维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖ０１．１７，Ｎｏ．８ 第１７卷第８期 ２００８年８月 中 国 矿 业 ＣＨＩＮＡ ＭＩＮＩＮＧ ＭＡＧＡＺＩＮＥ Ａｕｇｕｓｔ ２００８ 露天深孔爆破处理大型采空区的实践 叶图强 ，曾细龙 ，林钦河 ，蔡进斌 （１．广东宏大爆破股份有限公司，广东广州５１０６２３； ２．广东云浮硫铁矿企业集团公司，广东云浮５２７３４３） 摘要：矿山由地下开采留下的大型采空区，在矿山转为露天开采时，会给日常生产留下安全隐患。 本文通过实例，介绍采用露天深孔爆破对采空区进行处理，该方法可供同类矿山参考。 关键词：露天深孔爆破；大型采空区；地下开采；露天开采；效果评价 中图分类号：ＴＤ２３５．３３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—４０５１（２００８）０８—００９７—０５ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｓｏｌｖｉｎｇ ｌａｒｇｅ ｍｉｎｅｄ’ｏｕｔ ａｒｅａ ｂｙ ｏｐｅｎ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ＹＥ Ｔｕ—ｑｉａｎｇ ．ＺＥＮＧ Ｘｉ—ｌｏｎｇ ，ＬＩＮ Ｑｉｎ－ｈｅ ，ＣＡＩ Ｊｉｎ－ｂｉｎ。 （１．ＧｕａｎｇＤｏｎ Ｈｏｎｄａｒ Ｂｌａｓｔｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６２３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｙｕｎｆｕ Ｐｙｒｉｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ，Ｙｕｎｆｕ，５２７３４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｍｉｎｅｄ—ｏｕｔ ａｒｅａ ｔｈａｔ ｉｓ ｌｅｆｔ ｗｈｅｎ ａ ｍｉｎｅ ｉｓ ｍｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｔｒａｎｓｉ— ｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｓｕｒｅｆａｃｅ ｍｉｎｉｎｇ ｉｓ ａ ｓｅｃｕｒｉｔｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｕｄｃｅｓ ｔｈｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗａｙ ｏｆ ｏｐｅｎ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｐｅｎ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｌａｒｇｅ ｍｉｎｅｄ—ｏｕｔ ａｒｅａ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｗｏｒｋ；ｏｐｅｎ ｐｉｔ ｍｉｎｉｎｇ；ｅ— ｖａｌｕａｔｉｏｎ １概述 常的处理方法有：①井下潜孔爆破处理；②井下硐 室爆破处理；③胶带运输机干式充填；④水砂充 填；⑤尾矿充填；⑥露天深孔爆破。