露天礦山隱伏盲空區(qū)精確探測(cè)及爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)*

王 虎，張海清，劉勇鋒，史先鋒，魏 杰

(1.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012； 2.燕山大學(xué)，河北 秦皇島 066004； 3.河北大學(xué)，河北 保定 071002)

0 引言

露天金屬礦山較為傳統(tǒng)的采礦工藝為自上而下逐階段緩幫開采，隨著采場(chǎng)開采范圍的拓展與延深，臺(tái)階下方的隱伏空區(qū)給礦山正常采礦作業(yè)帶來很大威脅。由坍塌引起的地下盲空區(qū)，比采空區(qū)更具有隱伏性，不僅嚴(yán)重威脅地表作業(yè)人員和礦山大型工作設(shè)備的安全，同時(shí)也對(duì)礦山的爆破作業(yè)造成了嚴(yán)重的安全隱患。

盲空區(qū)具有一定的隱伏特征，要準(zhǔn)確探測(cè)其位置和空間形態(tài)難度很大。隨著測(cè)量技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展，高精密的探測(cè)設(shè)備逐漸發(fā)揮更積極的作用，使得對(duì)采空區(qū)的處理更為精確。對(duì)于位置已知且可以進(jìn)入的采空區(qū)，最簡(jiǎn)單的辦法是進(jìn)行地面和井下測(cè)繪。如果人員無法直接接觸，可以采用采空區(qū)三維激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行精確測(cè)量，探測(cè)人員無須進(jìn)入空區(qū)[1-3];對(duì)于位置未知的盲空區(qū)，需要前期通過淺層地震法、電阻率法、電磁波法、重力法等[4-6]物探的方式初步對(duì)盲空區(qū)的位置進(jìn)行預(yù)估和圈定。對(duì)于保障礦山安全生產(chǎn)而言，探測(cè)清楚空區(qū)只是一個(gè)基本的前提條件，后期的空區(qū)控制和治理才是目的，也相對(duì)困難[7]。常用的空區(qū)處理方法有封閉、崩落、加固和充填4類，其中封閉和加固并不能完全消除空區(qū)，充填處理則存在工程量大、工藝流程復(fù)雜、充填成本高、開采效率低等問題[8-9];崩落法能夠徹底消除空區(qū)，處理效率較高[10-11]。

本文以白馬鐵礦1號(hào)溜井盲空區(qū)為研究對(duì)象，首先通過鉆探圈定空區(qū)范圍，然后采用三維激光掃描實(shí)現(xiàn)空區(qū)精確探測(cè)，構(gòu)建空區(qū)三維模型，最后基于空區(qū)現(xiàn)狀形態(tài)及潛在危害，進(jìn)行爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)，徹底消除空區(qū)隱患。通過一個(gè)典型礦山的空區(qū)探測(cè)及爆破處理應(yīng)用實(shí)例，為其他礦山同類空區(qū)處理提供參考。

1 礦山問題概況

白馬鐵礦是位于四川省攀枝花市境內(nèi)的特大型露天鐵礦，自北向南由夏家坪、及及坪、田家村、青杠坪、馬檳榔5個(gè)礦段組成。由于礦區(qū)地形切割強(qiáng)烈，礦山采用山坡露天開采方式，采礦工藝為自上而下逐階段開采的傳統(tǒng)緩幫開采工藝。

礦區(qū)總體地勢(shì)北高南低，西高東低，標(biāo)高1 500.000～2 500.000 m，地形坡度27°～43°，多為30°～35°。南邊鹽水河處最低，標(biāo)高為1 410.000 m，最高處位于及及坪北端，標(biāo)高達(dá)2 500.000 m。本文研究對(duì)象位于及及坪采場(chǎng)，該采場(chǎng)為長(zhǎng)條形，一般分層水平走向長(zhǎng)約2 000 m，寬300～500 m，采場(chǎng)采剝工作線為斜交礦體走向布置，由南向北推進(jìn)。在淺部風(fēng)化帶內(nèi)，最終邊坡角為39°，階段高度15 m，階段坡面角為45°，安全平臺(tái)寬度7 m；在硬巖中最終邊坡角為47°，階段高度15 m，2個(gè)階段并段，最終階段坡面角為65°。設(shè)14 m寬的清掃平臺(tái)，露天采場(chǎng)最小底寬30 m。最小工作平臺(tái)寬度一般為40 m，開段溝寬度為30 m。

