露天開采中深孔爆破與地下采空區處理一體化實踐

賈寶珊

(洛陽欒川鉬業集團股份有限公司)

我國金屬非金屬礦山大多地質條件較復雜，相當一部分露天金屬非金屬礦山存在采空區問題。由于空區分布廣，加之自然條件和生產技術等相關條件的制約，在露天礦山開采中，地下采空區問題已經成為礦山生產的重要安全隱患。以三道莊鉬鎢礦1 330 m臺階正常爆破為研究對象，在不影響爆破生產進度的前提下，在正常臺階爆破的同時對爆破區域內不規則的地下采空區進行處理，對消除礦區內的空區隱患和企業的安全生產具有重要意義。

1 礦區概況

1.1 礦區地質

三道莊鉬鎢礦區位于河南省欒川縣赤土店鄉莊科村三道莊和冷水鎮南泥湖村程家溝。地理坐標為東經 111°29'11″～111°30'26″，北緯 33°54'37″～33°55'45″。東起于赤土店鄉莊科村南莊溝口，西止王家東溝—南泥湖村王家一線，北起馬圈的十八盤—太堡山，南止程家溝—玉皇嶺，面積4.5 km2。

礦區內出露地層主要為新元古界欒川群三川組、南泥湖組和煤窯溝組地層。礦區東北部馬圈一帶出露有中元古界官道口群巡檢司組、杜關組、馮家灣組及新元古界欒川群白術溝組地層［1-2］。因受走向斷層切割，各組地層殘缺不全(圖1)。

圖1 欒川南泥湖鉬礦田地質略圖

礦區位于三川—欒川陷褶斷帶構造線方向由NWW轉向NW的弧形轉折處和新華夏系構造的復合部位。礦田內褶皺、斷裂均很發育，礦田北部馬圈以斷裂為主，褶皺緊密多呈線狀，中部以褶皺為主，較開闊，南部斷裂亦發育。其方向主要呈NWW—NW向展布，次為NNE向。

1.2 礦區開采情況

三道莊礦區的開采已有30多a的歷史，多以小規模地下開采，到上世紀80年代中期，進入礦區開采的企業達96家，坑口200多個，從而形成了大量的規則、不規則的地下采空區，通過對地下采空區的調查，地下采空區主要集中在標高為1 140～1 450 m共計14個中段。1990年開始年產5 kt/d露天礦開采，2007年采礦規模達到3萬t/d，開采范圍在縱ⅩⅨ～ⅩⅪ，橫11～15線之間，目前開采水平由1 282至 1 562 m，正常生產臺階高度 12 m［3］。

2 空區處理方案

2.1 爆破區域概況

爆破范圍位于采區內1 330 m臺階1 342 m水平北部橫7－9線、縱ⅩⅩⅢ～ⅩⅩⅤ線之間，區域面積5 151 m2。屬該臺階第8次、本年度第140次臺階爆破。爆區北部緊鄰1 342 m水平運輸道路。距1號碎礦站約200 m，西部150 m處為1 342 m臺階6號鉆機作業區域。東部緊鄰1 354 m拉口。爆破區域地層主要為石榴子石硅灰石矽卡巖(zjs2－2)，巖石堅固性系數8～14。無明顯破碎帶揭露，區域內巖層節理和層理發育，巖層較破碎。礦體主要賦存在石榴子石硅灰石矽卡巖中，礦化不太均勻，預計Mo平均品位0.125%，WO3平均品位0.064%，無巖漿巖出露。

2.2 空區賦存概況

此次穿孔爆破區域大部為以往空區處理區域，穿孔區域北部有一空區，面積285 m2(圖2)。

圖2 穿孔區域地下空區分布圖

對空區打探測孔，采用 140 mm潛孔鉆機進行施工，空區底板距地表23 m，頂板距地表14 m。在空區范圍內有一巷道，頂板距地表7.0 m，X13、X21、X26號鉆孔在7 m處打透至空區內巷道頂板，高度約為3 m。地下采空區剖面圖見圖3、圖4。

圖3 A－A'剖面

圖4 B－B'剖面

2.3 空區處理方案選擇

現階段國內處理空區的方法主要為充填法和井下深孔崩礦法，從三道莊礦區早期地下開采留下的采空區的特點來看，井下分布著規則和不規則空區，巷道錯綜復雜，如果采用井下處理空區的方法，則極為困難和復雜;充填法投資大、成本高，對于處理一些小空區顯然不合適［4］。為了不影響設備的鏟裝作業，保障正常生產順利進行，對于一些空區不可能先進行空區處理，然后再進行爆破、采礦作業。同時，空區的存在也嚴重影響了正常的露天采礦作業，對安全生產帶來了嚴重的威脅，不能不進行處理。所以，采用實施采礦爆破作業的同時進行空區處理的方法對爆區內的空區進行同步處理［5］。

3 爆破設計與施工

3.1 孔網參數的選擇

爆破區域內空區范圍以外采用KY－250牙輪鉆機施工， 250 mm孔排距5.0 m，孔距7.0 m，采用三角形布孔。空區范圍內采用 140 mm潛孔鉆機穿孔，排距3.5 m，孔距5.0 m［6］。局部參數根據現場情況有所調整。其中 250 mm孔孔深控制在11～14.5 m， 140 mm孔在空區范圍內孔深控制在16～24.5 m，其他控制在13 m左右。此次共穿 250 mm 孔126個， 140 mm孔36個，成孔率為98.1%。

