露天正常台阶深孔爆破处理地下采空区的实践.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 9N o ．4 D e c ．2 0 1 2 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 l 一4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 6 露天正常台阶深孔爆破处理地下采空区的实践 贾宝珊，闫伟蜂 洛阳栾川钼业集团股份有限公司，栾川4 7 1 5 0 0 摘要露天开采中，地下开采形成的采空区已成为矿山安全生产的重大安全隐患。三道庄露天钼矿经过 早期多年的地下开采，存在大量的地下空区。通过了解三道庄矿区地下采空区的基本情况，根据现场实际， 以1 3 3 0 台阶北部采区内的2 处空区为研究对象，按照正常台阶中深孔采矿爆破作业的进度要求，采用逐孔 微差起爆一次爆破的方式，成功的以多层一次处理法，在露天爆破的同时对地下空区进行了爆破处理，爆破 效果良好。在保证台阶正常生产进度的同时，排除了空区的安全隐患。 关键词露天开采；地下采空区；空区处理；中深孔爆破；爆破网路 中图分类号T D 2 3 5 ．3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 1 2 0 4 一0 0 6 5 一0 5 A p p H c a t i o no fB e n c hD e e pH o l eB l a s t i n gi n D i s p o s i n go fU n d e r g r o u n dG o a f 皿4 曰∞心地n ，M Ⅳ耽i 居昭 L u o y 蛐gL u 蚰c h u a nM o l y b d e n u mG r o u pC oL t d ，L u 蛐c h u 蛐4 7 1 5 0 0 ，C h i n a A b s t I ．a c t A f t e ry e a 玛o fm i n i n g ，al a r g en u I n b e r0 fu n d e r g m u n dg o a f 8 叩p t 蒯i nS 锄d 壬I o z h u a n gm i n e ，w h i c h w 腿p o t e n t i a lh i d d e nt r o u b l ei nl l l i n i n gp 础c t i o n ．B ∞e do nt l l eu n d e r g r D u n dI I l i 舱g o 出c o n d i t i 佃，t w og D a f si I lt l l e n o r n la r e ao f l 3 3 0b e n c hw e r es t I l d i e d ．n ed e e ph o l eb l a s t i n gm e t h o dw i t l ld e l a yt i 脱l “e b y h o l e 啪su 8 e dt o d e a l 访t hu n d e r g r o u n dg o a f sb 鹊e do nt l l er e a lb e n c h8 i t u a t i o n s ，w h i c h 衄s u r e d 吐l ep r o d 眦t i 叫w o r ki nt h eb e n c l l 舭d g e tr i do fp o t e n t i a lg o a ft r o u b l es i m u l t 彻e o u s l y ． K e yw o r d s o p e n p i tw o r k i n g ；u n d e r g r o u n dg o a ft I e a t I I l e n t ；d e e ph I 】l eb l 鹊t i I l g ；b Ⅻ鸭n e t w o r k 我国金属非金属矿山地质条件大多较复杂，采 空区规模大，加上自然条件和现有技术条件等因素 的制约，采空区安全隐患已成为影响矿山安全生产 的重要危险因素。