地下多层复杂空区处理的工程实践.pdf

第2 6 卷第2 期 2 0 0 9 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 6N o ．2 J u n ．2 0 0 9 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x { 2 0 0 9 0 2 0 0 3 1 0 4 地下多层复杂空区处理的工程实践 林卫星1 ，程建勇2 ，欧任泽1 I ．长沙矿山研究院，长沙4 1 0 0 1 2 ；2 ．洛阳栾川钼业集团股份有限公司，洛阳4 7 1 5 0 0 摘要介绍了洛阳栾川钼业集团股份有限公司三道庄矿区多层复合空区的赋存形态、空区处理方案以及 采用切割深孔区域整体崩落法一次爆破同时处理多层空区时的工程实践；切割深孔区域整体崩落法处理地 下多层复杂空区的孔位布置、施工、装药、爆破及网路、施工安全管理等，对国内外同类型矿山资源的安全、合 理的开发利用具有重要参考意义。 关键词地下多层复杂采空区；切割深孔；区域整体崩落；V C R 法逆向爆破 中图分类号T D 2 3 5 ．1文献标识码A E n g i n e e r i n gP r a c t i c eo fU n d e r g r o u n dM u l t i l a y e rC o m p l e x G o a fT r e a t m e n t L I NW e i ．x i n 9 1 ，C H E N GJ i a n - y o n f ，O UR e n - z e l 1 ．C h a n g s h aI n s t i t u t eo fM i n i n gR e s e a r c h ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a ； 2 ．C h i n aM o l y b d e n u mC oL t d ，L u o y a n g4 71 5 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee x i s t i n gf o r m sa n dd i s p o s a ls c h e m eo fm u l t i l a y e l “ c o m p l e xg o di nS a n d a o z h u a n gm i n i n ga r e Ao f C h i n aM o l y b d e n u mC o ．．L t d ．a sw e l l 够t h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c eo fa d o p t i n gc u r i n gd e e ph o l ew h o l er e g i o nc a v i n g m e t h o dt os i m u l t a n e o u s l yb l a s ta n dd i s p o s em u l t i l a y e rc o m p l e xg o da r ed i s c u s s e di n t h i sp a p e r ．A n dt h eh o l e sl a y - o u t ，c o n s t r u c t i o n ，c h a r g i n g ，b l a s t i n g ，n e t w o r ka n ds a f e t ym a n a g e m e n t 眦a l s oi n t r o d u c e d ．T h i sm e t h o dh a si m p o r t a n t r e f e r e n c em e a n i n gf o rs i m i l a rm i n ed e v e l o p m e n ta th o m ea n da b r o a d ． K e yw o r d s u n d e r g r o u n dm u l t i h y 盯c o m p l e xs o a f ；c u t t i n gd e e ph o l e ；w h o l er e g i o ne 逸v i n g ；V C B 黜b l a s t i n g 引言 河南省栾川县三道庄钨钼矿床，是世界级的大 型钨钼矿床，该矿具有品位高、储量大、矿体厚大、构 造简单、可采性好的特点。