近空区采矿一体化处理技术探索与实践

张志雄，叶雪云，雷 勇

（1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

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近空区采矿一体化处理技术探索与实践

张志雄1，叶雪云1，雷 勇2

（1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司，湖南郴州 423037；2.三一重工股份有限公司，北京 102206）

在露天开采过程中，采空区的存在严重制约矿山安全生产。通过对野鸡尾矿下部采空区的调查，按照空区形态、跨度、大小等参数分析，对空区进一步实行归类管理。针对存在贯穿地表空区特有采矿条件，提出近空区与采矿协同处理的方案。分别以875-1下部单层空区和875-3下部多层复杂空区为研究对象，利用贯穿地表空区为自由面，成功实施了一次中深孔爆破，实现采矿与空区一体化处理。

露天采矿；地下采空区；采空区处理；中深孔爆破

近年来，受民采非法盗采等非计划性开采，以及地下转露天开采的影响，部分露天矿在开采境界内存在着大量未处理的采空区［1～4］。采空区由于采矿活动及暴露时间增加，形态不断发生变化，导致不同程度的失稳、破坏、坍塌，严重威胁着矿区内的人员和设备。虽然各矿山采空区形成的原因不尽相同［5，6］，但是这些采空区已成为影响矿山安全生产的重大隐患。因此，深入研究露天开采时采空区的合理高效的开采方法是非常必要的。以野鸡尾矿区进行近空区采矿一体化处理为例，通过中深孔爆破等技术手段对805以上部分空区进行处理，取得较好的效果，对消除矿区内空区具有重要意义。

1 工程概况

1.1 地质概况

湖南柿竹园有色金属有限责任公司（简称柿竹园矿）野鸡尾矿区地处湖南省郴州市苏仙区境内，其地理坐标：东经113°07′30″～113°10′44″，北纬25°44′13″～25°44′46″。野鸡尾锡多金属矿床（简称野鸡尾矿）位于木头盖山上，最高标高930 m，最低标高510 m，面积约1 km2，东邻野鸡尾铅锌矿床，西与柿竹园钨锡钼铋矿床相接。

矿区位于南岭东西向构造带的中段北侧，西山背斜和五盖山背斜之间的东波复式向斜的扬起端。出露地层有泥盆系上统佘田桥组（D3s）、中统棋梓桥组（D2q）、中统跳马涧组（D2t）、震旦系下组（Z1）。矿体由30、31、32号矿体组成，总体呈筒柱状产出，东西长100～300 m，南北宽50～115 m，向北西方向倾状，倾角45°。沿倾斜方向至755 m、711 m中段，逐渐膨大，向下延深至510 m标高。矿石主要有云英化石英斑岩锡矿石、矽卡岩锡矿石、网脉状大理岩锡矿石，围岩为大理岩、大理岩化灰岩、矽卡岩、花岗斑岩。

1.2 矿山开采概况

矿区开采始于20世纪80年代初，采矿用小规模地下开采，并在855 m、875 m等中段富矿区布置采场，2006～2008年间对野鸡尾锡多金属矿进行了露天开采。目前，公司为了给铜锡金属选矿工业试验提供原矿，再次启动露天开采，部分开采标高已降至875 m水平。

采用汽车-平硐溜井联合开拓运输方式，溜井布置在露天坑内，井口标高现为875 m，随采场开采水平下降而降段，井底标高为560 m，且各水平设分支溜井与主溜井联通。采下矿石经装载机转运至溜井，经溜井下放至560 m水平，再通过560主平窿汽车运输至选厂。

1.3 空区分布情况

近年来，通过矿业秩序整顿等多方面努力，进入各个中段实施了空区资料调查，805以上空区已经基本查明，并根据空区的赋存形态、矿岩稳固条件、空区处理的难易程度［7，8］，将其分为三类（见表1）。