因此，露天开采时对地下采空区 的处理也成为矿山安全生产的重要课题。以三道庄 露天矿为例，对矿区内台阶正常爆破时存在地下采 空区的情况进行研究，并在正常台阶爆破的同时对 地下采空区进行了处理，对消除矿区内的空区隐患 和企业的安全生产具有重要意义。 收稿日期2 0 1 2 0 6 一0 7 作者筒允贾宝珊 1 9 8 4 一 ，男，河南南阳人，硕士研究生，洛阳栾川 钼业集团股份有限公司采矿技术员， E m a i l j i a b ∞ s h ∞1 9 8 4 s i n a ．c j m 。 1 工程地质概况 1 ．1 地质概况 洛阳栾川钼业集团股份有限公司三道庄钼钨矿 区地处河南省洛阳市栾川县境内，位于冷水镇与南 泥湖交界处，南泥湖斑岩钼矿田的东部，东起赤地店 公社庄科大队的南庄、北庄带。西迄于骆驼山山脊 与骆驼山硫、多金属矿区相接，西南与上房沟钼矿区 相毗邻。东西长约2 2 ．5k m ，北以十八盘n 断层 为界与马圈钼矿点相连，南止于南泥湖的南坡村到 硫璃沟一线J ，南北宽约2k m ，面积约4 ．5k m 2 。 矿区内地层主要为新元古界青白口系一震旦系 Q n z 管道口群一栾川群的冯家湾组、白树沟组合 万方数据 爆破 2 0 1 2 年1 2 月 三川组、南泥湖组，煤窑沟组、冯家湾组 Q ∥ 分布 于矿区东北缘；主要岩性为硅质条带、条纹白云石大 理岩等。南泥湖组 Q n z n 分布于三道庄岭及南泥 湖一带；煤窑沟 Q n ‰ 分布于矿区西南部及南部， 矿区内仅出露中、下段‘1 ，2 1 图1 。 目因2 圜。 国4 圆s 圆6 豳7 囱s 囱9 回l o 固l l 团1 2 圜1 3 圈1 4 5 0 0O5 0 0l O O O m L 兰 兰 一 1 一煤窑沟组下中段；2 一南泥湖组中段；3 一南泥湖组下段；4 ～三川组下中段；5 一变辉长岩；6 一斑状花岗 岩；7 一矽卡岩；8 钾化带；9 一硅化带；l O 一沸石一碳酸盐化带；1 1 一阳起、绿泥、绿帘石化带；1 2 一断裂； 1 3 一正长斑岩；1 4 矿床 图l栾川南泥湖钼矿田地质略图 F i g ．1 T h eg e o l 孵cs c h e m eo fL u 鲫C h u 髓m o l y b d e n u mo r e 1 ．2 开采概况 矿区开采始于6 0 年代末，采用小规模地下开采， 1 9 9 0 年开始5 0 0 0 ∥y 露天矿开采，2 0 a r 7 年采矿规模 达到3 00 0 0L ／y ，开采范围在纵X Ⅸ～X Ⅺ，横1 1 1 5 线之间，目前开采水平由1 2 8 2m 、1 2 9 6m ，⋯，1 5 6 2 m ， 正常生产台阶高度1 2m 。由于矿区经过3 0 多年的 地下开采，在采区内存在大量的地下采空区，空区面 积1 2 0 万m 2 ，体积1 2 0 0 万m 3 ，通过对地下采空区的 调查，地下采空区主要集中在标高为1 1 4 0m 、 1 1 8 0m 、1 2 0 0 m 、1 2 3 5m 、1 2 5 0m 、1 2 7 0m 、1 2 9 0m 、 1 3 1 5m 、1 3 3 0m 、1 3 4 5m 、1 3 7 0m 、1 4 0 0m 、1 4 3 0m 、 1 4 5 0m 共计1 4 个中段。这些空区大小形态不规 则、高度和跨度不一致，有些空区存在几层重叠交 错，情况不明，形态极为复杂。 1 9 9 8 2 0 0 6 年，矿山公司共处理空区l c r 7 次，处理 空区面积3 2 ．9 万秆，体积3 1 9 。7 万m 3 ；2 0 0 6 瑚年， 处理空区1 4 8 次，处理空区面积4 0 ．9 万m 2 ，体积 4 3 8 ．1 万m 3 。消除了大量的空区隐患，为安全生产 提供了保障∞J 。2 0 1 1 年1 2 月在开采1 3 3 0 台阶北 部区域时，根据空区探测资料显示，此区域存在空 区，同时钻机在探测孔施工中至孔深1 4 ．7m 处钻透 至空区顶板，由1 4 ．7m 透至1 6 ．0m 。因此需要对 此次爆破区域存在的空区进行处理。 1 ．3 爆区周边情况及地质概况 此次爆破的区域位于矿山采区1 3 3 0 台阶，1 3 4 2 水平北部，横5 ～1 1 线，纵XX Ⅳ一XX Ⅵ线之间， 爆破区域面积7 4 5 7m 2 。