露天开采中深孔爆破与地下采空区处理一体化实践

贾宝珊

(洛阳栾川钼业集团股份有限公司)

我国金属非金属矿山大多地质条件较复杂，相当一部分露天金属非金属矿山存在采空区问题。由于空区分布广，加之自然条件和生产技术等相关条件的制约，在露天矿山开采中，地下采空区问题已经成为矿山生产的重要安全隐患。以三道庄钼钨矿1 330 m台阶正常爆破为研究对象，在不影响爆破生产进度的前提下，在正常台阶爆破的同时对爆破区域内不规则的地下采空区进行处理，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。

1 矿区概况

1.1 矿区地质

三道庄钼钨矿区位于河南省栾川县赤土店乡庄科村三道庄和冷水镇南泥湖村程家沟。地理坐标为东经 111°29'11″～111°30'26″，北纬 33°54'37″～33°55'45″。东起于赤土店乡庄科村南庄沟口，西止王家东沟—南泥湖村王家一线，北起马圈的十八盘—太堡山，南止程家沟—玉皇岭，面积4.5 km2。

矿区内出露地层主要为新元古界栾川群三川组、南泥湖组和煤窑沟组地层。矿区东北部马圈一带出露有中元古界官道口群巡检司组、杜关组、冯家湾组及新元古界栾川群白术沟组地层［1-2］。因受走向断层切割，各组地层残缺不全(图1)。

图1 栾川南泥湖钼矿田地质略图

矿区位于三川—栾川陷褶断带构造线方向由NWW转向NW的弧形转折处和新华夏系构造的复合部位。矿田内褶皱、断裂均很发育，矿田北部马圈以断裂为主，褶皱紧密多呈线状，中部以褶皱为主，较开阔，南部断裂亦发育。其方向主要呈NWW—NW向展布，次为NNE向。

1.2 矿区开采情况

三道庄矿区的开采已有30多a的历史，多以小规模地下开采，到上世纪80年代中期，进入矿区开采的企业达96家，坑口200多个，从而形成了大量的规则、不规则的地下采空区，通过对地下采空区的调查，地下采空区主要集中在标高为1 140～1 450 m共计14个中段。1990年开始年产5 kt/d露天矿开采，2007年采矿规模达到3万t/d，开采范围在纵ⅩⅨ～ⅩⅪ，横11～15线之间，目前开采水平由1 282至 1 562 m，正常生产台阶高度 12 m［3］。

2 空区处理方案

2.1 爆破区域概况

爆破范围位于采区内1 330 m台阶1 342 m水平北部横7－9线、纵ⅩⅩⅢ～ⅩⅩⅤ线之间，区域面积5 151 m2。属该台阶第8次、本年度第140次台阶爆破。爆区北部紧邻1 342 m水平运输道路。距1号碎矿站约200 m，西部150 m处为1 342 m台阶6号钻机作业区域。东部紧邻1 354 m拉口。爆破区域地层主要为石榴子石硅灰石矽卡岩(zjs2－2)，岩石坚固性系数8～14。无明显破碎带揭露，区域内岩层节理和层理发育，岩层较破碎。矿体主要赋存在石榴子石硅灰石矽卡岩中，矿化不太均匀，预计Mo平均品位0.125%，WO3平均品位0.064%，无岩浆岩出露。

2.2 空区赋存概况

此次穿孔爆破区域大部为以往空区处理区域，穿孔区域北部有一空区，面积285 m2(图2)。

图2 穿孔区域地下空区分布图

对空区打探测孔，采用 140 mm潜孔钻机进行施工，空区底板距地表23 m，顶板距地表14 m。在空区范围内有一巷道，顶板距地表7.0 m，X13、X21、X26号钻孔在7 m处打透至空区内巷道顶板，高度约为3 m。地下采空区剖面图见图3、图4。

图3 A－A'剖面

图4 B－B'剖面

2.3 空区处理方案选择

现阶段国内处理空区的方法主要为充填法和井下深孔崩矿法，从三道庄矿区早期地下开采留下的采空区的特点来看，井下分布着规则和不规则空区，巷道错综复杂，如果采用井下处理空区的方法，则极为困难和复杂;充填法投资大、成本高，对于处理一些小空区显然不合适［4］。为了不影响设备的铲装作业，保障正常生产顺利进行，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，不能不进行处理。所以，采用实施采矿爆破作业的同时进行空区处理的方法对爆区内的空区进行同步处理［5］。

