基于潛孔鉆探測淺層采空區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐

林秀云，邱振華

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

1 礦山基本情況

廣東省大寶山礦位于韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)境內(nèi)，礦山距沙溪鎮(zhèn)約 15 km，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°41′52″，北緯 24°31′42″。礦區(qū)是以鐵、銅為主的大型多金屬礦區(qū)，673 m標(biāo)高以上主要為褐鐵礦，其下為銅、硫、鉛鋅礦。上部褐鐵礦為露天開采方式，下部銅硫礦體于 1990年代后期采用平硐、斜井地下開采方式，主要采礦方法為空場法，井下開采于2005年8月停產(chǎn)。井下停產(chǎn)后，礦山全面轉(zhuǎn)為露天開采方式，開采臺(tái)階高度12 m，開采范圍0～51勘探線，目前最高開采標(biāo)高865 m，最低標(biāo)高637 m，年產(chǎn)量為330萬t。

由于歷史原因，大寶山礦露天采場下部賦存著無以計(jì)數(shù)的采空區(qū)，其形成原因有2種，一是1990年代井下采礦形成的采空區(qū)，其大部分資料可以掌握，如圖1為原井下采礦610中段采空區(qū)分布圖。另一部分是 2014年前民采無序盜采形成的，其資料無法掌握，為盲采空區(qū)。大寶山采空區(qū)以盲采空區(qū)居多，其特點(diǎn)主要有：空區(qū)大小不一，大采空區(qū)面積達(dá)上千平米，體積達(dá)十萬立方以上；空區(qū)賦存標(biāo)高、位置不詳；采空區(qū)上下交錯(cuò)重疊、多個(gè)復(fù)合形成空區(qū)群；空區(qū)頂板不規(guī)則等。由于采空區(qū)的存在，給露天開采作業(yè)人員、設(shè)備等帶來了重大安全隱患，因此采空區(qū)成為了露天采場作業(yè)的第一大危險(xiǎn)源，采空區(qū)的治理成為大寶山礦安全工作重中之重，而采空區(qū)的探測則是采空區(qū)治理的首要任務(wù)。只有探明了采空區(qū)，才能進(jìn)行采空區(qū)治理，消除安全隱患，為生產(chǎn)提供安全保障。

圖1 井下610中段采空區(qū)分布

2 潛孔鉆探測采空區(qū)的特點(diǎn)及探測依據(jù)

目前采場運(yùn)用的潛孔鉆型號(hào)為阿特拉斯D50，穿孔直徑為105 mm～140 mm。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活，鉆孔速度快，調(diào)動(dòng)便捷，鉆孔深度可達(dá)45 m；缺點(diǎn)是遇到破碎、軟弱巖層容易出現(xiàn)卡鉆、塌孔、不成孔及無法鉆孔。潛孔鉆主要運(yùn)用在露天采場作業(yè)層面下部10 m～25 m范圍內(nèi)的淺層采空區(qū)探測。

采空區(qū)探測依據(jù)主要是原有井下采礦資料、地質(zhì)資料及采場層面塌方、下沉、滲水、冒氣等險(xiǎn)情。

3 潛孔鉆探測淺層采空區(qū)的應(yīng)用

3.1 原有采空區(qū)探測

針對(duì)原有資料存在的采空區(qū)進(jìn)行探測，目的一是探明該采空區(qū)是否發(fā)生塌陷；二是通過探測鉆孔穿透原有采空區(qū)，查看原有采空區(qū)是否因后期非法民采造成采空區(qū)面積擴(kuò)大；三是通過三維激光掃描獲得原井下采空區(qū)準(zhǔn)確空間參數(shù)，避免原資料空區(qū)參數(shù)誤差，為下一步安全防范提供可靠依據(jù)。2020年4月27日對(duì)采場49線697 m層面下方原井下673采空區(qū)（如圖2所示）進(jìn)行探測，鉆孔探測至18.3 m穿透采空區(qū)，卷尺測量采空區(qū)高度為 3.1 m。通過對(duì)采空區(qū)進(jìn)行三維激光掃描，獲得該采空區(qū)體積為173 m3，最大高度為9.4 m，跨度為5.9 m。

