露天開(kāi)采中深孔爆破與地下采空區(qū)處理一體化實(shí)踐

賈寶珊

(洛陽(yáng)欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司)

我國(guó)金屬非金屬礦山大多地質(zhì)條件較復(fù)雜，相當(dāng)一部分露天金屬非金屬礦山存在采空區(qū)問(wèn)題。由于空區(qū)分布廣，加之自然條件和生產(chǎn)技術(shù)等相關(guān)條件的制約，在露天礦山開(kāi)采中，地下采空區(qū)問(wèn)題已經(jīng)成為礦山生產(chǎn)的重要安全隱患。以三道莊鉬鎢礦1 330 m臺(tái)階正常爆破為研究對(duì)象，在不影響爆破生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，在正常臺(tái)階爆破的同時(shí)對(duì)爆破區(qū)域內(nèi)不規(guī)則的地下采空區(qū)進(jìn)行處理，對(duì)消除礦區(qū)內(nèi)的空區(qū)隱患和企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 礦區(qū)概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)

三道莊鉬鎢礦區(qū)位于河南省欒川縣赤土店鄉(xiāng)莊科村三道莊和冷水鎮(zhèn)南泥湖村程家溝。地理坐標(biāo)為東經(jīng) 111°29'11″～111°30'26″，北緯 33°54'37″～33°55'45″。東起于赤土店鄉(xiāng)莊科村南莊溝口，西止王家東溝—南泥湖村王家一線(xiàn)，北起馬圈的十八盤(pán)—太堡山，南止程家溝—玉皇嶺，面積4.5 km2。

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為新元古界欒川群三川組、南泥湖組和煤窯溝組地層。礦區(qū)東北部馬圈一帶出露有中元古界官道口群巡檢司組、杜關(guān)組、馮家灣組及新元古界欒川群白術(shù)溝組地層［1-2］。因受走向斷層切割，各組地層殘缺不全(圖1)。

圖1 欒川南泥湖鉬礦田地質(zhì)略圖

礦區(qū)位于三川—欒川陷褶斷帶構(gòu)造線(xiàn)方向由NWW轉(zhuǎn)向NW的弧形轉(zhuǎn)折處和新華夏系構(gòu)造的復(fù)合部位。礦田內(nèi)褶皺、斷裂均很發(fā)育，礦田北部馬圈以斷裂為主，褶皺緊密多呈線(xiàn)狀，中部以褶皺為主，較開(kāi)闊，南部斷裂亦發(fā)育。其方向主要呈NWW—NW向展布，次為NNE向。

1.2 礦區(qū)開(kāi)采情況

三道莊礦區(qū)的開(kāi)采已有30多a的歷史，多以小規(guī)模地下開(kāi)采，到上世紀(jì)80年代中期，進(jìn)入礦區(qū)開(kāi)采的企業(yè)達(dá)96家，坑口200多個(gè)，從而形成了大量的規(guī)則、不規(guī)則的地下采空區(qū)，通過(guò)對(duì)地下采空區(qū)的調(diào)查，地下采空區(qū)主要集中在標(biāo)高為1 140～1 450 m共計(jì)14個(gè)中段。1990年開(kāi)始年產(chǎn)5 kt/d露天礦開(kāi)采，2007年采礦規(guī)模達(dá)到3萬(wàn)t/d，開(kāi)采范圍在縱ⅩⅨ～ⅩⅪ，橫11～15線(xiàn)之間，目前開(kāi)采水平由1 282至 1 562 m，正常生產(chǎn)臺(tái)階高度 12 m［3］。