其中，①、 ②、③必须在井下处理，④、⑤、⑥可以在露天条 件下处理。 广东省云浮硫铁矿是一个设计年生产能力为 ３００万ｔ的露天矿。该矿在基建之前，经历了十余 年地下开采，在３０５ｍ水平以上共形成１７个采空 区（采空场），采空区水平面积１５１１２．４ｍ ，总容 积１９２１８２ｍ。。 由于井下处理的方法和充填法，在设备、技 术、费用上几方面矿山难以全部达到，而露天深孔 爆破法处理采空区，可以将探查采空区形态、爆破 处理和矿山正常采剥生产三方面结合起来，做到分 期、分次、分区进行处理，只要人员、设备在采空 随着露天台阶推进，存在于露天采场内的采空 区严重阻碍了采场生产的正常进行，对矿山的安全 生产构成威胁。为此，矿山成立专门机构对采空区 进行处理，在不断摸索和总结的基础上，结合生产 实际，形成了一套处理采空区的行之有效的方法 区上作业时，保证有必要的安全厚度，露天深孔爆 破优越性是较为明显的。 ２．１露天深孔爆破法的设计 采用露天深孔爆破法处理采空区设计的一般步 骤说明如下： 露天深孔爆破法。 露天深孔爆破法把探查采空区形态和穿孔爆破 紧密结合，随着台阶采掘推进，在计算安全厚度 内，确定爆破作业水平，采用深孔爆破技术将采空 区上部围岩崩落充填至采空区内，达到处理采空区 的目的。 （１）探查：是对采空区在平面和空间位置的 准确掌握。要根据已有资料，对采空区进行摸底， ２露天深孔爆破法的步骤 了解采空区的范围、覆盖层的厚度、采空区的高 度、采空区底的高程，以及采空区内矿柱和巷道的 位置等，随着技术的进步，除采用钻探的方法外， 还可以采用仪器进入采空区进行探查。 地下开采转为露天开采时，对遗留的采空区通 收稿日期：２００８—０５～２７ 维普资讯 http://www.cqvip.com ９８ 中国矿业 第１７卷 （２）计算安全厚度：安全厚度是指保证人员、 设备在待处理采空区顶部覆盖层正常作业的最小厚 度。安全厚度的确定，是露天深孔爆破处理采空区 的关键，只有保证足够的安全厚度，露天作业的人 员和设备才能安全，爆破设计和施工才能顺利完 成。 安全厚度的计算，要根据覆盖层岩石物理性 质、力学结构原理及采空区的条件考虑，有三种情 况： ①采空区长度与宽度比例大于２，此时采空区 顶部覆盖层类似一块两端固定的梁 ，受均衡连续 载重作用： Ｈ 一Ｌ ／８×｛儿 ＋［ｒ Ｌ ＋１６ａ（Ｐ＋Ｐ ）］ ｝／ （１） 式中：Ｈ 一最小安全厚度，ｍ；Ｌ 一采空区宽度， ｍ；ｒ一采空区覆盖层岩石的比重，ｔ／ｍ。； 一采空 区覆盖层岩石的准许拉应力，ｔ／ｍ ；Ｐ 一设备对 地面单位压力，ｔ／ｍ ；Ｐ 由爆破而产生地动荷 载。 Ｐ—ＫｒＨ（Ｋ ＋Ｋ ）／Ｋ （２） 式中：Ｈ一台阶高度，ｍ；Ｋ 一爆堆沉降系数； Ｋ 一钻孑Ｌ超深系数；Ｋ 一爆破后岩石的碎胀系数； Ｋ一载重冲击系数。 ②采空区长度与宽度比例等于或小于２，最小 安全厚度为： Ｈ ＝＝＝Ｌ ／ｇｘ×｛３ｒＬ ＋［９ｒ Ｌ ＋ ６９ｘａ（Ｐ＋Ｐ１）］ ｝／ｏ （３） 式中： 为系数，视采空区长度与宽度比例及采 空区稳定性不同取值。 ③按照普式地压理论 。 计算： 自然拱拱高：ｈ。一ｂ／ｆ （４） 压力拱拱高：ｈ 一ｂ ／ｆ一［６＋ｈｔｇ （４５。一 ９）３／ｆ （５） 破裂拱拱高：ｈ。一ｂｚ／ｆ＝＝＝［６＋ｈｔｇ （９０。