傾斜厚礦體兩步驟空場回采嗣后崩落空區(qū)處理方案優(yōu)選?

竇志明，盛 佳，李向東，周益龍，張華濤，龔益材

(1.嵩縣金牛有限責任公司, 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心, 湖南長沙 410012)

傾斜厚礦體兩步驟空場回采嗣后崩落空區(qū)處理方案優(yōu)選?

竇志明1，盛 佳2，3，李向東2，3，周益龍2，3，張華濤1，龔益材1

(1.嵩縣金牛有限責任公司, 河南嵩縣 4714351；2.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心, 湖南長沙 410012)

某大型巖金礦山傾斜厚礦體采用兩步驟空場回采嗣后崩落采礦方案，一步驟采場中深孔回采完畢后，針對二步驟采場盤區(qū)分段扇形中深孔側(cè)向崩礦嗣后放頂，提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強制放頂方案，通過對各方案回采工藝優(yōu)缺點及技術(shù)經(jīng)濟合理性比選，確定小井藥室放頂采空區(qū)處理方案最優(yōu)，為同類礦山的采空區(qū)處理提供參考。

傾斜厚礦體；強制放頂；嗣后崩落；小井藥室

0 引 言

采空區(qū)一般是礦床地下開采時采用房柱法、全面法和留礦法等采礦法開采后留下的空間,若不加以處理或處理不當,將產(chǎn)生重大的安全生產(chǎn)隱患。國內(nèi)外空區(qū)處理方法主要分為充填處理空區(qū)、崩落礦巖處理空區(qū)、留永久礦柱支撐空區(qū)、隔離與疏導(dǎo)空區(qū)和聯(lián)合法處理空區(qū)5大類。各類方法均有其特定的適用條件和利弊。采用兩步驟回采的空場采礦法,將礦體劃分為礦房和礦柱,一般先采礦房,后回采礦柱并同時處理采空區(qū)。隨著礦房回采工作的進行,空區(qū)暴露面積越來越大,應(yīng)力集中現(xiàn)象不斷增加,會出現(xiàn)空區(qū)局部冒落、礦柱變形破壞、相鄰作業(yè)區(qū)采場維護困難等地壓現(xiàn)象,有可能發(fā)生大面積突發(fā)性巖體冒落和移動,給生產(chǎn)和安全帶來嚴重后果,須及時回采礦柱并同時處理采空區(qū)。

1 空區(qū)處理方案及成本概算

根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的采空區(qū)處理方法,結(jié)合某大型巖金礦山70號脈的水文地質(zhì)條件、開采現(xiàn)狀及空區(qū)現(xiàn)狀與穩(wěn)定性等實際情況,該礦山1304 m中段以上采用兩步驟空場回采,沿礦體走向每隔100 m劃分為一個盤區(qū),由4個寬10 m的一步驟采場,3個寬20 m的二步驟采場構(gòu)成。一步驟采場中深孔回采完畢后留下10 m寬的采空區(qū),二步驟采場采用分段扇形中深孔側(cè)向崩礦嗣后放頂方案,采場回采的同時強制放頂處理空區(qū),提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種方案。崩落大量的圍巖將采空區(qū)填滿或在采空區(qū)下方形成20 m以上厚度的緩沖層,從而避免或降低空氣沖擊波的危害。

1.1 條狀藥包硐室強制放頂方案

放頂硐室布置兩層,分別為放頂硐室層和條形藥包層。在1334 m水平的頂板巷利用原有的工程布置一層放頂硐室,設(shè)計3個硐室,硐室最大抵抗線為38 m。1337 m水平的條狀放頂硐室是從1334 m中段開鑿下山到1337 m水平,兩條形藥包的長度分別為38 m、40 m。條狀藥包硐室放頂工程設(shè)計剖面見圖1。

圖1 條狀藥包硐室放頂工程設(shè)計剖面

采用條形藥包加強松動爆破計算裝藥量,計算公式見(1),硐室放頂工程量及成本概算見表1和表2。

式中:Q——計算藥量,kg；

e——炸藥換算系數(shù),對2號巖石炸藥取1.0；

K′——松動爆破藥量系數(shù),對平坦地形的松動爆破取值0.44K,對多臨空面或崩塌爆破取值(0.125～0.4)K,此處取值0.4K；

K——標準單耗,kg/m3,正長巖為1.4；

L——條形藥室長度,m；

W——最小抵抗線,m。

經(jīng)計算,硐室最大藥量為: Q條硐＝1×0.4×1.4×282×35＝15360 kg

表1 條狀藥包硐室放頂工程工程量

表2 條狀藥包硐室放頂成本概算

1.2 中深孔強制放頂方案

中深放頂方案是在1344 m中段緩傾采場礦體的頂板上,采用潛孔鉆機打下向孔。對于盤區(qū)試驗采場23N22,21S13,21N2,19S33,19S18,21N2作為礦柱采場,放頂后才回采,中深孔放頂分為北區(qū)、南區(qū),北區(qū)為23N22,21S13兩個采場頂板,南區(qū)為19S33,19S18兩個采場頂板。采用中深孔成井法,形成一個切割井,在切割橫巷打平行下向眼,以切割井為自由面爆破后形成切割立槽,在鑿巖巷中打下向扇形中深孔,以切割立槽為自由面一次性起爆崩落頂板。工程量及成本概算見表3和表4。