白馬鐵礦1號(hào)溜井早期受礦石沖刷影響，溜井出現(xiàn)多處片垮，加之受不良地質(zhì)構(gòu)造的影響，造成溜井多個(gè)位置發(fā)生塌方，加速了溜井的破壞，最終溜井廢棄，溜井內(nèi)部呈現(xiàn)出多段塌方、多段空腔等復(fù)雜特征。限于礦山本身探測(cè)技術(shù)限制，溜井廢棄后，其內(nèi)部破壞情況并沒有詳細(xì)清晰的資料，礦山生產(chǎn)每降低1個(gè)階段，礦山只能依靠打鉆探明該階段溜井周圍情況。

隨著露天采場(chǎng)降高擴(kuò)幫，正在開采的1 990～1 975臺(tái)階受廢棄1號(hào)溜井影響嚴(yán)重，同時(shí)溜井盲空區(qū)隱患嚴(yán)重威脅到了臺(tái)階上部作業(yè)人員和設(shè)備的安全，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境Fig.1 Site environment

為了消除1號(hào)溜井盲空區(qū)的隱患，礦山進(jìn)行了鉆孔探測(cè)。空區(qū)位于及及坪北采場(chǎng)1 990水平北部，為1號(hào)溜井區(qū)域附近，下方有1 974施工平巷，平巷底板標(biāo)高為1 969.835～1 971.640 m。鉆孔作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)異常情況，表現(xiàn)為浮渣過厚、穿鑿困難以及穿過硬巖(塊)后鉆桿快速下墜等穿透空區(qū)現(xiàn)象，據(jù)鉆機(jī)司機(jī)描述，異常孔共有9個(gè)(見圖2)，打穿位置在距孔口以下8～17 m距離不等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)孔，異?？卓咨钭顪\為2 m(實(shí)際孔深18 m，在2 m位置堵塞)，最深為24.3 m，詳見表1。

圖2 鉆孔布置及空區(qū)水平范圍推測(cè)Fig.2 Borehole arrangement and speculation on horizontal scope of goaf

從表1給出的鉆孔探測(cè)結(jié)果可知空區(qū)現(xiàn)狀的大致情況，各鉆孔處空區(qū)高度從5～12 m不等，差異較大，且由于露天開采金屬礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜性及鉆孔分布的空間離散性，對(duì)于鉆孔間的空區(qū)實(shí)際形態(tài)不明確。此外，根據(jù)鉆孔探測(cè)結(jié)果只能大致推測(cè)空區(qū)的分布范圍，無法獲得精確的空間邊界。總之，1號(hào)溜井尚存在未探測(cè)到的盲空區(qū)，依舊對(duì)露天采礦后續(xù)爆破和開采作業(yè)構(gòu)成較大的安全威脅。

表1 鉆孔探測(cè)結(jié)果Table 1 Borehole detection results

本文針對(duì)1 990～1 975臺(tái)階1號(hào)溜井盲空區(qū)，通過歷史資料分析、鉆探和內(nèi)部三維激光掃描手段進(jìn)行多層次、多手段的空區(qū)綜合探測(cè)分析，即通過歷史資料鎖定溜井位置及可能發(fā)生內(nèi)部塌方的范圍，利用工程鉆探核實(shí)空區(qū)具體位置和基本情況，最后利用三維掃描設(shè)備準(zhǔn)確探明空區(qū)空間形態(tài)特征參數(shù)。多方法結(jié)合，可以對(duì)1 990～1 975臺(tái)階1號(hào)溜井盲空區(qū)進(jìn)行較系統(tǒng)和全面的分析，為后續(xù)崩落爆破處理奠定基礎(chǔ)，從而達(dá)到排除隱患、保障安全開采的目的。

2 采空區(qū)精確探測(cè)

金屬礦隱伏空區(qū)探測(cè)方法的選擇本身是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，不僅與待測(cè)空區(qū)的形成方式、形成特點(diǎn)、周圍巖層介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與采空區(qū)上方的地形地貌、地下水、礦物元素含量與組成、巖層內(nèi)節(jié)理裂隙分布及其發(fā)育程度、空區(qū)幾何空間位置、埋藏深度等因素相關(guān)。本研究區(qū)內(nèi)的1號(hào)溜井盲空區(qū)，宏觀位置相對(duì)清晰，因此采用鉆探與激光探測(cè)2種方法進(jìn)行分布探測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)鉆孔布置如圖1所示，鉆探能夠在進(jìn)行空區(qū)初探的同時(shí)，為后續(xù)激光探測(cè)提供探測(cè)環(huán)境。本文僅研究激光精確探測(cè)結(jié)果。