上世纪6 0 年代末开始开 采至2 0 0 5 年底前，该矿床的开采主要以地采为主。 为了合理利用资源，上世纪9 0 年代初，开始露天建 设，2 0 0 6 年7 月形成3 00 0 0t ／d 的露天生产规模，属 国内大型的有色金属露采企业。 由于多年的地下开采，破坏了矿体形态的完整 收撼日期2 0 0 9 - 0 1 - 0 3 作者简介林卫星 1 9 8 3 一 ，男；长沙长抄矿山研究院助理工程师。 性，给露天开采造成了极大的安全隐患，所以，自露 采基建开始，空区处理工作就成为了日常剥采工作 的重要组成部分。在设计的露采区域内，地下开采 高潮时，有数十家企业开采，没有统一的规划设计， 采矿方式多种多样，既有地下深孔开采，又有地下浅 孔开采，所遗留的空区相互重叠、相互采透、大小不 等、水平不一，形态极其复杂⋯。据河南省地调一 队2 0 0 5 年对空区的测量统计，在露采范围内的 11 4 0 水平至14 7 5 水平，共有空区1 2 0 万n 1 2 ，空区 体积约l2 0 0 万m 3 。其采空区的主要特点为 1 所有的采空区均未进行充填，形态不规则， 空区大小，高低不一致； 2 采空区位于富矿区内，矿柱偷采破坏现象严 万方数据 3 2 爆破2 0 0 9 年6 月 重，空区顶板连续暴露面积大； 3 空区复合交错，空区间隔层较薄，甚至几层 相互采透贯通； 4 有大量盲空区的存在。 随着剥采工作平台的下降，空区处理工作日益 频繁，几年来，公司与长沙矿山研究院、中南大学、武 汉安全环保研究院、西安冶金建筑科技大学、长沙有 色冶金设计研究院等单位合作，通过对岩体机理性 质的研究，确定了空区上部安全厚度【2 】，并对三道 庄矿区的空区处理方案进行了详细的论证，提出了 单层空区、复合空区处理的方案。所述就是在此方 案的基础上，对复合空区处理的一次比较典型的工 程实践。 1 爆破地质情况及空区概况 1 ．1 爆破地质情况 本爆区位于14 6 2 台阶中东部，横1 1 线和x 并 线交汇处，爆区为长条状，爆区面积70 8 5m 2 。该区 域内揭露的地层主要为三川组上段 z j s 2 ，该地层 在空间上分布有2 种岩层，上层岩层 14 5 0 14 6 2 水平 主要岩性为含矿透辉石、斜长石角岩；下层岩 层 14 1 0 14 5 0 水平 主要岩性为含矿石榴子石矽 卡岩。岩层呈整合接触，倾向南西，倾角较缓 1 5 。一 2 5 。 。爆破西北角有一构造断裂，宽约l O 一1 2I n ， 产状1 2 0 0 ，倾角6 5 0 一8 0 。。断裂带内有泥质碎屑物 质充填，断裂带两侧极为破碎。 爆破内除西北角构造断裂破碎带两侧因受构造 影响稳固性较差外，大部分岩层的稳固性较好，对空 区处理影响不大。 1 ．2 爆区内空区概况 爆区内空区自上而下分为l4 4 6 水平、14 3 7 水 平、14 2 0 水平和14 1 1 水平共计4 层空区 见图1 ， 空区面积共计89 3 3m 2 ，体积6 08 0 8m 3 见表1 。4 层空区在水平上为上小下大分布，在垂直上为相互 重叠，规模大小不等、顶底板水平不一，形态极其复 杂，而且部分空区已相互采透。 l4 4 6 水平空区高5 6i n ，空区顶板厚度l O 一 1 2m ，空区跨度3 1 0m ，空区面积1 1 1 5n 1 2 ，空区体 积55 7 51 1 1 3 。该层空区位于本次处理范围的最上 部，呈长条状，面积较小，部分地段有坍塌现象，对整 体穿孔作业影响不大。 14 3 7 水平空区高5 7m ，空区顶板厚度2 4 m ，空区跨度1 2 3 5m ，空区面积25 2 31 1 1 2 ，空区体 积1 76 5 8m 3 。该层空区呈西高东低的倾斜状，空区 顶板矿岩比较稳固。 l4 2 0 水平空区高8 1 lm ，空区顶板厚度6 ～9 i n ，空区跨度2 0 4 8m ，空区面积42 1 5I n 2 ，空区体 积3 79 3 5m 2 ，该层空区面积最大，且在西南部与下 部14 1 1 水平空区采透。 