2 空區(qū)處理方案

2.1 爆破區(qū)域概況

爆破范圍位于采區(qū)內(nèi)1 330 m臺(tái)階1 342 m水平北部橫7－9線(xiàn)、縱ⅩⅩⅢ～ⅩⅩⅤ線(xiàn)之間，區(qū)域面積5 151 m2。屬該臺(tái)階第8次、本年度第140次臺(tái)階爆破。爆區(qū)北部緊鄰1 342 m水平運(yùn)輸?shù)缆贰＞?號(hào)碎礦站約200 m，西部150 m處為1 342 m臺(tái)階6號(hào)鉆機(jī)作業(yè)區(qū)域。東部緊鄰1 354 m拉口。爆破區(qū)域地層主要為石榴子石硅灰石矽卡巖(zjs2－2)，巖石堅(jiān)固性系數(shù)8～14。無(wú)明顯破碎帶揭露，區(qū)域內(nèi)巖層節(jié)理和層理發(fā)育，巖層較破碎。礦體主要賦存在石榴子石硅灰石矽卡巖中，礦化不太均勻，預(yù)計(jì)Mo平均品位0.125%，WO3平均品位0.064%，無(wú)巖漿巖出露。

2.2 空區(qū)賦存概況

此次穿孔爆破區(qū)域大部為以往空區(qū)處理區(qū)域，穿孔區(qū)域北部有一空區(qū)，面積285 m2(圖2)。

圖2 穿孔區(qū)域地下空區(qū)分布圖

對(duì)空區(qū)打探測(cè)孔，采用 140 mm潛孔鉆機(jī)進(jìn)行施工，空區(qū)底板距地表23 m，頂板距地表14 m。在空區(qū)范圍內(nèi)有一巷道，頂板距地表7.0 m，X13、X21、X26號(hào)鉆孔在7 m處打透至空區(qū)內(nèi)巷道頂板，高度約為3 m。地下采空區(qū)剖面圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 A－A'剖面

圖4 B－B'剖面

2.3 空區(qū)處理方案選擇

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)處理空區(qū)的方法主要為充填法和井下深孔崩礦法，從三道莊礦區(qū)早期地下開(kāi)采留下的采空區(qū)的特點(diǎn)來(lái)看，井下分布著規(guī)則和不規(guī)則空區(qū)，巷道錯(cuò)綜復(fù)雜，如果采用井下處理空區(qū)的方法，則極為困難和復(fù)雜;充填法投資大、成本高，對(duì)于處理一些小空區(qū)顯然不合適［4］。為了不影響設(shè)備的鏟裝作業(yè)，保障正常生產(chǎn)順利進(jìn)行，對(duì)于一些空區(qū)不可能先進(jìn)行空區(qū)處理，然后再進(jìn)行爆破、采礦作業(yè)。同時(shí)，空區(qū)的存在也嚴(yán)重影響了正常的露天采礦作業(yè)，對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，不能不進(jìn)行處理。所以，采用實(shí)施采礦爆破作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行空區(qū)處理的方法對(duì)爆區(qū)內(nèi)的空區(qū)進(jìn)行同步處理［5］。

3 爆破設(shè)計(jì)與施工

3.1 孔網(wǎng)參數(shù)的選擇

爆破區(qū)域內(nèi)空區(qū)范圍以外采用KY－250牙輪鉆機(jī)施工， 250 mm孔排距5.0 m，孔距7.0 m，采用三角形布孔。空區(qū)范圍內(nèi)采用 140 mm潛孔鉆機(jī)穿孔，排距3.5 m，孔距5.0 m［6］。局部參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況有所調(diào)整。其中 250 mm孔孔深控制在11～14.5 m， 140 mm孔在空區(qū)范圍內(nèi)孔深控制在16～24.5 m，其他控制在13 m左右。此次共穿 250 mm 孔126個(gè)， 140 mm孔36個(gè)，成孔率為98.1%。

3.2 藥量計(jì)算與裝藥

在進(jìn)行單孔藥量計(jì)算時(shí)，前排孔采用

后排其他孔采用的公式為

式中，Q為炮孔裝藥量，kg;q為單位炸藥消耗量，kg/m3;w為最小抵抗線(xiàn)，m;a為炮孔間距，m;b為炮孔排拒，m;e為藥量增加系數(shù);h為炮孔有效深度，m。

爆區(qū)計(jì)算炸藥消耗量49 680 kg，采用銨油炸藥49 580 kg，乳化炸藥100 kg， 250 mm孔平均炸藥單耗為0.75 kg/m3， 140 mm孔平均炸藥單耗為0.74 kg/m3。

