關于露天礦采空區處理方案及其安全措施探討

曾慶偉

（甕福集團甕福磷礦穿巖洞礦，貴州 福泉 550500）

國內許多露天礦山，由于民采及歷史原因，礦區內存在大量采空區，且所有采空區未進行及時處理。由于眾多采空區的存在，受地壓、巖石風化及爆破震動的影響，一些原來地下開采預留的礦柱發生了破壞，采空區體積與高度均發生了改變。此外，多年來的民采、殘留采空區地形愈發復雜難辨；隨著露天礦坑底日益接近于這些形態復雜、高低不同的采空區，對露天開采人員及設備帶來極大的安全隱患，礦山企業迫切需要探明露天坑底采空區，對露天開采中存在的危險提出警戒和預報，而后采取必要的措施，確保人員及設備的安全。

1 露天礦采空區的分類

根據探測的采空區賦存情況與空間形態，對采空區加以分類，通過分類處理加強科學化管理，推動空區治理規范化。

1.1 單層采空區域

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

1.2 多層采空區

不同層次上的空區之間互相重疊復合，上下層之間的空區頂板、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

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

2 不同露天礦采空區的處理方法

2.1 單層空區處理方法

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將炮孔布置在空區頂板上方，根據頂板巖層的安全厚度，設置空區處理區域。臺階面應當距離空區的頂板在10m到20m之間，將爆破的孔洞設置在10m到20m之間。孔網參數設置為6.0m×4.0m或5.5m×4.5m，借助臺階剖面與下部的空區作為崩落區，利用礦柱與空區頂板，崩落的巖石填充空區，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，降低露天礦采空區的損失。

圖1 單層空區處理方法示意圖

圖2 單層空區處理方法示意圖

2.2 多層重疊空區處理方法

根據采空區空間形態與空區之間的關聯性設置為多次處理。處理方法主要有側翼斜孔推進法、深孔切割崩落法、并段深孔崩落法以及最終邊坡內空區處理方法[1]。

側翼斜孔推進法。這種處理手法適用于多層重疊的空區，不同空區之間的安全間隔厚度較小，并且無法進行統一的一次性處理。側翼斜孔推進法可以在滿足頂板安全要求的前提下，設置崩落區域，并且將臺階推至空區的側翼，利用斜孔崩落的頂板不斷充填空區，直至將空區處理結束。

圖3 側翼斜孔推進法示意圖

深孔切割處理方法。多層空區之間互相重疊，且空區之間的間隔厚度低于安全厚度，上下部空區的面積有一定差別，上部區域小于下部區域。在地表與臺階上設上層空區，在上層空區的邊緣布置一些可以達到下層頂板的深孔，利用崩落的巖體將下層空區的基腳與頂板切割，并且在上下空區之間構建切割帶，確保上下部空區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。

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翼斜孔崩落法處理的空區。在上下臺階之間布置中深孔，在頂板之上兩臺階同時起爆，并將碎石落入到下部空區。

圖5 并段深孔崩落式示意圖

最終邊坡內空區處理方法。空區的規模較小，且巖層的穩定性較為理想，與邊坡臺階面巖層厚度之間產生較強的支撐力，這種邊坡空區對于穩定性的影響性較小，可不用處理。

圖6 最終邊坡內空區處理方法示意圖

此外空區距離邊坡的距離近，對于邊坡是否穩定具有直接影響，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，可以利用中深孔崩落的方法對空區加以處理，在邊坡最終穩定以后，對崩落的邊坡加以處理，確定對邊坡的穩定性沒有影響時，將崩落后的巖石渣放置在臺階上。如果對邊坡的穩定性產生影響時，可以將礦石清理和產出，對崩落的臺階與邊坡利用混凝土進行加固和，并且做好清理工作，最終形成鋼筋混凝土臺階與邊坡，從而形成穩定的空區，達到維護空區邊坡的效果[2]。

2.3 不明空區的處理方法

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

3 露天礦采空區安全處理措施

3.1 天礦采空區處理應當先進行探測，然后再處理空區

在露天礦采空區的臺階推進中，應當充分掌握臺階下部采空區的大小、位置等情況，從而明確空區頂板的巖層隔離厚度；對一些可能會在露天開采時造成的危險進行預警，為露天礦采空區的治理提供精確數據，降低工程設備與人員跌落進采空區的潛在危險。對于可能存在安全區范圍的運輸道路、臺階面等應布置相應的探測孔，探明空區賦存情況，確保設備、人員的安全性。

3.2 臺階上的生產應當滿足對于頂板的安全厚度要求

為確保空區治理與臺階生產安全，應探測空區與地表之間的巖層厚度，確保空區治理在頂板安全厚度條件下進行，采空區臺階與頂板之間的厚度應當滿足穿孔作業對于巖層的要求[3]。采空區臺階面的厚度與頂板之間距離小于最小厚度，臺階上應當防止出現大規模式施工作業，人員與設備應當避開空區的上方，鏟裝利用邊鏟邊探的形式推進，確保最終能夠完成探測要求與施工作業的安全性。在處理采空區時，可以利用邊采邊探的技術揭露空區側翼，并且在空區的邊緣部位布置斜孔，對崩落區域進行合理的控制。

3.3 檢查空區崩落的情況

處理采空區的過程中，必然要進行爆破作業，爆破作業以后的崩落區檢查也同樣重要。首先是將爆破區域進行封鎖，在確認爆破區域安全且沒有盲炮以后，評估人員需要對塌落區以及空區進行檢查，評估其安全性。評估爆破區域的安全性主要分為兩個步驟：第一步，觀察爆破后的現場情況，由評估人員進入區域內測量爆堆形態，根據測量的爆堆數據制作相應的剖面圖，對照起爆之前的地形，結合巖石松散數分析空區的密實度；第二步，進入空區后，應當先從臺階的側翼進行測量，如果在推進測量的過程中出現異常，立刻停止作業，將人員、設備等撤至安全區域，待空區垮落穩定后，人員、設備才能再次進入。按照6.0m×6.0m參數布置監測點，對地層狀況進行監測；只有確定空區排除安全隱患以后，才能進入到下一步工作流程。

4 總結

綜上所述，當礦場發現采空區時，應該制定探測方案，對采空區進行探測，確定出采空區的類型，然后根據不同的采空區類型特征采取相應的處理方案，在處理時還應制定相關的安全處理措施，以保證施工作業安全。