14 1 1 水平空区高约8m ，空区跨度1 5 3 0I n ， 空区面积l0 8 0I n 2 ，空区体积86 4 0m 3 。该层空区 与上部14 2 0 水平空区大部采透，最高处采高1 7m ， 基本可视为与l4 2 0 水平空区为一个空区。 表1 空区参数表 空区水平空区高度顶板厚度空区跨度面积体积 ／m／m／m／m ／m 2／m 3 1 ．3 周边空区概况 爆区东侧为14 6 2 台阶及l4 3 7 水平空区、 l4 2 0 水平空区的剩余部分；南北两侧为14 3 7 水平 空区、14 2 0 水平空区的剩余部分；爆区下部为l3 8 5 水平空区，空区顶板为13 9 6 水平。根据以往空区 处理经验，本次爆破不会对周边空区造成影响。 2 切割深孔区域整体崩落法处理实践 爆区内空区分布为平面上上小下大，在垂直上 为相互重叠，空区内矿柱较少以及空区顶板原岩厚 度小；同时l4 4 6 水平空区部分地段有坍塌现象，对 整体穿孔作业影响不大，且14 2 0 水平空区与14 1 1 水平空区已基本相互采透。 根据空区赋存形态及设备施工条件，在地表 l4 6 2 台阶采用中深孑L 崩落处理14 4 6 水平及l4 3 7 水平空区顶板的同时沿14 3 7 水平空区的外围布置 深孔，切割崩落14 2 0 水平空区顶板，使l4 2 0 水平 空区顶板在切割爆破的同时加之上层塌落岩石的冲 击而区域整体塌落，一次爆破同时处理4 层空区∞】。 2 ．1 孔位布置及施工 本次爆破采用K Y - 2 5 0 型牙轮钻机穿孔，孔径 2 5 0m i l l 。爆区内l4 4 6 水平空区的面积小于l4 3 7 水平空区，14 3 7 水平空区的面积又小于l4 2 0 、 14 1 3 水平空区，且上层空区位于下层空区范围内， 因此孔位依据爆区内空区的平面分布形态而布置。 即最上层l4 4 6 水平空区与l4 3 7 水平空区范围布 万方数据 第2 6 卷第2 期林卫星，程建勇，欧任泽地下多层复杂空区处理的工程实践 3 3 置中深孔，l4 3 7 空区边界外围3 5M 布置切割深置见图l ，孔深情况见图2 、图3 。 孔，14 3 7 水平空区范围布置少量穿透孔。其孔位布 图1 孔位布置图 图2A ．A 剖面图 B B 1 4 6 2 台阶 图3 口B 剖面图 1 中深孔的布置 l4 4 6 水平空区范围内，炮孔由14 6 2 台阶穿孔 至14 4 6 水平空区顶板，孔深1 0 一1 2m ，孔网参数为 6m 6m ；14 4 6 水平空区边界以外14 3 7 水平空区 边界以内的范围，炮孔由14 6 2 台阶穿孔至距l4 3 7 水平空区顶板2 ．5 3m 处，孔深1 5 1 8m ，孔网参 数为6m x6m o 2 切割深孑L 的布置 在14 3 7 水平空区边界外围3 5n l 处，布置切 割深孔至距l4 2 0 水平空区顶板2 ．5 ～3m 处，孔深 2 5 3 5m ，孔网参数为5I n 5m 。当切割深孔布置 在l4 2 0 水平空区矿柱上时，切割深孔应穿至14 2 0 水平空区顶板以下3 5m ，且加密成束状布置，孔 深4 0M ，孔网参数为3n l 3m 。 3 穿透孑L 的布置 为保证14 2 0 水平空区顶板切割后的顺利塌 落，当14 3 7 空区高度小于6m 时，布置少量穿透 孔。即深孔在穿透14 3 7 空区顶板后，在14 3 7 水平 空区底板重新开口，继续下穿4 5m 。针对钻机在 穿透空区后，钻杆扰动较大，难以重新开口的难题， 施工过程中总结出“轻轴压，低转速”的开口技术， 使钻机穿透空区后继续下钻穿孑L 成为可能。 穿孔施工时，先施工探测孔。施工过程中，对每 个孔的孔位、孔深及施工中出现的问题进行全程跟 踪，确保切割深孔的合格率。 2 ．2 装药及爆破网路 1 装药 采用多孔粒状铵油炸药爆破，B C L H 1 5 型现场 混装装药车进行装药。 中深孔采用连续柱状装药，上部充填高度为 5 ．5 6m ，均采用细岩粉密实充填。 深孔孔深在3 0m 以内，采用以2 段装药。即 万方数据 爆破2 0 0 9 年6 月 下部药柱装至2 0m 处，中间充填3m 后再装药，上 部充填5 ．5m ；透孔应先吊孔堵塞，在下部充填2 ．5 3 ．