放頂中深孔施工采用潛孔鉆機孔徑90 mm,孔底距4～5m,排距3～4m。中深孔放頂工程量大,炸藥消耗量大,成本高。

1.3 小井藥室強制放頂方案

為了減少單段藥量,采用多藥室分段微差爆破強制崩落頂板,在1337 m水平和1344 m水平布置12個小井硐室。每個硐室斷面為1.2 m×1.2 m,為了探明空區(qū)的位置及放頂?shù)暮穸群褪┕ぐ踩?首先在布置藥室的位置開鑿一個3 m×3 m×3 m硐室,在硐室中用地質(zhì)巖芯鉆機向下探測空區(qū)的位置,探測實際頂板的厚度,根據(jù)空區(qū)實際情況決定小井硐室的深度,保證最小抵抗線的距離符合設(shè)計要求,并為施工過程提供安全保障。小井藥室放頂工程設(shè)計剖面見圖2。掘進的廢石碴就近堆放在1344 m水平的巷道里,以保證爆破回填堵塞有材料供應(yīng),減少運輸工程量。爆破堵塞根據(jù)爆破的實際情況,按硐室爆破規(guī)程進行堵塞,小井藥室放頂工程量及成本概算見表5和表6。

表3 中深孔強制放頂工程量

表4 中深孔強制放頂成本概算

圖2 小井藥室強制放頂工程設(shè)計剖面

表5 小井藥室放頂工程量

表6 小井藥室強制放頂概算

2 空區(qū)處理方案優(yōu)選

對強制放頂空區(qū)處理方案的工程量及施工難度、安全性等進行比較。

(1)條狀藥包硐室強制放頂。工程量少,崩落量大,工程施工簡單；但放頂?shù)卣鸩▽Φ乇順?gòu)筑物產(chǎn)生破壞性影響,安全性差。

(2)中深孔強制放頂。安全性好,放頂對東坪村影響小,崩落量大；但放頂成本高,工程量大,施工時間長,需采購設(shè)備。

(3)小井藥室強制放頂。放頂對東坪村影響較小,成本低,安全性一般；但崩落量少,施工難度較大,爆破組織難度大。

通過比較3種強制放頂空區(qū)處理方案的經(jīng)濟成本概算、優(yōu)缺點及安全風險等因素可知,由于采場頂板條狀藥包硐室放頂單段炸藥量大,爆破地點距村莊較近,爆破時會對地表建筑物產(chǎn)生破壞性影響,難以保證地表村莊的安全,此方案不合適。中深孔放頂方案施工中深孔需用潛孔鉆機,施工任務(wù)緊,工程量大,礦山現(xiàn)有鉆孔設(shè)備無法滿足施工要求,且放頂成本最高,該方案也不可取。小井藥室強制放頂方案單段起爆藥量小,能滿足安全施工及生產(chǎn)的需求,施工工期短,且生產(chǎn)成本最低,方案技術(shù)可行經(jīng)濟合理,故推薦選用小井藥室強制放頂作為傾斜厚礦體兩步驟空場回采空區(qū)處理實施方案。

3 結(jié) 論

針對兩步驟空場回采嗣后放頂,提出了中深孔放頂、硐室條狀藥包放頂、小井藥室放頂3種強制放頂方案,通過對各方案回采工藝優(yōu)缺點及技術(shù)經(jīng)濟合理性比選,確定小井藥室放頂采空區(qū)處理方案最優(yōu),為同類礦山的采空區(qū)處理提供參考。

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[2]昝紅建,陳星明,楊再高.硐室和中深孔爆破相結(jié)合的采空區(qū)處理實踐[J],現(xiàn)代礦業(yè),2014,1(1):165-167.

[3]劉 玲.大型復(fù)雜采空區(qū)處理方法的研究和應(yīng)用[J],采礦技術(shù),2008,8(1):75-77.

[4]菅玉榮,劉武團,郭生茂.硐室爆破在空區(qū)處理中的應(yīng)用[J],化工礦物與加工,2004(2):30-32.

2015-05-19)

竇志明(1987-)，男，遼寧遼陽市，工程師，主要從事采礦工藝研究及現(xiàn)場管理工作，Email:shengjia001＠163. com。

“十二五"國家科技支撐計劃項目(2013BAB02B00)；科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項基金項目(2014EG215027)..