爆区北部距1 号碎矿站 1 2 0m ，东部紧邻1 3 5 4 拉口，西部1 0 0m 处为1 3 4 2 台阶6 号钻机作业区域。 爆破区域地层南部透辉石石榴子石矽卡岩 z j s 2 ．2 、断层北部黑云母长英角岩。有一条破碎 带揭露，中间有F 1 断层穿过，区域内岩层节理和层 理不发育，岩层不破碎。矿体主要赋存在透辉石石 榴子石矽卡岩中，预计钼平均品位0 ．1 3 5 ％，钨平均 品位O ．0 9 0 ％，无岩浆岩出露。 1 ．4 空区概况 此次穿孔区域区域有2 处空区，空区面积分别 为1 0 7 0m 2 和2 2 0m 2 。较大空区顶板距地表1 7m ， 空区高度为7 1 3 m ；另一空区区域面积较小，顶板 距地表1 4m ，空区高度为1 4m 。 为了更加掌握空区情况，对空区进行打探测孔， 在较小空区上采用K Y 2 5 0 牙轮钻机进行施工；在 较大空区上，采用西1 4 0 潜孔钻机进行施工，分析得 出地下采空区剖面图A 4 ’、昱一B ’、C C ’、D D 见图2 一图6 。 万方数据 第2 9 卷第4 期 贾宝珊，闰伟峰露天正常台阶深孔爆破处理地下采空区的实践 6 7 图2 穿孔区域地下空区分布图 F i g ．2 ．n l eu n d e r g r o u n dg o a f m a po fp e 面m t e d 啪∞ X 1 6 0X 1 4 5X 1 2 5X 9 7X 6 2 爿一’剖面图 图3A - A ’剖面线剖面图 F i g ．3 ’I I l ep I 、o f i l en l 叩o fh a t c h i n gA - A ’ X 1 4 7 X 1 3 2X 1 2 3 X 1 0 8 r _ ，、 ’- 、 I ／、、J l ／ 曰．曰’剖面图 图4 曰- 曰’剖面线剖面图 F i g ．4 ’r h ep 1 1 0 矗l em a po fh a t c h i n gB - 口’ 2 空区处理方案 此次钻孔区域两处空区属于不规则空区，留有 不规则矿柱，空区高度从1 4m 和7 1 4m 不等。 目前国内处理空区主要采用的是充填法，除此 之外，也有采用井下深孔崩矿法进行空区处理。由 于三道庄钼矿经过长期的地下开采，井下巷道错综 复杂，保留矿柱破损严重等因素，导致井下处理空区 极为复杂和困难，而充填法投资大、成本高、影响矿 山生产进度，对于一些小空区的处理显然不合 适H J 。为了保障矿山的正常生产，对于一些空区不 可能先进行空区处理，然后再进行爆破、采矿作业。 同时，空区的存在也严重影响了正常的露天采矿作 业，对安全生产带来了严重的威胁。所以，对此处实 施采矿爆破作业的同时进行空区处理。 c - C ’剖面图 图5c - C ’剖面线剖面图 F i g ．5 r n I ep r o f i l em a po fh a t c h i n gc - C ’ ， Il ’ II 爆破处理空区采用露天深孔爆破，在1 3 3 0 台阶 上向下钻孔。爆区南部较大空区面积达到1 0 7 0m 2 。 顶板距地表1 7m ，小于最小安全厚度，因此采用 咖1 4 0 潜孔钻机凿下向中深孑L ，而中部较小空区面 积2 2 0m 2 ，顶板距地表1 4m ，满足最小安全厚度的 要求，因此爆区中北部采用K Y _ 2 5 0 钻机进行施工 穿孔。进行不同孔径炮孔同时实施爆破。 3 爆破设计与施工 3 ．1 孔网参数及钻孔情况 爆区内主要为透辉石石榴子石矽卡岩 z j s 2 ． 2 ，根据三道庄露天矿多年来在透辉石石榴子石矽 卡岩中钻孔经验参数值，在矽卡岩中，施工采用 K Y 2 5 0 牙轮钻机，咖2 5 0m m 孔排距5 ．0m ，孔距 7 ．0m ，咖1 4 0 潜孔钻机钻孔咖1 4 0m m 排距3 ．5m ， 孔距5 ．0m 。采用三角形布孔，局部参数现场有所 ∞鲳弘弘弛∞勰拍M砣加坞坫H屹mnnBnnnnnnnnnn”仍” lllll”B n n n 万方数据 爆破 2 0 1 2 年1 2 月 调整。其中币2 5 0m m 孔孔深控制在“一1 5m ； 咖1 4 0m m 孔在较大空区范围内孔深控制在1 7 2 1m ，其它控制在1 2 ．