關(guān)于露天礦采空區(qū)處理方案及其安全措施探討

曾慶偉

（甕福集團(tuán)甕福磷礦穿巖洞礦，貴州 福泉 550500）

國內(nèi)許多露天礦山，由于民采及歷史原因，礦區(qū)內(nèi)存在大量采空區(qū)，且所有采空區(qū)未進(jìn)行及時(shí)處理。由于眾多采空區(qū)的存在，受地壓、巖石風(fēng)化及爆破震動(dòng)的影響，一些原來地下開采預(yù)留的礦柱發(fā)生了破壞，采空區(qū)體積與高度均發(fā)生了改變。此外，多年來的民采、殘留采空區(qū)地形愈發(fā)復(fù)雜難辨；隨著露天礦坑底日益接近于這些形態(tài)復(fù)雜、高低不同的采空區(qū)，對露天開采人員及設(shè)備帶來極大的安全隱患，礦山企業(yè)迫切需要探明露天坑底采空區(qū)，對露天開采中存在的危險(xiǎn)提出警戒和預(yù)報(bào)，而后采取必要的措施，確保人員及設(shè)備的安全。

1 露天礦采空區(qū)的分類

根據(jù)探測的采空區(qū)賦存情況與空間形態(tài)，對采空區(qū)加以分類，通過分類處理加強(qiáng)科學(xué)化管理，推動(dòng)空區(qū)治理規(guī)范化。

1.1 單層采空區(qū)域

露天礦采空區(qū)的上下部均沒有其他空區(qū)，上層空區(qū)底板與下層空區(qū)頂板間的原巖厚度大于最小安全厚度。

1.2 多層采空區(qū)

不同層次上的空區(qū)之間互相重疊復(fù)合，上下層之間的空區(qū)頂板、底板之間原巖厚度低于安全厚度的最低要求。

1.3 未知類型空區(qū)

這類空區(qū)由于資料缺失出現(xiàn)了井下的坍塌或者井下位移，這也就導(dǎo)致了只知道采空區(qū)范圍，但是并沒有具體實(shí)際測試資料。由于部分民采或者盜采活動(dòng)所造成的空區(qū)，并沒有相應(yīng)的資料記載，也無法找到開采的范圍。

2 不同露天礦采空區(qū)的處理方法

2.1 單層空區(qū)處理方法

確定能夠滿足最小巖層安全厚度后，在地表截面利用潛孔鉆機(jī)將炮孔布置在空區(qū)頂板上方，根據(jù)頂板巖層的安全厚度，設(shè)置空區(qū)處理區(qū)域。臺階面應(yīng)當(dāng)距離空區(qū)的頂板在10m到20m之間，將爆破的孔洞設(shè)置在10m到20m之間?？拙W(wǎng)參數(shù)設(shè)置為6.0m×4.0m或5.5m×4.5m，借助臺階剖面與下部的空區(qū)作為崩落區(qū)，利用礦柱與空區(qū)頂板，崩落的巖石填充空區(qū)，消除其中的隱患。針對不同的礦體傾角，可利用不同的炮孔布置方法與起爆順序，降低露天礦采空區(qū)的損失。

圖1 單層空區(qū)處理方法示意圖

圖2 單層空區(qū)處理方法示意圖

2.2 多層重疊空區(qū)處理方法

根據(jù)采空區(qū)空間形態(tài)與空區(qū)之間的關(guān)聯(lián)性設(shè)置為多次處理。處理方法主要有側(cè)翼斜孔推進(jìn)法、深孔切割崩落法、并段深孔崩落法以及最終邊坡內(nèi)空區(qū)處理方法[1]。

側(cè)翼斜孔推進(jìn)法。這種處理手法適用于多層重疊的空區(qū)，不同空區(qū)之間的安全間隔厚度較小，并且無法進(jìn)行統(tǒng)一的一次性處理。側(cè)翼斜孔推進(jìn)法可以在滿足頂板安全要求的前提下，設(shè)置崩落區(qū)域，并且將臺階推至空區(qū)的側(cè)翼，利用斜孔崩落的頂板不斷充填空區(qū)，直至將空區(qū)處理結(jié)束。

圖3 側(cè)翼斜孔推進(jìn)法示意圖

深孔切割處理方法。多層空區(qū)之間互相重疊，且空區(qū)之間的間隔厚度低于安全厚度，上下部空區(qū)的面積有一定差別，上部區(qū)域小于下部區(qū)域。在地表與臺階上設(shè)上層空區(qū)，在上層空區(qū)的邊緣布置一些可以達(dá)到下層頂板的深孔，利用崩落的巖體將下層空區(qū)的基腳與頂板切割，并且在上下空區(qū)之間構(gòu)建切割帶，確保上下部空區(qū)的頂板與底板能夠同步失去支撐，一次性的解決和處理空區(qū)。

圖4 深孔切割處理方法示意圖

并段深孔崩落式。這種方法適用于無法采用深孔切割法與側(cè)翼斜孔崩落法處理的空區(qū)。在上下臺階之間布置中深孔，在頂板之上兩臺階同時(shí)起爆，并將碎石落入到下部空區(qū)。

圖5 并段深孔崩落式示意圖

最終邊坡內(nèi)空區(qū)處理方法?？諈^(qū)的規(guī)模較小，且?guī)r層的穩(wěn)定性較為理想，與邊坡臺階面巖層厚度之間產(chǎn)生較強(qiáng)的支撐力，這種邊坡空區(qū)對于穩(wěn)定性的影響性較小，可不用處理。