一 ９）３／ｆ （６） 式中：厂一岩石强度系数； ６一采空区宽度一半； 岩石内摩擦角。 上述计算结果取大值作为最小安全厚度。 （３）确定爆破处理方案：包括在最小安全厚 度的条件下确定深孔爆破处理水平。根据炸药量情 况，选定一次爆破处理的规模，分次处理采空区时 各区爆破顺序，深孔爆破处理的单耗、充填长度、 最小抵抗线等参数。 炸药单耗按抛掷爆破 类型选取： Ｑ抛一ｆ（ｎ）ＫＷ。 （７） 底部抵抗长度也是一个关键参数，在保证炸药 不掉落空区的情况下，底部抵抗长度小于上部充填 长度。 （４）根据爆破处理方案，确定钻机作业的孑Ｌ 距和排距，在平面图上标出。布孑Ｌ时，除采空区之 间的保安矿柱外，尽可能避开其它矿柱，减少穿孔 进尺，为减少牙轮钻因打三节杆需多次接卸杆带来 操作上的不便，在未探明有空场面积存在和存在空 间可能性不大的区域，孔网适度加大。 （５）根据钻孔平面图上的位置，测量人员在 现场放出孔桩，钻机根据孔桩作业。此时，穿孔可 能打穿采空区，因此，在采空区上穿孔有辅助探查 采空区的作用。 （６）穿孔完成后，测量人员对现场孔位进行 实测。根据穿孔过程中量得孔深，可以进一步了解 空区情况，并对爆破选取的单耗、充填长度、底部 抵抗线等参数进行重新验算。 （７）起爆网路设计： 起爆网路对采空区的爆破处理也很重要，起爆 网路设计要考虑以下因素：第一，要破坏采空区已 形成的应力平衡，对布在采空区起支撑作用的矿柱 等的炮孑Ｌ要先起爆；第二，要考虑前后段起爆时相 互影响，防止因爆破震动影响，孔内炸药掉落到空 区；第三，要控制同段最大药量，不要超过允许震 动速度；第四，分次处理采空区时，要考虑先处理 的采空区对后处理的采空区的影响；第五，采空区 爆破处理的覆盖层，应充分充填至采空区，为设备 的正常采装创造有利条件。 （８）爆破安全距离的验算：根据爆破安全规 程（ＧＢ６７２２—２００３），计算出： ①允许同段最大药量 一ｋ（Ｑ ／。 ／Ｒ） （８） ②爆破冲击波安全距离计算 Ｒ 一２５Ｑ （９） 还要注意保护爆区附近的民居，要防止爆轰波 从原采空区巷道出口溢出造成危害。 ２．２露天深孔爆破法的施工 采用露天深孔爆破法处理采空区时，施工的一 般程序如图１。 露天深孔爆破法处理采空区的施工，与一般露 天深孑Ｌ爆破法相比有如下特点 ： （１）孔深要求不同。一般深孔台阶爆破孔深 为１４～１６ｍ，而空区处理达２４ｍ，有些孔深达 ３０ｍ，其孑Ｌ深超过导爆管雷管脚线长度，增加了施 工难度。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第８期 叶图强等：露天深孔爆破处理大型采空区的实践 ９９ Ｈ Ｈ打抵抗Ｈ Ｈ 图１爆破施工的一般步骤图 Ｈ起爆 （２）采空区爆破处理需要打抵抗。一般深孔 台阶爆破不需要打抵抗，采空区炮孑Ｌ的下部抵抗长 爆破装药，但是在采空区的穿孔，除此外还起探查 空区的作用。 （６）安全措施方面。采空区处理中，由于爆 破冲击波可能从原地下开采井口传出造成危害，所 度，能保证装药到爆破这段时间不能掉落采空区。 （３）需要分段装药。分段装药增加了装药难 度，要求施工质量高。 （４）施工时间更为紧迫。爆破作业特点之一， 以要求井口附近人员、设备提前撤离，并采取相应 的安全措施。 是时间紧、强度大，但采空区处理施工时问更为紧 迫，由于车辆、人员在空区上作业，很容易引起不 另外，为了预防部分孔内温度高的炸药自燃， 预备消防车在附近待命。 ３ 实例 稳定的采空区顶板塌落。所以，整个爆破施工过程 越短，施工效果越有保证，施工完成后，要在最短 时间内起爆，以减少炸药在空区停留时间。 （５）露天穿孑Ｌ探查处理是穿探结合，边穿孔 边探查。一般露天深孔爆破穿孔的目的主要是为了 ２００６年，云浮硫铁矿采用深孔爆破法对本矿最 大的６ 、８ 两个采空区进行处理，具体过程如下： （１）６ 、８ 两个采空区基本情况（见表１）。 表１ ６ 、８ 采空区现状表 （２）待爆破处理的６ 、８ 采空区位置，见 图２。Ｐ ）］ 。）／ａ＝８．９ｍ，取９ｍ。最小安全厚度一９ｑ－ ０．２５×１２—１２ｍ。 ｈ１—６＋ｈｔｇ（４５。一 ）／ｆ＝８．３９ｍ，取９ｍ。 故验证６ 采空场西边Ⅱ区最小安全厚度为 １２ｍ＜１９ｍ。 （５）爆破参数的选择：爆破参数的选择如下： ①取爆破作用指数函数ｆ（ｎ）一１．１～１．２， 单耗为０．７～０．８０ｋｇ／ｍ。。 ②孔排距５ｍ×６ｍ～７ｍ×５ｍ。 图２ ６ 、８ 采空区现状图 ③下部抵抗线在３．０～４．５ｍ。 ④一般每孔都需打抵抗，以防炸药掉落空区。 （３）爆破处理采空区分区情况（见表２）。 上部冲填７～７．５ｍ。 （６）装药结构见图３： （７）起爆网路如图４： （４）安全厚度计算： Ｈｎ Ｌｎ／８×｛ｒＬｎ＋［ｒ Ｌｎ ＋１６ａ（Ｐ＋ 维普资讯 http://www.cqvip.com １００ 中国矿业 第１７卷 注；炸药量中未计８ 采空场边界外一起爆破的正常孔药量，实际总炸药量可达ｌＯＯｔ，该炸药总量已经超过炸药库最大储存量，所以要采取 采空ⅨＬ部覆盖层 分次处理。 ４效果评价 （１）实测情况：从实测图看，爆破后，炮区 长１３０ｍ，宽从北向南为１２～６５ｍ不等；炮区长度 方向有一条塌沟，其宽度最大为２２ｍ；在炮区西南 方面，有爆破后岩石堆积，长约４０ｍ，宽２５ｍ。 测量人员对实测现状进行计算，结果如下：塌 陷体积Ｖ塌一７４３０ｍ。，爆破后抛起岩石体积Ｖ抛一 ３１２０ ｍ。。 （２）对爆破实测现状分析 ①爆破后，炮区范围内有明显的塌陷区，这是 处理采空区最为明显的特点，这也是与正常台阶爆 图３装药结构图 图４起爆网路图 破不同点之一。由于空区的存在，空区上部覆盖层 ②爆破后，炮区西南方向（Ⅱ区范围）出现抛 爆破后，在炸药能量抛掷及岩石重力作用下，爆破 起岩石现象。产生这种现象原因，主要与起爆网路 岩石填向空区，于是形成爆堆表面凹陷坑，也就是 设计中起爆方向有关。 塌陷区。 当整个炮区岩石向此方向挤压时，一部分岩石 维普资讯 http://www.cqvip.com 第８期 叶图强等：露天深孔爆破处理大型采空区的实践 １Ｏ１ 被炸药爆炸产生的能量抛向空区，另一部分岩石由 于补偿空间不够，冲满空区后岩石向此方向抛起。 工作。 （２）加强对空区形态探查和摸底工作，如精 ③爆破后，炮区形成南北方向连续的凹陷坑。 ６ 、８ 采空场是以中间宽４．Ｏｍ左右保安矿柱为 界分为两个空场的，爆破后形成连续凹陷坑，说明 ６ 、８ 采空场中间的保安矿柱，在凹陷坑宽度范 围内已被破坏。 心设计探查孔并进行探查。 （３）在充分论证和反复斟酌的基础上，选取 爆破设计的参数。如对打底抗长度的论证，分区方 案提出和论证等。 （４）加强从布孑Ｌ一穿孔一量孔一护孔一打底抗一爆 破施工各环节施工质量把关和验收，确保施工质量 ④对爆破量与空区容积进行有关计算如下： 工爆破实体体积：Ｖ实一８．