5 一1 3m 。此次共钻孔 咖2 5 0m m 孔1 2 3 个，母1 4 0m m 孔1 6 8 个，其中7 6 个 乱孔，3 个废孔，成孔率为9 5 ％。 3 ．2 装药计算 在进行单孔药量计算时，前排孔采用Q 掣口e ，后排其它孔采用公式Q g 口6 砒求得∞再] 。 式中Q 为炮孔装药量，k g ；口为单位炸药消耗 量，k g ／m 3 ；埘为最小抵抗线；口为炮孔间距，m ；6 为 炮孔排拒，m ；e 为药量增加系数； 为炮孔有效深 度，m 。 爆区计算炸药消耗量7 40 2 0k g ，采用铵油炸药， 咖2 5 0m m 孔平均炸药单耗为0 ．7 4k g ／m 3 ；咖1 4 0 咖 孔平均炸药单耗为0 ．6 4k g ／m 3 。． 3 ．3 装药结构 采用连续柱状装药，咖2 5 0r 姗孔上部充填高度为 5 ．0 ～5 ．5m ，咖1 4 0n 珊孔充填高度为3 ．O 一3 ．5m ，采 用细岩粉密实充填。炮孔内设2 发起雷管爆，第l 发放置于炮孔药柱下部，第2 发放置于炮孔药柱中 上部。重叠采用非电导爆管连接于地表。 空区上方透孔采用吊孔方式，用编织袋装一定的 岩粉，用绳子吊到孔底，绳子固定在孔口，将透孔下部 封堵后，用细岩粉密实充填3 ．o ～4 ．0m 后，进行装药。 3 ．4 爆破网络的选择和连接 网路采用澳瑞凯非电毫秒延期雷管起爆， 咖2 5 0 眦n 孔区域和咖1 4 0m m 孔区域在同一网路中 起爆。网路为行列式地表逐孔微差起爆网路，控制 排间采用1 7m s 传爆，沿行列根据场地和布孔位置 的具体情况采用2 5m s ，4 2m s 和6 5 鹏传爆，孔内统 一采用加0 咖起爆“ ．8 】。起爆点设在爆区南部 X 1 1 吼 起爆网路图见图7 。 ●审一■ 删肆嘲曩●，一■●，■簟●鞭麓■州●‘簟．J 图7 爆破网路图 F i g ．7 T h eb l 船t i “g ∞t w o d ‘m 叩 由爆破网路连接的时间分布可以看出，逐孔微 差起爆每个炮孔起爆时间间隔合理，爆破等时线分 布平滑、均匀。 通过网路图的设计可以得出每个炮孔的起爆时 间，与炮孔排间的距离作为比值，通过O R I c A 设计 的S H O T P L U S 爆破网路软件，可以得出排间卸压效 果图 如图8 。 4 结语 此次爆破炸药消耗量7 4 ．0 2t ，爆破量 9 90 0 7m 3 ，对爆破后现场进行观察，爆破形成的爆 堆前抛平缓，没有后翻现象，爆区内两处采空区范围 都有明显的塌陷，最深处在爆区西南部1 3 0 号和 1 4 7 号孑L 附近，塌陷深度达到6m 。邻近爆区边坡稳 定。此次爆破对附近其它采空区的地压活动没有造 成影响，爆破效果明显。 通过此次正常台阶中深孔爆破作业处理爆区内 存在的空区，可以得出以下结论 1 在保障正常采矿爆破作业的同时，采用多 层一次处理法进行露天中深孔爆破处理空区。爆破 效果明显，保障了矿山正常生产进度的同时，消除了 制约该区域正常采矿的安全隐患。为今后处理爆破 万方数据 第2 9 卷第4 期贾宝珊，闫伟峰露天正常台阶深孔爆破处理地下采空区的实践 6 9 区域地下不规则采空区取得了经验。 图8 爆破排间卸压时间效果图 F i g ．8 T h et i m er e n d e r i n go fm w - t o r o wp r e s s u 弛r e l e 酗e i nb l 够t i n g 2 炮孔装药采用双发雷管起爆，第l 发放置 于炮孔药柱下部，第2 发放置于炮孔药柱中上部。 更充分地引爆炸药，降低了爆破中的哑炮率。 3 采用逐孔微差起爆网路，将咖2 5 0m m 孔区 域和咖1 4 0m m 孔区域在同一网路中起爆，合理的 起爆顺序对爆破质量起到了良好的效果。 4 为了保证矿山采矿的安全生产，在开采的 同时，要对采区内存在地下采空区的区域进行详细 的探测和处理。 [ 1 ]吕文德，赵春和，孙卫志，等．河南栾川地区矽卡岩型铅锌 矿地质特征[ J ] ．地质调查与研究，2 0 晒，5 1 2 ∞0 ． [ 1 ] L vw e n d e ，z H A 0c h u I l - h e ，S U NW e i z h j ，e ta 1 ．