3.2 藥量計算與裝藥

在進行單孔藥量計算時，前排孔采用

后排其他孔采用的公式為

式中，Q為炮孔裝藥量，kg;q為單位炸藥消耗量，kg/m3;w為最小抵抗線，m;a為炮孔間距，m;b為炮孔排拒，m;e為藥量增加系數;h為炮孔有效深度，m。

爆區計算炸藥消耗量49 680 kg，采用銨油炸藥49 580 kg，乳化炸藥100 kg， 250 mm孔平均炸藥單耗為0.75 kg/m3， 140 mm孔平均炸藥單耗為0.74 kg/m3。

炮孔采用連續柱狀裝藥結構，采用細巖粉進行密實充填。 250 mm孔上部充填高度為5.0～5.5 m， 140 mm孔充填高度為3.0～3.5 m。 250 mm和 140 mm炮孔內都設2發起爆體，第1發放置于炮孔藥柱下部，第2發放置于炮孔藥柱中上部，充分引爆炮孔中的炸藥，雙保險防止啞炮和拒爆的發生。起爆體采用非電導爆管連接于地表。

對于空區上方鉆孔穿透空區頂板，透孔采用吊孔方式，用編織袋裝一定量的巖粉，用鋼絲繩吊到孔底，繩子固定在孔口，將透孔下部封堵后，用細巖粉密實充填3.0～4.0 m，進行裝藥。

3.3 起爆網絡

將爆區內 250 mm和 140 mm孔在同一爆破網絡中連接，采用行列式地表逐孔微差起爆網絡，網絡采用澳瑞凱非電毫秒延期雷管起爆，靠近邊坡的前排為控制排，采用17 ms和25 ms導爆管傳爆，雁行列采用42 ms和65 ms導爆管傳爆，孔內采用400 ms起爆［7-8］。起爆點設在爆區中部27#孔。

通過ORICA設計的SHOTPLUS爆破網絡軟件設計出爆破網絡圖，可以確定逐孔微差起爆網絡中每個炮孔起爆順序和時間間隔。

從得到的爆破等時線圖可以確定爆破網絡連接的時間分布情況，爆破區域炮孔起爆順序合理，爆破等時線分布平滑、均勻。

從爆破網絡設計中可以推測爆破時巖石拋擲方向，巖石在爆破中按起爆順序向爆區前方拋擲。

4 爆破效果評價及分析

此次爆破利用逐孔微差起爆法，爆破量63 981 m3，通過對爆破區域現場觀察，此次爆破形成的爆堆前拋平緩，沒有后翻現象，爆區西北部空區范圍內有明顯的塌陷，塌陷深度在1～2 m。爆破區域附近其他采空區地壓活動正常，鄰近邊坡穩定，爆破效果明顯。

5 結論

(1)采用在保障正常采礦爆破作業的同時進行露天中深孔爆破處理空區，爆破效果明顯。達到了利用中深孔爆破處理采空區和正常采礦的雙重目的，同時消除了制約該區域正常采礦的安全隱患。為今后處理爆破區域地下不規則采空區取得了經驗。

(2)在裝藥炮孔內藥柱下部安放第1發起爆彈，第2發起爆彈放置于炮孔藥柱中上部。裝藥炮孔內的雙發起爆體可更充分地引爆炸藥，有效降低了爆破中的啞炮率。

(3)爆破網絡采用逐孔微差起爆網絡，將 250 mm孔區域和 140 mm孔區域連接在同一網絡中起爆，合理的起爆順序對爆破質量起到了良好的效果。

(4)在今后的生產作業中，為了保證礦山采礦的安全生產，在采礦作業的同時，要對采區內存在地下采空區的區域進行詳細的探測和處理。

［1］ 史保堂，劉明，田海濤．河南省欒川縣南泥湖鉬礦成礦特征及找礦遠景分析［J］．地質與資源:2011，20(2):134-136．

［2］ 羅銘玖，等．中國鉬礦床［M］．鄭州:河南科學技術出版社，1991:108-130．

［3］ 王春毅．露天中深孔爆破處理地下多層復合空區的實踐［J］．爆破，2008，9(3):36-38．

［4］ 王春毅，程建勇．露天中深孔爆破處理地下空區的實踐［J］．采礦技術，2008，8(3):61-63．

［5］ 高建敏，林衛星．露天開采與空區處理一體化技術［J］．采礦技術，2011，11(3):66-69．

［6］ 韓萬東，李亮盼，羅業民．武家塔露天礦采空區爆破優化研究［J］．煤炭技術，2010，29(6):70-72．

［7］ 鄧秀艷，千海洪．逐孔起爆技術在三道莊鉬礦空區處理中的應用［J］．工程爆破，2011，17(4)::50-52．

［8］ 付天光，張家權，葛 勇，等．逐孔起爆微差爆破技術的研究與實踐［J］．工程爆破，2006，12(2):28-31．