2.1 三維激光探測(cè)方法

激光探測(cè)是基于激光測(cè)距技術(shù)的一種探測(cè)方法。激光測(cè)距，即利用光在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間換算出距離。在三維激光掃描儀內(nèi)，有一個(gè)激光脈沖發(fā)射體，2個(gè)反光鏡快速而有序地旋轉(zhuǎn)，將發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃過被測(cè)區(qū)域。通過測(cè)量每個(gè)激光脈沖從發(fā)出到被測(cè)物體表面再返回儀器所經(jīng)過的時(shí)間來計(jì)算距離S，同時(shí)編碼器測(cè)量每個(gè)脈沖的角度(橫向掃描角度α和縱向掃描角度ω)，如圖3所示，可以得到被測(cè)物體的三維真實(shí)坐標(biāo)，見式(1)。

圖3 三維激光探測(cè)技術(shù)原理Fig.3 Principle of 3D laser detection technology

(1)

鉆孔地下空間和采空區(qū)三維激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置如圖4所示，通過預(yù)先鉆出的鉆孔，將激光探頭插入到采空區(qū)內(nèi)部，進(jìn)行水平或垂直掃描[1](見圖5)，從而快速、安全地勘查地下空區(qū)的內(nèi)部情況。

圖4 鉆孔三維激光掃描系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置Fig.4 Site arrangement of borehole 3D laser scanning system

圖5 三維激光掃描方式Fig.5 Modes of 3D laser scanning

2.2 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)方案設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的基本情況，結(jié)合預(yù)估的塌方區(qū)域空間位置，制定掃描方案。為保證現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備處于相對(duì)安全的探測(cè)環(huán)境，掃描探頭通過1 990 m臺(tái)階處的鉆孔放入塌方區(qū)內(nèi)，其他輔助設(shè)備安裝在附近。

探測(cè)工作過程中，由于受到鐵礦磁場(chǎng)影響，設(shè)備自帶的數(shù)字指南針無法使用，無法直接確定隱伏盲空區(qū)的方向和傾角，在這種情況下，應(yīng)該輸入已知的探桿方位角。本次測(cè)量時(shí)，利用多個(gè)定向桿及多鉆孔的方位進(jìn)行方向控制。定向桿為二維活動(dòng)的機(jī)構(gòu)，將激光探桿連接第1根定向桿，多節(jié)定向桿依次首尾連接垂直放入鉆孔中，定向桿能夠保持下放過程中探桿激光器方向不變，在地表將方向定好，則放入鉆孔中后探桿激光器方向仍保持該方向。方位確定的基本原則如圖6所示，處于“停駐”位置的激光器與孔內(nèi)延伸管銷沿同一軸對(duì)齊，它們都與儀器的指南針基準(zhǔn)線呈90°角。如果指南針原始讀數(shù)為0°，則處于“停駐”位置的激光將指向90°。

圖6 方位確定原則Fig.6 Principle of orientation determination

本待測(cè)空區(qū)形狀較為復(fù)雜，為避免出現(xiàn)掃描視覺盲區(qū)，選定J1，H1和E1(參見圖2)3個(gè)鉆孔下放探頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，下放位置的空間水平坐標(biāo)分別為(510 333.08,2 998 656.67)，(510 324.45,2 998 664.355)和(510 332.60,2 998 662.94)，在設(shè)備到達(dá)空區(qū)后進(jìn)行掃描，并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密測(cè)量，最后進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合。

2.3 空區(qū)數(shù)據(jù)處理

分別從3個(gè)鉆孔下放探頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用水平掃描方式(如圖5所示)，掃描步長(zhǎng)增量為1°，共采集到2 659 000個(gè)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行拼合后，形成1個(gè)點(diǎn)云包裹的空腔結(jié)構(gòu)，在空間坐標(biāo)內(nèi)進(jìn)行三維可視化展示，如圖7所示。圖7所示方位，x軸為激光停駐方向，y軸為磁北極方向，z軸為高程方向。

圖7 空區(qū)點(diǎn)云數(shù)據(jù)三維可視化展示Fig.7 3D visualization presentation of goaf point cloud data