C h a 瑚- t e r s0 ft } I eS k 蛐P b Z nd e p o s i ti nL t l 明c h u 彻c o 岫t y H e n a l lP r o v i n c e [ J ] ．G e o l o 画c a ls u n r e y 鲫dR e 8 e a r c h ， 2 0 0 5 ，5 1 2 6 - 3 0 ， i nC h i n e s e 罗铭玖．中国钼矿床[ M ] ．郑州河南科学技术出版 杜。1 9 9 l 1 0 8 一1 3 0 ． 王春毅．露天中深孔爆破处理地下多层复合空区的实 践[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ，9 3 3 6 3 8 ． W A N GC h u n y i ．P r a c t i c eo fm e d i u m - l e n g t hh o l eb l a s t i f l g d e a l i n gw i t l lu n d e r g m u n dm I l l t i l a y e rc o m p l e xg o a fi no p e n p i t [ J ] ．B l 鹊t i n g ，2 0 0 8 ，9 3 3 6 3 8 ． i nC h i n e s e 高建敏，林卫星．露天开采与空区处理一体化技术 [ J ] ．采矿技术，2 0 1 l ，l l 3 6 6 - 6 9 ． G A 0J i 锄一m i n ，L I NW e i - x i n g ．0 p e n p i tm i f I i n g 锄d9 0 b h 觚d l i n gi n t e 酬i o nt e c h 肿l o g y [ J ] ．M i n i n gT e c h n o l o g y ， 2 0 l l ，1 1 3 6 6 ．6 9 ． i nC h i r I e s e 朱红旗，刘军，张金龙．中深孔爆破在地下采空区处 理中的应用[ J ] ．采矿技术，2 0 0 6 ，3 1 7 l - 7 2 ． Z H UH o n g q i ，U UJ u n ，Z H A N GJ i n - l o n g ．D e e ph o l eb l a 即 t i n gi nm i n e d - o u ta I _ e ai nu n d e r ￡P m u n di nt h ep m e e s 8 i n go f t h e 印P l i c a t i o n [ J ] ．M i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，3 1 7 l - 7 2 ． i nC h i n e s e 张智明，宋富国，胡存虎．复杂地质条件下的采空区爆 破技术[ J ] ．露天采煤技术，2 0 0 2 1 2 7 - 2 8 ． 硪A N G 踟曲唔，s 0 N GF u - g I I D ，删Q Ⅱ卜I n I ．U r 妇。叫蛔 伊。姆c a lc 0 赫d 髑0 ft h e 伊db l l 谢l 弓协c I l 岫[ J ] ．0 p e n c o a I 腼咄蚴砌叼，撒 1 2 磁 i 1 1o 诋 韩万东，李亮盼，罗业民．武家塔露天矿采空区爆破优 化研究[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 0 ，2 9 6 7 0 _ 7 2 ． H A NW 肌小％UL i 棚l g - p 明，L U OY e ⅡI i n ．s t u d yo n b I a 8 d 唱叩面l i 枷∞o fm i n e d 叫ts p ∽∞i r IW u j i 曩t ao p e n ． p i tm i 舱[ J ] ．C o a l ‰h n o l o 时，2 0 1 0 ，2 9 6 7 0 ．7 2 ． i n C h i n e ∞ 付天光，张家权。葛勇，等．逐孔起爆微差爆破技术 的研究与实践[ J ] ．工程爆破，2 0 0 6 ，1 2 2 2 8 ．