特大型盲采空區(qū)的探測與治理

邱振華，林秀云

(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司，廣東省 韶關(guān)市 512128)

1 概況

由于1990 年代大量非法民窿進入礦區(qū)盜采地下銅硫、鉛鋅礦等資源，大寶山礦露天采場南部礦區(qū)0～15 勘探線下方賦存大量標高、方位、空間形態(tài)不明的盲采空區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計，非法民采高峰時期民窿多則達上百條，其采礦方法為單一空場法，無序開采、見礦就采，所形成的采空區(qū)面積大小不一。

2020 年大寶山礦在南部礦區(qū)0～13 線650～721 m 層面實施斑巖型銅礦勘探，勘探鉆孔設(shè)計方位120°，設(shè)計傾角62°～67°，設(shè)計孔深600 m。其中有18 個勘探鉆孔探測到民采盲空區(qū)，探及盲空區(qū)最低標高+512 m，最高標高+686 m。探及空區(qū)高度最小為4.2 m，最高為20.27 m。其中13 線ZKB1104 號勘探孔探到一高度為20.27 m 的盲采空區(qū)。該盲采空區(qū)正處于685 m 開采作業(yè)面下方，其高度較高，危險系數(shù)較大，嚴重威脅著上方作業(yè)安全，因此探明該采空區(qū)勢在必行。

2 盲采空區(qū)定位及探孔設(shè)計

（1）鉆孔數(shù)據(jù)庫的建立。利用DIMINE 軟件中“創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫”的功能，導入空區(qū)探孔數(shù)據(jù)信息表，設(shè)置好對應(yīng)關(guān)系，即可對18 個探測到的采空區(qū)快速完成鉆孔數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建。

（2）盲采空區(qū)定位。根據(jù)ZKB1104 鉆孔數(shù)據(jù)，可獲得鉆孔觸及采空區(qū)頂板坐標A（高程642.5 m），和底板坐標B（高程624.1 m）。將A、B坐標與鉆孔開口坐標在CAD 文件中展開并連在一起即可得到ZKB1104 鉆孔平面圖，AB線則為盲采空區(qū)的平面投影最小距離，如圖1 所示。

圖1 ZKB1104 鉆孔平面

（3）探孔設(shè)計。探孔設(shè)計依據(jù)原有井下采空區(qū)資料以及盲采空區(qū)方位。經(jīng)查找原有采空區(qū)資料，該區(qū)域內(nèi)存在原3#井645 中段空區(qū)及巷道，原有空區(qū)面積約324.5 m2，高度為5 m，該空區(qū)不在盲空區(qū)A、B點之間。因此在盲空區(qū)頂板A與底板B之間取中間C點設(shè)計為探孔地表開口點。

3 盲采空區(qū)探測

3.1 初步探測

運用地質(zhì)鉆進行探測，孔徑為90 mm，C點探測鉆孔的地表開口高程為684.3 m。鉆探至29.81 m見高度為4.82 m 采空區(qū)。經(jīng)三維激光掃描，獲得該采空區(qū)面積805.8 m2，最大高度為13.2 m，最高頂板標高659.1 m，最低底板標高645.9 m。該采空區(qū)被命名為112?645 采空區(qū)，平面投影圖如圖2 所示。

圖2 112-645 采空區(qū)掃描結(jié)果

運用迪邁軟件建立112?645 采空區(qū)三維實體模型（見圖3）。經(jīng)比較，112?645 采空區(qū)位于鉆孔ZKB1104 東側(cè)，不是ZKB1104 鉆孔探測的盲采空區(qū)。經(jīng)地質(zhì)資料分析，112?645 采空區(qū)為后期民窿盜采原645 采空區(qū)殘留礦體所形成。

圖3 112-645 采空區(qū)三維實體模型

3.2 二次探測方案的制定及實施

3.2.1 探測方案制定

探測方案制定依據(jù)主要有： ZKB1104 鉆孔數(shù)據(jù)、645 采空區(qū)實體模型及地質(zhì)資料。根據(jù)地質(zhì)資料，645 采空區(qū)北側(cè)及南側(cè)均有含銅品位為0.5%～0.6%磁黃鐵礦銅礦體，礦體范圍如圖4 所示，推測盲空區(qū)范圍在礦體范圍之內(nèi)；設(shè)計探測點要避開112?645 采空區(qū)范圍，因此根據(jù)礦體情況可選擇在112?645 采空區(qū)范圍之外東、西、北3 個方向設(shè)計探孔；依據(jù)ZKB1104 鉆孔方向靠近645 空區(qū)邊緣確定D點作為西側(cè)探測點，東側(cè)的探孔點F則在延長線上，根據(jù)實際地形，制定靠近645 空區(qū)邊緣的E點作為北側(cè)探測點（見圖4）；對3 個設(shè)計探測點分析比較，D點距離探測空區(qū)頂板A點最近，因此選擇D點優(yōu)先探測，若D點未能探測到采空區(qū)，則再對E、F點進行探測。

圖4 112-645 采空區(qū)礦體范圍

3.2.2 探測實施

在探測D點實施鉆探，鉆探進尺至41.56 m 見采空區(qū)，測量得采空區(qū)高度為6.25 m。經(jīng)三維激光掃描獲得采空區(qū)面積為952.8 m2，最大高度為21.2 m，最高頂板標高650.8 m，最低底板標高629.6 m，命名為112?629 采空區(qū)。綜合分析，629 采空區(qū)與645 采空區(qū)為上下層疊，兩空區(qū)的中間隔層最薄處僅有3.2 m，靠南側(cè)相互貫通。