圖6 最終邊坡內(nèi)空區(qū)處理方法示意圖

此外空區(qū)距離邊坡的距離近，對于邊坡是否穩(wěn)定具有直接影響，可利用崩落臺階或者填充混凝土的方法。距離邊坡的臺階面距離過近，且厚度低于7M的下空區(qū)，可以利用中深孔崩落的方法對空區(qū)加以處理，在邊坡最終穩(wěn)定以后，對崩落的邊坡加以處理，確定對邊坡的穩(wěn)定性沒有影響時(shí)，將崩落后的巖石渣放置在臺階上。如果對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響時(shí)，可以將礦石清理和產(chǎn)出，對崩落的臺階與邊坡利用混凝土進(jìn)行加固和，并且做好清理工作，最終形成鋼筋混凝土臺階與邊坡，從而形成穩(wěn)定的空區(qū)，達(dá)到維護(hù)空區(qū)邊坡的效果[2]。

2.3 不明空區(qū)的處理方法

針對一些不明確的空區(qū)，利用超前鉆孔的方式進(jìn)行探測，并利用三維激光的方法對其掃描，根據(jù)臺階的現(xiàn)狀與空區(qū)情況，臺階現(xiàn)狀以及礦巖穩(wěn)固性情況確定其處理方法。

3 露天礦采空區(qū)安全處理措施

3.1 天礦采空區(qū)處理應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行探測，然后再處理空區(qū)

在露天礦采空區(qū)的臺階推進(jìn)中，應(yīng)當(dāng)充分掌握臺階下部采空區(qū)的大小、位置等情況，從而明確空區(qū)頂板的巖層隔離厚度；對一些可能會(huì)在露天開采時(shí)造成的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，為露天礦采空區(qū)的治理提供精確數(shù)據(jù)，降低工程設(shè)備與人員跌落進(jìn)采空區(qū)的潛在危險(xiǎn)。對于可能存在安全區(qū)范圍的運(yùn)輸?shù)缆?、臺階面等應(yīng)布置相應(yīng)的探測孔，探明空區(qū)賦存情況，確保設(shè)備、人員的安全性。

3.2 臺階上的生產(chǎn)應(yīng)當(dāng)滿足對于頂板的安全厚度要求

為確?？諈^(qū)治理與臺階生產(chǎn)安全，應(yīng)探測空區(qū)與地表之間的巖層厚度，確?？諈^(qū)治理在頂板安全厚度條件下進(jìn)行，采空區(qū)臺階與頂板之間的厚度應(yīng)當(dāng)滿足穿孔作業(yè)對于巖層的要求[3]。采空區(qū)臺階面的厚度與頂板之間距離小于最小厚度，臺階上應(yīng)當(dāng)防止出現(xiàn)大規(guī)模式施工作業(yè)，人員與設(shè)備應(yīng)當(dāng)避開空區(qū)的上方，鏟裝利用邊鏟邊探的形式推進(jìn)，確保最終能夠完成探測要求與施工作業(yè)的安全性。在處理采空區(qū)時(shí)，可以利用邊采邊探的技術(shù)揭露空區(qū)側(cè)翼，并且在空區(qū)的邊緣部位布置斜孔，對崩落區(qū)域進(jìn)行合理的控制。

3.3 檢查空區(qū)崩落的情況

處理采空區(qū)的過程中，必然要進(jìn)行爆破作業(yè)，爆破作業(yè)以后的崩落區(qū)檢查也同樣重要。首先是將爆破區(qū)域進(jìn)行封鎖，在確認(rèn)爆破區(qū)域安全且沒有盲炮以后，評估人員需要對塌落區(qū)以及空區(qū)進(jìn)行檢查，評估其安全性。評估爆破區(qū)域的安全性主要分為兩個(gè)步驟：第一步，觀察爆破后的現(xiàn)場情況，由評估人員進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)測量爆堆形態(tài)，根據(jù)測量的爆堆數(shù)據(jù)制作相應(yīng)的剖面圖，對照起爆之前的地形，結(jié)合巖石松散數(shù)分析空區(qū)的密實(shí)度；第二步，進(jìn)入空區(qū)后，應(yīng)當(dāng)先從臺階的側(cè)翼進(jìn)行測量，如果在推進(jìn)測量的過程中出現(xiàn)異常，立刻停止作業(yè)，將人員、設(shè)備等撤至安全區(qū)域，待空區(qū)垮落穩(wěn)定后，人員、設(shè)備才能再次進(jìn)入。按照6.0m×6.0m參數(shù)布置監(jiān)測點(diǎn)，對地層狀況進(jìn)行監(jiān)測；只有確定空區(qū)排除安全隱患以后，才能進(jìn)入到下一步工作流程。

4 總結(jié)

綜上所述，當(dāng)?shù)V場發(fā)現(xiàn)采空區(qū)時(shí)，應(yīng)該制定探測方案，對采空區(qū)進(jìn)行探測，確定出采空區(qū)的類型，然后根據(jù)不同的采空區(qū)類型特征采取相應(yīng)的處理方案，在處理時(shí)還應(yīng)制定相關(guān)的安全處理措施，以保證施工作業(yè)安全。