3 0 ． F UT i 蚰- 羽l 舭l g ，Z H A N GJ i a q 阻n 。G EY o n g ．T h eh o I e n I i U i s e c o n dh l a 8 t i r l gt e c l I I I o l o 盱嗽哪r c h 锄dP r a c 血e [ J ] ． E n g i n ∞r i I l gB l a s t i I l g ，2 0 0 6 ，1 2 2 2 8 - 3 0 ． i nC h i n e s e 上接第9 页 [ 1 ] W A N Gw e i t ∞．S t u d yo nv i b 碍t i o nr e s p o n 靶0 fh i g } I - r i ∞ b u i l d i l l 9 8c a 鸵db yt l l ed r i l l i n g 柚db l a s t i I l gi nc h o n 酮i n g m e t r o [ D ] ．B e i j 吨B e i j i n gJ i ∞t o n gu n i v e 碍i t y ，2 0 1 1 ． i n C h i n e ∞ [ 2 ]刘晓梁．隧道施工中爆破引起地面建筑物的微振动响 应[ D ] ．北京北京交通大学，2 0 0 8 ． [ 2 ] u uX i ∞- l i 帅g ．n et i n y “b r a t i o n0 fs t n l c t u r ei n d u c e db y t 咖e l i n gb l ∞t i n g [ D ] ．B e i j i n g B e i j i n gJ i ∞t o I l gu I I i v e r s i - t y ，2 0 0 8 ． i nC h i n e ∞ [ 3 ]张远华．城市隧道爆破开挖条件下地表建筑动力响应 分析[ D ] ．重庆重庆大学，2 0 1 1 ． [ 3 ] z H A N GY u 锄- h u a ．A n a l y s i so fd ”锄i c 弛s p o n ∞o fs u 卜 f a c eb u i l d i n gu n d e rt I l ec o n d i t i o no fb l 够t i I l ge x c a v a t i o no f u r b a nt u m 他l [ D ] ．c h o n 8 q i n g c h o n g q i n gu n i v e r s i t y ， 2 0 1 1 ． i nC h i I l e 眈 章涛．城市隧道开挖爆破震动对地表建筑物的影响 及安全评价[ D ] ．青岛青岛理工大学，2 0 1 0 ． Z H A N G ’r a o ．D a m a g ee v o l u t i o n 粕a l y s i so f 陀f r a m e ss t m c ． t I l 他i n d u c e db yI I I i n i I I g 蛐de a 】r t I I q u a k ∞[ D ] ．Q i n g d a o Q i n 学d a oT e c h n o l o g i c a lU n i V e 璐i t y ，2 0 l O ． i nC h i n e s e 高同伟．建筑结构对隧道爆破的振动响应特性[ D ] ．青 岛山东科技大学，2 0 1 1 ． G A 0 ’I ’叽g w e i ．C h 啪c t e r i s t i c so fb u i l d i n gr e s p o n d i n gt o t u 咖e lb l ∞t i n gv i h m t i o n [ D ] ．Q j n g d ∞S h 鲫d o l l gu I l j v e r - s i t yo fS c i e 眦e 蛐dT e c l l r l 0 1 0 9 y ，2 0 1 1 ． i nC h i n e 鸵 王海亮．工程爆破[ M ] ．北京中国铁道出版社，2 0 0 8 ． i ] ] 】 ] ] ] ] ] ] 】 眨 p b H J ． b 口 № № “ 口 眵 哺 】 ] ] ] ] ㈧ ㈠ b b № 万方数据