由于測(cè)量系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需對(duì)其進(jìn)行處理方可對(duì)空區(qū)空間形態(tài)進(jìn)一步分析。數(shù)據(jù)處理的主要工作：首先對(duì)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，刪除干擾數(shù)據(jù)，然后補(bǔ)充細(xì)節(jié)不夠和系統(tǒng)無法采集到的盲區(qū)數(shù)據(jù)，最后利用建模軟件，逆向構(gòu)建塌方空區(qū)三維模型。

空區(qū)最終模型如圖8所示，進(jìn)一步獲得的空區(qū)幾何信息見表2，空區(qū)沿x軸長(zhǎng)度25.4 m，沿y軸長(zhǎng)度32.2 m，沿z軸長(zhǎng)度24.3 m?？諈^(qū)頂部最高點(diǎn)距地表僅有8 m，空腔面積為1 710 m2，體積為2 011 m3。通過三維激光掃描可以獲得空區(qū)表面的精確三維信息，相比之下，常規(guī)鉆探僅在豎直方向上探測(cè)結(jié)果較穩(wěn)定，在水平方向上則無法直接測(cè)量，根據(jù)有限鉆孔點(diǎn)位推測(cè)的空區(qū)水平分布范圍及空間幾何形態(tài)與實(shí)際情況往往存在較大誤差。

圖8 空區(qū)三維模型Fig.8 3D model of goaf

表2 三維掃描探測(cè)結(jié)果Table 2 3D scanning detection results

2.4 激光數(shù)據(jù)與鉆探數(shù)據(jù)對(duì)比

在激光精確測(cè)量之前，先進(jìn)行了鉆孔粗探，2種探測(cè)結(jié)果顯示：2種方法所測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。鉆探時(shí)，遇到局部巖體破碎陷落，導(dǎo)致快速掉鉆，因此鉆探方法對(duì)此點(diǎn)頂板估計(jì)不準(zhǔn)確，此外，利用導(dǎo)線測(cè)量的底板高度同樣準(zhǔn)確性較差。激光測(cè)量精度更好，達(dá)到毫米級(jí)，而鉆探的測(cè)量精度只能達(dá)到米級(jí)，導(dǎo)線測(cè)量易受底板碎石形狀影響?？傮w而言，激光測(cè)量方法更為準(zhǔn)確，探測(cè)結(jié)果是空區(qū)形態(tài)的真實(shí)表現(xiàn)，而僅靠鉆探經(jīng)常出現(xiàn)漏探的情況，且根據(jù)有限鉆孔點(diǎn)位推測(cè)的空區(qū)水平分布范圍往往與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)。

3 溜井盲空區(qū)形成分析

本研究區(qū)內(nèi)的1號(hào)溜井盲空區(qū)，不同于一般金屬礦山地下采空區(qū)。常規(guī)的金屬礦山采空區(qū)主要是由于正常開采作業(yè)或掠奪式開采的民采而形成，而本溜井盲空區(qū)是由于地下溜井和地質(zhì)異常體共同影響形成，在時(shí)空上呈現(xiàn)如下危害特征：

1)盲空區(qū)在廢棄溜井附近，生產(chǎn)臺(tái)階之下，沒有相關(guān)可參考資料，比常規(guī)采空區(qū)隱伏性更強(qiáng)。

2)原生盲空區(qū)不斷演化，隨時(shí)間推移會(huì)向上發(fā)展，形成次生空區(qū)。原生空區(qū)與次生空區(qū)構(gòu)成新的采空區(qū)，其邊界異常復(fù)雜，是時(shí)間的函數(shù)。

3)盲空區(qū)距現(xiàn)階段地表很近，埋藏非常淺，極易受爆破、工程機(jī)械荷載等因素影響，對(duì)地表人員和設(shè)備危害極大。

主溜井是礦山生產(chǎn)的咽喉工程，結(jié)合1號(hào)溜井周圍的井巷工程分布情況以及該區(qū)域地質(zhì)條件特征和實(shí)測(cè)的空區(qū)形態(tài)數(shù)據(jù)，將盲空區(qū)形成分為4個(gè)階段：

第1階段：溜井井壁局部沖刷破壞。

溜井破壞都是從上開始逐漸發(fā)展形成的，溜井服役初期，由于礦石溜放過程對(duì)溜井井壁產(chǎn)生不同程度的沖刷，沖刷作用使得溜井井壁發(fā)生不同程度的偏幫、塌落，尤其在圍巖破碎、巖石整體性差的階段，溜井破壞更為嚴(yán)重。