圖2 673采空區(qū)三維激光掃描探測

3.2 采空區(qū)外圍探測

對(duì)已探明采空區(qū)外圍探測，目的是對(duì)已探明采空區(qū)周邊進(jìn)一步探測，看采空區(qū)是否擴(kuò)大。主要原因是近年來非法民采活動(dòng)猖獗，其通過礦區(qū)外圍民窿進(jìn)入大寶山礦區(qū)，對(duì)原地下采礦預(yù)留的礦柱、礦房周邊礦體進(jìn)行盜采，使原有采空區(qū)面積、高度進(jìn)一步擴(kuò)大。如圖3所示，2018年10月22日對(duì)西部采場709 m層面23線探明689采空區(qū)（該采空區(qū)于2014年9月28日掃描）外側(cè)南邊進(jìn)行探測，探測至692.5 m標(biāo)高時(shí)發(fā)現(xiàn)新的采空區(qū)，經(jīng)三維激光掃掃描得出采空區(qū)體積38.4 m3，高度5.4 m，跨度5.8 m，比原采空區(qū)擴(kuò)大了20%。

圖3 689采空區(qū)三維激光掃描探測

3.3 盲采空區(qū)探測

對(duì)采場層面新發(fā)現(xiàn)的高品位銅硫礦體或鉛鋅礦進(jìn)行探測，目的是預(yù)防民采盲采空區(qū)的存在。大寶山鉛鋅礦區(qū)主要分布在21勘探線以南至28線，品位較高，早期非法民采進(jìn)入礦區(qū)主要盜采鉛鋅礦資源，并留下大量盲采空區(qū)。2018年4月份在西部擴(kuò)幫區(qū)域709 m層面21線穿孔爆破巖粉取樣，發(fā)現(xiàn)高品位鉛鋅礦體，在鉛鋅礦體內(nèi)布置3個(gè)25 m深采空區(qū)探孔探測。雖未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，但通過探孔確認(rèn)了該區(qū)域的安全性，消除了采空區(qū)安全隱患。

對(duì)民采活躍區(qū)域臺(tái)階爆破區(qū)探測采空區(qū)。目的是探明民采盲采空區(qū)的存在。采場35線以北至51線721 m、733 m、745 m、757 m臺(tái)階，在1990年代非法民采較為活躍，其主要通過大寶山礦西側(cè)邊坡+700 m～+770 m掘民窿平巷進(jìn)入大寶山礦區(qū)，盜采黃銅礦、黃鐵礦等富礦體資源，留下了大量的盲采空區(qū)，其采空區(qū)資料無法掌握。針對(duì)此類采空區(qū)的探測依據(jù)主要是查閱有關(guān)地質(zhì)資料情況，根據(jù)礦體揭露情況，在每一爆破區(qū)域內(nèi)布置 1～2個(gè)超前鉆孔進(jìn)行探測。2019年1月16日在745 m層面51線爆區(qū)內(nèi)鉆鑿探孔，14 m穿透一民采盲空區(qū)，經(jīng)三維激光掃描得出該采空區(qū)空間參數(shù)為體積35.7 m3，高度6.6 m，跨度5.5 m。

運(yùn)輸主干道采空區(qū)探測，主要是預(yù)防主干道下方民采盲空區(qū)的存在。大寶山礦采場運(yùn)輸主干道通常使用年限較長，目前運(yùn)輸卡車主要為載重80 t的寬體自卸車，若下方存在采空區(qū)，一旦發(fā)生塌陷事故后果不堪設(shè)想，因此要對(duì)運(yùn)輸?shù)缆废虏康牟煽諈^(qū)情況進(jìn)行探明。如在2018年7月份對(duì)新修757主干道5線～7線進(jìn)行采空區(qū)探測，探測孔深均為30 m，以確保主運(yùn)輸?shù)缆钒踩?/p>

針對(duì)井下巷道探測發(fā)現(xiàn)盲采空區(qū)。早期大寶山礦銅原礦品位要求0.8%以上，低于0.8%的暫時(shí)不回采，隨著銅價(jià)的上漲，后期民采利用原井下巷道盜采品位 0.5%～0.8%的礦體，形成盲采空區(qū)。2020年5月7日在采場649層面37線對(duì)原有630中段巷道探測時(shí)，發(fā)現(xiàn)原來巷道因民采盜采形成高5.1 m采空區(qū)。經(jīng)核查地質(zhì)資料，該空區(qū)含黃銅礦品位0.5%，硫鐵礦品位15%。經(jīng)三維激光掃描得出該采空區(qū)體積185.1 m3，最大高度8.3 m，最大跨度13.1 m。