5m 后再分段装药；少数孑L 深在3 01 1 1 以上采用 3 段装药。即下部药柱装至2 5m 处，然后充填3m 后再装药至1 6m 处，再然后充填3m 后再装药，上 部充填5 ．5m 。 穿透孔穿透孔装药前先将起爆弹放人14 3 7 水平空区下部孔内，然后采用防静电P V C 管伸至 14 3 7 水平空区下部孔口，按计算药量将下部孔装 满，再拔出防静电P V C 管。14 3 7 水平空区下部孔 装完药后不再进行充填。然后穿透孔的上部进行吊 孔，继续上部孔的装药。 2 段别及爆破网路 本次爆破采用西安庆华公司非电毫秒导爆管雷 管，起爆网路为导爆索一导爆管雷管复式闭合网路。 爆破以台阶面和下部空区为自由面，采用非电 毫秒雷管，孔内微差自下而上分3 段，V C R 法逆向 爆破‘矧。3 段装药的雷管段别从下而上依次为l 段 4 0m 脚线 、5 段 3 0n l 脚线 、7 段 2 0m 脚 线 ；2 段装药的雷管段别为5 段 3 0m 脚线 、7 段 2 0n l 脚线 ；中深孔1 段装药雷管段别为7 段 2 0 m 脚线 。 2 ．3 主要经济技术指标 表2 主要经济技术指标 指标名称指标 爆区面积／m 2 70 8 5 空区面积／m 2 89 3 3 空区体积／m 3 6 08 0 8 爆岩量／m 3 1 4 16 7 6 孔网参娄妙 m m 5 5 ，6 6 延米爆岩量／ 1 1 1 3 m 。1 3 6 ．5 孔数／个 2 0 7 孔澎m 48 3 1 炸药单彩 1 【g m 旬 0 ．7 1 装药量／I 【g 1 2 34 9 0 最大段药量／k g 6 35 8 0 3 施工组织 由于空区形态复杂，空区资料准确度不高，对于 贯彻设计的指导思想，特别是切割孔的准确施工存 在一定难度。为此采取以下措施 1 建立攻关领导小组，下设技术、施工、安全3 个小组。制定施工细则，并组织技术人员跟班指导 钻机施工，现场发现问题现场解决。 2 采用G P S 全球定位系统进行逐孔定位。如 果穿透14 3 7 空区顶板，说明空区资料与现场不符， 将切割孑L 向空区外侧移动5m ，保证切割孔位于 14 3 7 空区外侧3 51 3 1 的正确孔位，以达到穿至 14 2 0 水平空区顶板3 5r n 的目的。 3 鉴于爆区内孔深不一、孔内分段、孔数较多 的情况，为防止段别混乱、充填不够造成串段跳段的 情况发生，采取技术人员分片包孔与孑L 口装药单相 结合的方法，保证装药安全。 4 安全措施 由于人员设备长期在空区上部作业，处于不安 全状态。为保证人员设备安全旌工，在旌工区域内 建立4 个地压活动监测点，采用Y S S B 岩体声发射 仪进行2 4h 不间断监测，划定警戒区域，控制进入 警戒区域的人员数量，并制定应急撤离预案。 5 总结 切割深孔区域整体崩落法的核心是根据区域内 空区分布形态，在地表采用中深孔切割崩落上层空 区顶板的同时沿上层空区的外围布置深孔切割崩落 下层空区顶板，使下层空区顶板由于切割爆破失稳， 同时加之上层塌落岩石的冲击而区域整体塌落，一 次爆破同时处理多层空区。 经爆破后测量评估，塌陷区36 5 0 余m 2 ，最低点 塌落至14 5 1 水平，空区完全塌落。根据塌落面积、 深度和岩石块度分析，此次空区处理完全达到预期 效果，为露天境界内地下多层复杂空区处理及安全 生产、均衡生产提供坚实的技术依据。 参考文献 [ 1 ] 宋嘉栋，王坚．地下采空区顶板矿体露天开采工艺 [ J ] ．有色金属，2 0 0 0 5 1 4 - 1 8 ． [ 2 ]采矿手册编辑委员会．采矿手册[ M ] ，北京冶金工业 出版社，1 9 9 1 ． [ 3 ] 王春毅，程建勇．露天中深孔爆破处理地下采空区的 实践[ J ] ．采矿技术，2 0 0 8 3 6 1 - 6 2 ． [ 4 ] U L FL a n g e f o e eB j 6 mK i h l s t r 6 n ．T h eM o d e mT e c h n i q u e0 f R o c kB l a s t i n g [ M ] ．U S A [ 8 ．n ．] ，1 9 7 8 ． [ 5 ]杜邦公司．B l a s t e r s ’H a n d b o o k [ M ] ．U S A [ s ．n ．] ， 】9 8 3 ． 万方数据