第2階段：溜井快速大范圍破壞。

受溜井附近區(qū)域巖層的地質(zhì)構(gòu)造、節(jié)理裂隙、動(dòng)力擾動(dòng)和附近巷道等綜合影響，在某一時(shí)段，溜井內(nèi)部側(cè)壁發(fā)生大體積的塌方，溜井附近主要空區(qū)形成。

第3階段：溜井井筒大粒徑塊石堵塞。

由于溜放礦石粒徑很難控制在規(guī)范要求之內(nèi)，溜井內(nèi)部存在很多大粒徑的礦石，加之溜井存在多段塌方，塌落下來的不規(guī)則大塊巖體，在溜井內(nèi)部相互擠壓，堵塞溜井。據(jù)礦方資料顯示，歷史上，該溜井確實(shí)發(fā)生多次堵塞。后期溜井廢棄后，溜井內(nèi)部未完全放出的礦石和局部塌方的巨石，共同作用，在溜井內(nèi)部形成多處堵塞段。

第4階段：盲空區(qū)頂板二次冒落。

隨著礦山開采的深入，采場(chǎng)臺(tái)階逐漸降低，降低到1 990 m附近后，對(duì)該區(qū)域的擾動(dòng)和影響更為明顯，加之該區(qū)域存在軟弱結(jié)構(gòu)面，在綜合擾動(dòng)影響下，盲空區(qū)內(nèi)部發(fā)生二次冒落。

溜井垮塌本身是一個(gè)很復(fù)雜的問題，是多種因素共同作用的結(jié)果。經(jīng)綜合分析，該盲空區(qū)最初由溜井引起，盲空區(qū)邊緣和原1號(hào)溜井聯(lián)通，空區(qū)并非一次坍塌成型，而是隨著時(shí)間和外界條件的變化逐漸發(fā)展，最終形成了目前的特殊空間形態(tài)。

4 溜井盲空區(qū)爆破優(yōu)化

為了消除盲空區(qū)給安全生產(chǎn)帶來的隱患，選用爆破方式對(duì)空區(qū)進(jìn)行處理[12]。根據(jù)盲空區(qū)的賦存狀態(tài)(走向、傾向、體積大小、形狀和范圍)，對(duì)1 990 m臺(tái)階1號(hào)溜井空區(qū)域采用優(yōu)化的分區(qū)爆破方案。

爆破區(qū)域包含空區(qū)及其周邊一定區(qū)域，為混合穿鑿爆區(qū)，基本為清渣狀態(tài)，爆破體為輝綠巖脈和品級(jí)Fe3，F(xiàn)e4的礦巖體。根據(jù)裝藥結(jié)構(gòu)，整個(gè)爆區(qū)優(yōu)化為A，B，C，D共4個(gè)區(qū)域，其中空區(qū)范圍內(nèi)分為A，B，C區(qū)，空區(qū)范圍以外為D區(qū)(見圖9)。圖9中爆區(qū)范圍內(nèi)分布的小圓圈表示炮孔位置，A區(qū)孔口與空區(qū)頂板距離≤17.5 m，B區(qū)孔口與空區(qū)頂板距離17.5～20 m，C區(qū)孔口與空區(qū)頂板距離>20 m。

圖9 爆區(qū)與空區(qū)相對(duì)位置關(guān)系平面示意Fig.9 Plane schematic diagram of relative position between blasting zone and goaf

裝藥結(jié)構(gòu)按A，B，C，D共4個(gè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，其中A區(qū)為重點(diǎn)區(qū)域，炮孔已穿透空區(qū)，每個(gè)炮孔均單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖10所示。A區(qū)炮孔因穿透空區(qū)，炮孔可裝藥長(zhǎng)度僅余3.5～10 m不等，原設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)過大，為保證爆破效果，徹底崩落空區(qū)頂板，消除后續(xù)鏟裝設(shè)備空區(qū)作業(yè)隱患，對(duì)A區(qū)炮孔進(jìn)行間隔加密優(yōu)化。為防止炮孔底部漏藥與空區(qū)泄能，對(duì)A區(qū)采用底部間隔裝藥結(jié)構(gòu)，即底部采用BJQ氣體間隔器與巖渣為充填物，上部填塞長(zhǎng)度略大于下部填塞長(zhǎng)度，以助于空區(qū)頂板塌落，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得填塞高度為3.2～4.8 m。A區(qū)總面積約225 m2，總爆破體積約2 921.81 m3(扣除分層計(jì)算空區(qū)體積678.19 m3后)，設(shè)計(jì)總藥量1 960 kg，炸藥單耗0.67 kg/m3。