５万ｍ。。 达到设计要求。 但如下几方面有待改进：①由于未打穿，炮孔 全部充满水，这给装药带来难度，现场装药时，个 别孔充填未达到要求；②开始打抵抗用双铁线，给 装药和量炮孑Ｌ带来很多不便，在实际施工时，不得 不改为单条铁线；③８ 采空场出现未打穿炮孔， Ⅱ爆破前空区体积Ｖ 一Ｖ ＋Ｖｓ一２．１—０．３５２ ＋４．７／２—４．０９８万ｍ。≈４．１万ｍ。。 Ⅲ爆破塌陷体积Ｖ塌一７４３０ ｍ。一Ｏ．７４３万ｍ。。 爆破后岩石抛起体积Ｖ抛一３１００ ｍ。一０．３１万 ｍ３。 Ⅳ查相关资料，岩石碎散系数选取１．５。 爆破后岩石体积Ｖ１一Ｖ碎一１．５Ｖ实一１．５×８．５ —装药完成后有炸药掉落现象，值得今后处理采空场 注意，以后处理采空场对未打穿炮孔也应打抵抗。 １２．７５万ｍ。；爆破前岩石与空区容积共计Ｖ 一 采用露天深孔爆破法处理采空区，将探查和爆 破穿孑Ｌ结合在一起，节省了费用，消除了矿山生产 中的安全隐患，经济效益和社会效益明显。该方法 适用同类矿山采空区处理，具有推广应用价值。１ 参考文献 Ｖ实＋Ｖ卒一８．５＋４．１—１２．９万ｍ。；爆破后应形成 塌陷区空间Ｖ。一Ｖ。一Ｖ 一０．１５万ｍ。；实际形成 塌陷空间Ｖ４一 塌一 抛一０．７４３—０．３１—０．４３３万 ｍ。＞应形成塌陷区空间Ｖ。一０．１５万ｒｎ。。 （３）对爆破后结果评价 从以上分析和计算可以得出如下结论：本次 ［１］ １９９７，（６）：８５—８６． 柯长安，陈炎江．露天台阶爆破ＣＡＤ系统［Ｊ］．爆破， ６ 、８ 采空场爆破处理，塌陷充分，效果较理想， 达到了预期目的。 ５ 结语 （２３ 梁治明，丘侃，陆耀洪合编．材料力学［Ｍ］．北京：高等 教育出版社，１９８５：８６—９２． ［３］ 蔡美峰主编，何满潮，刘东燕副，主编．岩石力学与工程 （Ｍ３．北京：科学出版社，２００２：３２０—３３５． ［４］ 陶颂霖．凿岩爆破（Ｍ３．北京：冶金工业出版社，１９８６． 回顾这次爆破工作，如下几方面做得较好： （１）重视爆破方案设计前的资料收集和核实 ［５］ 曾细龙，林钦河，蔡进斌．云浮硫铁矿采空区处理施工经验 浅谈［Ｊ］．化工矿物与加工，２００５，（１２）：２７—２８． 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米来米米米米米米米米米米米米米 （上接第９６页） ＥＪ］．石油沥青，２００５，１９（４）：５６～５８． ［２］ 交通部公路科学研究所．超薄层沥青混凝土面层技术研究 ＥＲ］．公路交通科技（应用技术版），２００５，１：４６—５３． 出：超薄沥青混凝土面层宜采用ＳＡＣ一１０中值级 配；对高温和多雨地区的重交通路段，可采用性能 更加优异的ＳＭＡ一１０中值级配。研究结论对于超 （３］ ＪＴＧ Ｆ４０—２００４，公路沥青路面施工技术规范［ｓ］．北京： 人民交通出版社，２００４． （４３ ＳＨＣ Ｆ４０一Ｏ１—２００２，公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南 ＥＳ］．北京：人民交通出版社，２００２． 薄沥青混凝土面层的推广应用具有技术参考价值。 ■—■ 参考文献 ［１］ 曹卫东，等．超薄沥青混凝土面层技术研究及应用简介 （５３ 沙庆林．多碎石沥青混凝土ＳＡＣ系列的设计与施工［Ｍ］． 北京：人民交通出版社，２００５．