經(jīng)對掃描點云數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)112?629 采空區(qū)西南側(cè)部分頂板點云數(shù)據(jù)缺失，需要進行再補充探測。

3.2.3 補充探測采空區(qū)

針對掃描點云數(shù)據(jù)缺失情況，后續(xù)相應(yīng)補充探測掃描，直至采空區(qū)掃描點云數(shù)據(jù)全面完整。前后一共進行了6 次三維掃描，獲得盲采空區(qū)完整點云數(shù)據(jù)。根據(jù)掃描數(shù)據(jù)獲得采空區(qū)投影面積2956.0 m2，最低點坐標627.2 m，命名為13?627 特大型盲采空區(qū)。

4 采空區(qū)三維實體建模

根據(jù)掃描的點云數(shù)據(jù)，運用迪邁軟件對13-627特大型盲采空區(qū)建立三維實體模型，見圖5。通過以上三維實體模型及地表相應(yīng)位置關(guān)系可得采空區(qū)具體參數(shù)，見表1。

表1 13?627 采空區(qū)參數(shù)

圖5 13-627 特大型盲采空區(qū)三維實體模型

5 安全評估及治理

根據(jù)鉆孔巖芯情況，采空區(qū)頂板主要為矽卡巖和磁黃鐵型銅礦體，銅礦品位為0.2%～0.3%，硫品位為20%。根據(jù)“廣東省大寶山礦業(yè)有限公司地下采空區(qū)穩(wěn)定性分析和露天開采安全技術(shù)研究”給出的采空區(qū)安全頂板厚度。計算公式，可計算出采空區(qū)頂板不同位置的安全頂板厚度，進而圈定不安全區(qū)域（采空區(qū)頂板厚度小于計算安全頂板厚度），如圖6 所示。由圖6 可知，該采空區(qū)局部危險，需要對該采空區(qū)進行治理。

圖6 盲采空區(qū)安全評估結(jié)果

5.1 現(xiàn)場管控

在未處理采空區(qū)之前，需要對采空區(qū)進行安全管控，現(xiàn)場管控措施主要有：

（1）對該采空區(qū)進行警戒，樹立警示牌標識，嚴禁人員、設(shè)備進入采空區(qū)范圍內(nèi)；

（2）加強微震監(jiān)控，實時動態(tài)監(jiān)測該空區(qū)穩(wěn)定狀況；

（3）在該空區(qū)地表范圍邊緣設(shè)置測量監(jiān)控點，定期測量，跟蹤數(shù)據(jù)變化情況。

5.2 治理方案

露天礦作業(yè)下方的采空區(qū)治理需要綜合考慮經(jīng)濟合理、安全可靠、操作可行性等因素，方案比選后，采取強制崩落法處理該采空區(qū)。

根據(jù)露天采場生產(chǎn)計劃安排及現(xiàn)場實際情況，建議673 m 平臺邊坡由東推進到采空區(qū)邊部，如圖6 所示，設(shè)計在685 m 平臺對13?627 特大型采空區(qū)進行爆破崩落處理。

爆破處理方案設(shè)計在685 m 平臺進行垂直穿孔，采用5 m×4.5 m 的孔網(wǎng)參數(shù)。采空區(qū)范圍內(nèi)的鉆孔要求打穿采空區(qū)頂板，共設(shè)計鉆孔126 個。（見圖7）?？讖綖?55 mm，鉆孔總量為4485.5 m，設(shè)計總藥量51 608.0 kg，爆破單耗為0.51 kg/m3。

圖7 炮孔布置

6 結(jié)論

（1）運用迪邁軟件創(chuàng)建鉆孔數(shù)據(jù)庫，能快速準確地獲取采空區(qū)頂板、底板坐標，較運用傳統(tǒng)方位角計算在效率、精度上有明顯提高。

（2）層疊采空區(qū)的探測鉆孔設(shè)計尤為重要，因鉆桿無法穿越高度大于3 m 的空區(qū)，因此要避開空區(qū)范圍，在外側(cè)另外選擇鉆孔位置，在制定探測方案時要充分考慮地質(zhì)情況，分析掃描數(shù)據(jù)，推斷空區(qū)大概范圍，以及結(jié)合施工場地實際條件準確布孔鉆探。

（3）采空區(qū)三維掃描時，由于探頭伸入空區(qū)內(nèi)部，受不規(guī)整的采空區(qū)頂板阻礙，會造成掃描數(shù)據(jù)不完全，因此對數(shù)據(jù)缺失部分需進一步探測掃描，才能全面掌握采空區(qū)完整空間參數(shù)，為采空區(qū)的治理提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（4）利用迪邁軟件建立鉆孔數(shù)據(jù)庫、采空區(qū)實體模型，結(jié)合動態(tài)的月度采場地表模型，對探明的采空區(qū)實行動態(tài)可視化管理，能準確掌握采空區(qū)上方作業(yè)推進情況，為采空區(qū)處理提供最佳時機。

（5）對采空區(qū)進行安全評估，制定現(xiàn)場管控措施，有力保障采空區(qū)上方人員、設(shè)備安全；研究經(jīng)濟合理、科學可行的空區(qū)治理方案，將采空區(qū)安全隱患徹底消除，為礦山安全生產(chǎn)創(chuàng)造條件。