大寶山終了邊坡采空區(qū)治理研究

邱振華，林秀云

(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司， 廣東 韶關市 512128)

大寶山礦為多金屬大型露天礦山，年采礦能力為330萬t，主要開采礦石為黃銅礦、磁鐵礦型黃銅礦、輝銅礦、硫鐵礦，副產礦有鉛鋅礦、高硫原礦、低品位褐鐵礦、石料等，經選礦回收銅、硫精礦及伴生金、銀等，尾礦回收鎢資源。礦區(qū)呈南北走向，開采勘探線由南部18線至北部63線，長約為2.5公里，寬約為1公里，臺階高度為12 m，目前開采最高臺階標高為+721 m，最低為+625 m。

由于歷史上地下采礦原因，大寶山露天采場下部遺留了大量民采及公司早期地下開采形成的采空區(qū)，賦存標高為+400 m至+757 m，采空區(qū)分布覆蓋整個露天開采區(qū)域。隨著開采層面的下降，暴露的采空區(qū)越來越多，僅2021年度探明的采空區(qū)就多達56個，掃描采空區(qū)面積達18 946.08 m2。采空區(qū)的存在，一是引起層面塌陷、下沉，二是引起邊坡失穩(wěn)帶來塌方、滑坡等地質災害，給礦山安全開采帶來了嚴重的安全隱患。

1 采空區(qū)治理

采空區(qū)的治理方法主要有：爆破崩落圍巖處理采空區(qū)、用充填料充填采空區(qū)、隔離封閉采空區(qū)等。目前，大寶山礦露天采場對開采作業(yè)層面下方的采空區(qū)的治理方式主要為采用強制爆破崩落頂板處理，即開采層面降至采空區(qū)安全保安層厚度時，通過穿孔爆破頂板處理采空區(qū)。例如在685 m平臺對17-656采空區(qū)進行爆破處理，該空區(qū)面積為1008.04 m2，最大高度為15.4 m，采空區(qū)內設計鉆孔50個，孔徑為155 mm，設計鉆孔布置如圖1所示。

圖1 17-650采空區(qū)崩落炮孔布置

終了邊坡內的采空區(qū)治理方法上可選擇爆破、充填、封閉三種方法單一實施或相結合實施，應根據(jù)具體工程條件制定適宜方案并實施。其在治理技術、施工工藝上要求較高，治理效果要求消除采空區(qū)安全隱患，保證終了邊坡穩(wěn)定。

終了邊坡內采空區(qū)治理關鍵：一是治理方法技術可靠，施工工藝簡單并易于操作；二是采空區(qū)安全隱患要求徹底消除；三是保證終了邊坡按設計施工；四是確保終了邊坡質量及穩(wěn)定；五是確保治理過程中不帶來二次隱患。治理流程如下：

（1）探測采空區(qū)，三維激光掃描獲取真實采空區(qū)資料；

（2）采空區(qū)安全穩(wěn)定性分析；

（3）針對采空區(qū)、現(xiàn)場情況及終了邊坡設計提出治理方案；

（4）治理方案實施與過程監(jiān)督；

（5）治理效果評估。

2 工程實例及分析

2.1 采空區(qū)情況

102線673采空區(qū)位于當前南部邊坡709 m層面下方，該采空區(qū)于2017年7月18日探測發(fā)現(xiàn)并三維激光掃描獲取掃描點云數(shù)據(jù)最低點坐標為685.0 m，根據(jù)采空區(qū)最低點命名原則確定為102線685采空區(qū)，平面位置如圖2紅色線條所示。后于2021年10月28日對該采空區(qū)再次探測三維激光掃描，獲取掃描點云數(shù)據(jù)確定為102線673采空區(qū)，平面位置如圖2青色粗線條所示。綜合兩次掃描點云數(shù)據(jù)分析為同一空區(qū)，命名為102線673采空區(qū)。經查找原井下采礦資料未發(fā)現(xiàn)該采空區(qū)情況，推斷該采空區(qū)系民采盲采空區(qū)，采空區(qū)空間參數(shù)見表1。

表1 采空區(qū)空間參數(shù)

圖2 采空區(qū)探測結果

2.2 采空區(qū)穩(wěn)定性分析

運用迪邁軟件建立采空區(qū)三維實體模型，根據(jù)模型顯示，該采空區(qū)為傾斜產狀，由北往南向下傾斜，傾角為40°。根據(jù)鉆探巖芯顯示采空區(qū)頂板巖性完整，巖石類型為次英安巖，運用保安層厚度公式h=0.71b-1.02計算得h=13.34 m，確定該采空區(qū)在709 m層面處于安全狀態(tài)。