3.4 塌方區(qū)域探測

塌方區(qū)域內(nèi)探測采空區(qū)，目的是預(yù)防塌方內(nèi)殘留采空區(qū)，如圖4所示。主要應(yīng)用在銅采場39線～45線塌方區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域在2012—2014年經(jīng)歷了幾次大塌方，在該區(qū)域內(nèi)采礦時(shí)必須對(duì)作業(yè)機(jī)臺(tái)、道路進(jìn)行塌方區(qū)殘留空區(qū)的探測，以確保作業(yè)安全。

圖4 塌方區(qū)域內(nèi)采空區(qū)探測

塌陷區(qū)外側(cè)采空區(qū)探測。局部的塌陷往往是尋找大空區(qū)的依據(jù)，大寶山礦體分布不均，多為雞窩礦體，采礦形成的采空區(qū)局部頂板較高且不規(guī)整，因此塌陷往往在較高頂板部分開始。如圖5所示，2018年5月24日745層面47線出現(xiàn)爆破時(shí)塌陷等現(xiàn)象，在733層面對(duì)塌方區(qū)外側(cè)進(jìn)行采空區(qū)探測，探至719.8 m標(biāo)高穿透采空區(qū)，經(jīng)三維激光掃描得出采空區(qū)體積336.5 m3，高度8.3 m，跨度18.9 m。

圖5 塌陷區(qū)域外采空區(qū)探測

針對(duì)雨季采場層面局部出現(xiàn)滲水、秋冬季節(jié)局部冒氣等物理現(xiàn)象來作為采空區(qū)探測的依據(jù)。2020年5月23日對(duì)649層面35線滲水點(diǎn)北邊10 m處進(jìn)行探測時(shí)，發(fā)現(xiàn)一盲采空區(qū)的存在。經(jīng)三維激光掃描得出采空區(qū)體積114.8 m3，高度4.8 m，跨度11.5 m。

4 結(jié)語

采空區(qū)治理是國內(nèi)許多礦山由地采轉(zhuǎn)為露采所共同面臨的一大新課題、新難題，目前國家還沒有對(duì)露天礦采空區(qū)治理出臺(tái)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

大寶山礦采空區(qū)治理從 2011年開始，經(jīng)歷了近十年的治理實(shí)踐工作，投入了大量的人力、物力、財(cái)力，取得了一定的治理成果，總結(jié)出一套完整的可防、可治、可控的采空區(qū)治理方法。但是在采空區(qū)探測環(huán)節(jié)中仍然面臨著極大難題，主要是對(duì)民采盲采空區(qū)的探測，一是沒有可靠的地下采礦資料依據(jù)，二是沒有精準(zhǔn)可靠的探測技術(shù)。

當(dāng)前國內(nèi)采空區(qū)的探測技術(shù)主要有物探和鉆探，大寶山礦 2011—2015年間運(yùn)用地震、電法、電磁法等物探對(duì)采空區(qū)進(jìn)行探測，但受礦區(qū)多種金屬及復(fù)雜巖層的影響，所探明的結(jié)果準(zhǔn)確度不高，難以準(zhǔn)確指導(dǎo)采空區(qū)治理工作。

在鉆探方面，目前主要運(yùn)用地質(zhì)深孔鉆和潛孔鉆相結(jié)合探測采空區(qū)，但須投入大量財(cái)力、人力，而且鉆孔只是一孔之見，布孔密度不夠的情況下難以全面探測空區(qū)。

本文總結(jié)了多年以來潛孔鉆探測淺層采空區(qū)的一些實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)，希望在今后工作中得到幫助及借鑒，同時(shí)也希望國內(nèi)類似礦山有更加成熟準(zhǔn)確的探測采空區(qū)技術(shù)，加強(qiáng)交流合作，一起攻克采空區(qū)探測難題，提升采空區(qū)治理技術(shù)。