圖10 A區(qū)炮孔與空區(qū)位置關(guān)系Fig.10 Position relationship between blasting holes and goaf in area A

B區(qū)炮孔雖未穿透空區(qū)，但孔底距離空區(qū)頂板小于設(shè)計(jì)填塞厚度3.5 m，為防止底部空區(qū)泄能，先回填巖渣1.5 m(即保證炮孔深度16 m)后再裝藥，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。B區(qū)總面積約50 m2，總爆破體積約800 m3，設(shè)計(jì)總藥量536 kg，炸藥單耗0.67 kg/m3。

C區(qū)炮孔雖處于空區(qū)的正上方，但與空區(qū)頂板距離較遠(yuǎn)，視為正常炮孔與D區(qū)合并設(shè)計(jì)，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。C區(qū)總面積約400 m2，總爆破體積約6 400 m3，設(shè)計(jì)總藥量4 473.5 kg，炸藥單耗0.70 kg/m3。

D區(qū)炮孔為正常炮孔，位于空區(qū)范圍以外，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。D區(qū)總爆破體積約31 878 m3，設(shè)計(jì)總藥量22 242 kg，炸藥單耗0.70 kg/m3。

最終的爆區(qū)炮孔布置與1號(hào)溜井垮塌區(qū)域的空間相對(duì)位置關(guān)系如圖11所示，空區(qū)總體積約2 200 m3，本次爆破區(qū)內(nèi)的空區(qū)體積約678.19 m3，預(yù)計(jì)爆破后A，B區(qū)覆蓋范圍內(nèi)空區(qū)應(yīng)整體塌落，空區(qū)體積約1 300 m3，A，B區(qū)面積275 m2，爆后爆區(qū)松散系數(shù)按1.2計(jì)，預(yù)測(cè)爆后爆堆A，B區(qū)將形成1個(gè)深約1.5～2.7 m的凹陷區(qū)。

圖11 爆區(qū)布置與1號(hào)溜井垮塌區(qū)域三維示意Fig.11 3D schematic diagram of blasting zone layout and collapse area in 1# chute

5 結(jié)論

1)露天開采礦山因地下坍塌形成的盲空區(qū)，是影響礦山安全生產(chǎn)非常隱蔽的危險(xiǎn)源。對(duì)于盲空區(qū)必須進(jìn)行及時(shí)探查和處理。建立快速、精確的探測(cè)方法，確定合理、經(jīng)濟(jì)的處置方法，對(duì)于礦山消除空區(qū)隱患，保證礦山安全生產(chǎn)至關(guān)重要。

2)對(duì)于已知基本影響區(qū)域的盲空區(qū)，可以選用鉆探和三維激光掃描相結(jié)合的方式進(jìn)行綜合探測(cè)。鉆探不僅可以對(duì)歷史資料進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)還可以給激光精確測(cè)量提供必要的探測(cè)環(huán)境。三維激光掃描是一種適用性很強(qiáng)的非接觸空區(qū)探測(cè)方法，最終可測(cè)得空區(qū)的真實(shí)三維形態(tài)和賦存條件。

3)空區(qū)處置最常用的處理方式是充填和崩落。對(duì)于露天開采礦山而言，消除空區(qū)的最佳選擇是爆破崩落，可以徹底消除盲空區(qū)，保證后續(xù)順利生產(chǎn)，因此空區(qū)影響下的爆破優(yōu)化設(shè)計(jì)也非常重要，值得引起重視。

4)在獲得盲空區(qū)詳細(xì)空間信息的條件下，進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，根據(jù)空區(qū)頂板條件和開采情況，分區(qū)制定爆破方案，優(yōu)化爆區(qū)布置和裝藥方式，從而在保證安全和經(jīng)濟(jì)的前提下，最大程度消除盲空區(qū)隱患，對(duì)保障礦山安全生產(chǎn)具有積極的現(xiàn)實(shí)作用，同時(shí)對(duì)類似空區(qū)的探測(cè)及處置方案選擇具有較好的借鑒意義。