3 爆破设计与施工

3.1 孔网参数的选择

爆破区域内空区范围以外采用KY－250牙轮钻机施工， 250 mm孔排距5.0 m，孔距7.0 m，采用三角形布孔。空区范围内采用 140 mm潜孔钻机穿孔，排距3.5 m，孔距5.0 m［6］。局部参数根据现场情况有所调整。其中 250 mm孔孔深控制在11～14.5 m， 140 mm孔在空区范围内孔深控制在16～24.5 m，其他控制在13 m左右。此次共穿 250 mm 孔126个， 140 mm孔36个，成孔率为98.1%。

3.2 药量计算与装药

在进行单孔药量计算时，前排孔采用

后排其他孔采用的公式为

式中，Q为炮孔装药量，kg;q为单位炸药消耗量，kg/m3;w为最小抵抗线，m;a为炮孔间距，m;b为炮孔排拒，m;e为药量增加系数;h为炮孔有效深度，m。

爆区计算炸药消耗量49 680 kg，采用铵油炸药49 580 kg，乳化炸药100 kg， 250 mm孔平均炸药单耗为0.75 kg/m3， 140 mm孔平均炸药单耗为0.74 kg/m3。

炮孔采用连续柱状装药结构，采用细岩粉进行密实充填。 250 mm孔上部充填高度为5.0～5.5 m， 140 mm孔充填高度为3.0～3.5 m。 250 mm和 140 mm炮孔内都设2发起爆体，第1发放置于炮孔药柱下部，第2发放置于炮孔药柱中上部，充分引爆炮孔中的炸药，双保险防止哑炮和拒爆的发生。起爆体采用非电导爆管连接于地表。

对于空区上方钻孔穿透空区顶板，透孔采用吊孔方式，用编织袋装一定量的岩粉，用钢丝绳吊到孔底，绳子固定在孔口，将透孔下部封堵后，用细岩粉密实充填3.0～4.0 m，进行装药。

3.3 起爆网络

将爆区内 250 mm和 140 mm孔在同一爆破网络中连接，采用行列式地表逐孔微差起爆网络，网络采用澳瑞凯非电毫秒延期雷管起爆，靠近边坡的前排为控制排，采用17 ms和25 ms导爆管传爆，雁行列采用42 ms和65 ms导爆管传爆，孔内采用400 ms起爆［7-8］。起爆点设在爆区中部27#孔。

通过ORICA设计的SHOTPLUS爆破网络软件设计出爆破网络图，可以确定逐孔微差起爆网络中每个炮孔起爆顺序和时间间隔。

从得到的爆破等时线图可以确定爆破网络连接的时间分布情况，爆破区域炮孔起爆顺序合理，爆破等时线分布平滑、均匀。

从爆破网络设计中可以推测爆破时岩石抛掷方向，岩石在爆破中按起爆顺序向爆区前方抛掷。

4 爆破效果评价及分析

此次爆破利用逐孔微差起爆法，爆破量63 981 m3，通过对爆破区域现场观察，此次爆破形成的爆堆前抛平缓，没有后翻现象，爆区西北部空区范围内有明显的塌陷，塌陷深度在1～2 m。爆破区域附近其他采空区地压活动正常，邻近边坡稳定，爆破效果明显。

5 结论

(1)采用在保障正常采矿爆破作业的同时进行露天中深孔爆破处理空区，爆破效果明显。达到了利用中深孔爆破处理采空区和正常采矿的双重目的，同时消除了制约该区域正常采矿的安全隐患。为今后处理爆破区域地下不规则采空区取得了经验。

(2)在装药炮孔内药柱下部安放第1发起爆弹，第2发起爆弹放置于炮孔药柱中上部。装药炮孔内的双发起爆体可更充分地引爆炸药，有效降低了爆破中的哑炮率。

(3)爆破网络采用逐孔微差起爆网络，将 250 mm孔区域和 140 mm孔区域连接在同一网络中起爆，合理的起爆顺序对爆破质量起到了良好的效果。

(4)在今后的生产作业中，为了保证矿山采矿的安全生产，在采矿作业的同时，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］ 史保堂，刘明，田海涛．河南省栾川县南泥湖钼矿成矿特征及找矿远景分析［J］．地质与资源:2011，20(2):134-136．

［2］ 罗铭玖，等．中国钼矿床［M］．郑州:河南科学技术出版社，1991:108-130．

［3］ 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，2008，9(3):36-38．

［4］ 王春毅，程建勇．露天中深孔爆破处理地下空区的实践［J］．采矿技术，2008，8(3):61-63．

［5］ 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，2011，11(3):66-69．

［6］ 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，2010，29(6):70-72．

［7］ 邓秀艳，千海洪．逐孔起爆技术在三道庄钼矿空区处理中的应用［J］．工程爆破，2011，17(4)::50-52．

［8］ 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，2006，12(2):28-31．