中，要求礦山具有充填系統，應用方法比較高。

4 地下轉露天開采的采空區處理實例

4.1 礦山開采現狀

在某磷礦開采中，首先采用露天采礦方式，然后轉為地下開采，并應用空場開采方式，對于采空區沒有進行及時處理，并且部分空區冒落。在該礦山開采中，由地下開采轉為露天開采，露天磷礦山臺階高度12m，穿孔直徑200mm，穿孔孔深13m，礦巖硬度系數f：10～14。綜合采空區特點以及礦山地質環境條件，確定采用深孔爆破崩落治理方案，分別對采空區上盤、下盤圍巖進行扇形孔爆破崩落，采用崩落的圍巖充填采空區，以平衡礦井地壓，消除采空區安全隱患，保證礦山生產安全。

4.2 爆破參數

（1）炮孔直徑。采用潛孔鉆機進行鑿孔，結合圍巖崩落范圍，綜合考慮空區規模、爆破塊度等，將鉆孔直徑確定為60mm。

（2）炮孔深度。炮孔深度L的選擇主要考慮鑿巖機類型、巖體性質等因素，根據設計范圍進行靈活控制。

（3）最小抵抗線。當單位炸藥消耗量和深孔密集系數一定時，最小抵抗線W與孔徑d成正比。對于中等堅硬巖石，W=(30～ 35)d。

（4）炮孔間距。對于扇形排列炮孔，炮孔間距分為孔底距a和孔口距b?？椎拙嗍侵赣烧ㄋ庨L度較短的深孔孔底至相鄰深孔的垂直距離、孔口距是指由堵塞較長的深孔裝藥端至相鄰深孔的垂直距離，如圖1所示。在設計和布置扇形深孔排面時，為使炸藥在巖石表面分布均勻，采用孔底距a控制孔底深度的密集程度，采用孔口距b控制孔口部分的炸藥分布，以避免爆破塊度過度粉碎。一般來說，a=(1.1～1.5)W，巖石堅硬時取小值，反之，取大值。通?？椎酌芗禂禐?.0～1.3，孔口密集系數為0.4～0.7。巖石堅固性系數越大，要求的塊度越小，應取較小值、反之，取大值。

圖1 扇形深孔的孔間距

（5）單位炸藥消耗量。單位炸藥消耗量q的大小直接影響到巖石的爆破效果，其值大小與巖石的可爆性、炸藥性能以及最小抵抗線有關，通常按照表1選取。

表1 地下深孔爆破單位炸藥消耗量

（6）單孔裝藥量。扇形深孔每孔裝藥量因孔深、孔距均不相同，通常應首先計算出每排孔的裝藥量，然后按照每排長度和總堵塞長度，計算出每米炮孔的裝藥量，最后分別確定每孔裝藥量。每排孔裝藥量的計算公式為：

式中，QP為每排孔的總裝藥量，kg、Q為單位炸藥消耗量，kg/m3、W為最小抵抗線，m、S為每排孔的崩落面積，m2。

4.3 扇形炮孔爆破參數

根據采空區情況，確定每個鑿巖巷道布置4排扇形孔，左右兩側對稱布置，爆破參見表2。設計采用乳化炸藥，連續裝藥結構，炮孔堵塞長度≥1.5m。采空區上下盤炮孔布置如圖2所示，鑿巖巷道左側炮孔對稱布置。

表2 扇形炮孔爆破參數

圖2 采空區崩落炮孔布置

4.4 起爆網絡及起爆順序

為確保扇形孔安全起爆，每個炮孔配備2發同段別非電導爆管雷管、每排炮孔自下而上分別為1～9段雷管，采用簇連連接、相鄰2排采用10段雷管進行延期。首先按順序起爆上盤277、287m水平的炮孔，然后起爆下盤287m水平的炮孔。

4.5 治理效果

經檢查，采空區崩落巖石充填較好，充填率達95%以上，鑿巖巷道口崩落的巖石塊度均勻，有效消除采空區安全隱患。

5 結語

綜上所述，本文主要結合實例，對地下轉露天開采中采空區處理工藝進行了詳細探究。采空區處理工藝主要有四種，即巷內強制崩落充填技術、露天深孔爆破強制放頂處理技術、頂板覆巖硐室爆破法強制處理技術以及尾砂膠結充填處理技術，在采空區處理中，應對礦山開采資料進行收集整理和分析，根據采空區實際情況選擇適宜的處理工藝，保證采空區處理效果。