炮孔采用連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，采用細(xì)巖粉進(jìn)行密實(shí)充填。 250 mm孔上部充填高度為5.0～5.5 m， 140 mm孔充填高度為3.0～3.5 m。 250 mm和 140 mm炮孔內(nèi)都設(shè)2發(fā)起爆體，第1發(fā)放置于炮孔藥柱下部，第2發(fā)放置于炮孔藥柱中上部，充分引爆炮孔中的炸藥，雙保險(xiǎn)防止啞炮和拒爆的發(fā)生。起爆體采用非電導(dǎo)爆管連接于地表。

對(duì)于空區(qū)上方鉆孔穿透空區(qū)頂板，透孔采用吊孔方式，用編織袋裝一定量的巖粉，用鋼絲繩吊到孔底，繩子固定在孔口，將透孔下部封堵后，用細(xì)巖粉密實(shí)充填3.0～4.0 m，進(jìn)行裝藥。

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)

將爆區(qū)內(nèi) 250 mm和 140 mm孔在同一爆破網(wǎng)絡(luò)中連接，采用行列式地表逐孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)采用澳瑞凱非電毫秒延期雷管起爆，靠近邊坡的前排為控制排，采用17 ms和25 ms導(dǎo)爆管傳爆，雁行列采用42 ms和65 ms導(dǎo)爆管傳爆，孔內(nèi)采用400 ms起爆［7-8］。起爆點(diǎn)設(shè)在爆區(qū)中部27#孔。

通過(guò)ORICA設(shè)計(jì)的SHOTPLUS爆破網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)出爆破網(wǎng)絡(luò)圖，可以確定逐孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)炮孔起爆順序和時(shí)間間隔。

從得到的爆破等時(shí)線(xiàn)圖可以確定爆破網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)間分布情況，爆破區(qū)域炮孔起爆順序合理，爆破等時(shí)線(xiàn)分布平滑、均勻。

從爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中可以推測(cè)爆破時(shí)巖石拋擲方向，巖石在爆破中按起爆順序向爆區(qū)前方拋擲。

4 爆破效果評(píng)價(jià)及分析

此次爆破利用逐孔微差起爆法，爆破量63 981 m3，通過(guò)對(duì)爆破區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察，此次爆破形成的爆堆前拋平緩，沒(méi)有后翻現(xiàn)象，爆區(qū)西北部空區(qū)范圍內(nèi)有明顯的塌陷，塌陷深度在1～2 m。爆破區(qū)域附近其他采空區(qū)地壓活動(dòng)正常，鄰近邊坡穩(wěn)定，爆破效果明顯。

5 結(jié)論

(1)采用在保障正常采礦爆破作業(yè)的同時(shí)進(jìn)行露天中深孔爆破處理空區(qū)，爆破效果明顯。達(dá)到了利用中深孔爆破處理采空區(qū)和正常采礦的雙重目的，同時(shí)消除了制約該區(qū)域正常采礦的安全隱患。為今后處理爆破區(qū)域地下不規(guī)則采空區(qū)取得了經(jīng)驗(yàn)。

(2)在裝藥炮孔內(nèi)藥柱下部安放第1發(fā)起爆彈，第2發(fā)起爆彈放置于炮孔藥柱中上部。裝藥炮孔內(nèi)的雙發(fā)起爆體可更充分地引爆炸藥，有效降低了爆破中的啞炮率。

(3)爆破網(wǎng)絡(luò)采用逐孔微差起爆網(wǎng)絡(luò)，將 250 mm孔區(qū)域和 140 mm孔區(qū)域連接在同一網(wǎng)絡(luò)中起爆，合理的起爆順序?qū)Ρ瀑|(zhì)量起到了良好的效果。

(4)在今后的生產(chǎn)作業(yè)中，為了保證礦山采礦的安全生產(chǎn)，在采礦作業(yè)的同時(shí)，要對(duì)采區(qū)內(nèi)存在地下采空區(qū)的區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的探測(cè)和處理。

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