根據(jù)終了邊坡設計，臺階降到697 m標高時，空區(qū)局部頂板將小于保安層厚度，處于危險狀態(tài)。102線673采空區(qū)與設計終了邊坡模型如圖3所示。

圖3 采空區(qū)模型

經分析掃描點云數(shù)據(jù)獲得采空區(qū)至設計697終了平臺最薄頂板厚度為5.95 m。經保安層分析圈定采空區(qū)在697 m平臺危險區(qū)域如圖2所示。

2.3 治理方案及分析

根據(jù)采空區(qū)空間參數(shù)資料及現(xiàn)場實際條件，提出3種治理方案：方案一為在709 m層面爆破崩落頂板處理該空區(qū)；方案二為對709 m層面鉆孔采空區(qū)進行充填；方案三為按終了邊坡設計施工，降到697 m平臺后對頂板較薄區(qū)域爆破充填處理。

2.3.1 方案分析

方案一：在709 m層面爆破崩落頂板處理采空區(qū)。采空區(qū)經爆破頂板處理后內部充滿破碎松渣，安全隱患得以解除，但在下一步終了邊坡施工時存在以下兩種情況：一是按原來終了邊坡設計修筑709～697 m終了邊坡，則處理空區(qū)段終了邊坡為松石，穩(wěn)定性差，存在邊坡滑坡、滾石隱患，需要對終了邊坡進行加固，額外增加工程費用。二是需要更改終了邊坡設計，為避開處理后的空區(qū)破碎層，終了邊坡需要往北移，則增加剝離方量和工程費用，如圖4所示。

方案二：在709層面鉆孔充填該采空區(qū)，如圖5所示。對采空區(qū)進行充填后可確保終了邊坡穩(wěn)定、安全可靠，但是存在以下問題：一是充填鉆孔數(shù)量多、孔徑要求大，充填過程易卡孔；二是充填料塊度要求小，需要用機械破碎增加工程費用；三是充填工期較長，可行性不高。

方案三：按終了邊坡設計施工，降到697 m平臺后對頂板較薄區(qū)域爆破充填處理。其具體方案實施及措施：一為保證空區(qū)上方作業(yè)安全，將空區(qū)上部697 m平臺標高抬高到699 m，增加空區(qū)頂板厚度以增強空區(qū)穩(wěn)定性；二在空區(qū)上方作業(yè)時安排專人做好現(xiàn)場監(jiān)督，測量機臺位置，避免挖機在危險區(qū)域內作業(yè)；三是清理松渣后封閉采空區(qū)危險區(qū)域；四是在697 m平臺避開危險區(qū)域外側開辟一條約5 m的臨時單行道，以便西側709～697 m平臺剝離松渣運輸（見圖2）；五是709～697 m 終了邊坡施工完成后，在697平臺對空區(qū)頂板較薄位置穿孔爆破崩落處理，再對空區(qū)進行充填，如圖6所示。

圖4 采空區(qū)治理方案一

圖5 采空區(qū)治理方案二

圖6 采空區(qū)治理方案三

2.3.2 方案選擇

根據(jù)以上三個方案比較分析，最終選擇方案三比較合適，即：按正常設計施工，降到697 m平臺后對頂板較薄區(qū)域爆破充填處理。這樣即保證了終了邊坡按原有設計施工，又保證了邊坡穩(wěn)定，還保障了施工工期。

2.3.3 治理效果評估

經過治理后，采空區(qū)隱患消除，終了邊坡按原設計施工并達到了技術要求，經過對該區(qū)段邊坡定期監(jiān)測確認較為穩(wěn)定。

3 結語

（1）南部終了邊坡102-673采空區(qū)經過治理后達到了預期效果，即保證原有終了邊坡設計可行，又保證了采空區(qū)隱患消除、終了邊坡穩(wěn)定，為今后終了邊坡采空區(qū)治理奠定了基礎，并提供了技術指導。

（2）終了邊坡下方采空區(qū)的治理方式要根據(jù)采空區(qū)具體空間參數(shù)、形態(tài)、賦存位置及頂板保安厚度等進行研究分析，并通過方案提出及對方案進行可行性、經濟合理性比較分析，方可得出最佳治理方案。

（3）采用爆破崩落頂板處理終了邊坡采空區(qū)，爆破技術要求較高，要做到爆破不影響終了邊坡穩(wěn)定性并保證爆破塊度小且均勻，以確保充填效果。