表1 805水平以上空区参数

Ⅰ类空区，为简单容易处理的空区。通常无构造带，顶板岩石稳固性好，空区跨度小于空区间隔层厚度2倍，空区顶板连续暴露面积较大但有多矿柱支撑的单层空区；上层空区顶板与下层空区底板间的隔层厚度均大于最小安全厚度的多层空区。

Ⅱ类空区，为复杂难处理的复合空区。即有相对独立构造带，顶板岩石不稳固，空区跨度大于空区间隔层厚度2倍，空区顶板连续暴露面积较大，矿柱较少或矿柱部分塌落的单层空区；空区互相复合，上层空区与下层空区间的隔层厚度小于最小安全厚度的多层空区；因开采导致单层空区顶板与台阶面之间的厚度小于安全厚度。

Ⅲ类空区，为极复杂极难处理的多层复合空区。即多条构造带相交，顶板岩石不稳固，空区跨度大于空区间隔层厚度2倍，空区顶板连续暴露面积较大，无矿柱支撑，采空区顶板已部分塌落的多层复合交错重叠空区间的隔层厚度小于最小安全厚度；顶板塌落，且相互贯通的多层复合交错重叠空区。

2 空区处理方案

2.1 空区特性

此次处理1号空区群，总体积达到65 955 m3，属于非法盗采31号矿体形成的多层空区群，已经贯穿地表形成天窗，形状极为复杂，顶板厚度不一。为了满足矿山安全生产需要，采用实测、工程地质调查及钻孔探测等手段，进一步探测采区内空区情况，图1为查明1号空区群855以上分布情况。

空区主体呈桶状，向北部倾斜，875水平达1 329 m2，855水平面积为996.62 m2，并延伸至下部805，其中855水平系浅孔留矿法采下空区，相互之间巷道联通，形状不一，面积约111.2～294.5 m2，顶板8～15 m。

图1 采矿区域地下空区分布图

2.2 空区处理技术参数

采空区的形成导致周边一定范围的岩体应力重分布，局部出现应力集中，往往会伴随着岩体变形、位移变化，严重情况导致破坏失稳及地质灾害。空区处理的实质是缓和岩体应力集中的程度，转移应力集中的部位，或使应力达到新的相对平衡。从目前开展的处理空区方面的研究看［9～11］，概括起来主要是封、崩、充，或者是其相结合的组合法。

鉴于野鸡尾矿矿体与空区赋存条件，拟以地表天窗为中心，临近空区的周边区域开展采矿活动，现存地下空区对采矿爆破作业影响较大，通过开展进一步研究，采用分区处理的方式，针对不同的空区单独研究处理方案。此次采矿爆破方案设置为3个爆区，如图2～图6所示。

图2 炮孔布置图

图3 A-A′剖面图

图4 B-B′剖面图

图5 C-C′剖面图

图6 D-D′剖面图

875-1采区内地下空区属于单层空区，且空区顶板厚度大于最小安全厚度。根据圈定空区范围，采用潜孔钻机直接在穿孔作业，加深钻孔崩落矿石充填空区，待带降段后清理充填矿石。

875-2采区：在该区域存在855的主要平巷，由于跨度较小，降段后顶板不影响后续作业。因此，对应31号矿体采矿，穿孔深度11.5～12 m，以空区为自由面进行爆破，并减少临近陡边坡炮孔的药量，尽量控制矿石滚落损失。

875-3采区：为31号矿体采矿，受多层空区影响较大。采用20 m深孔并段处理，钻孔直接打穿空区顶板和矿柱，以近空区为自由面，逐排向北东方向推进。爆破后爆堆采用反铲挖掘机转运到大空区，经空区溜到805水平，再经转运倒入主溜井。

3 近空区采矿工程实践

3.1 凿岩参数

爆区内主要为矽卡岩锡矿石及风化的矽卡岩，抗压强度81.6 MPa，抗拉强度5.1 MPa，普氏系数f＝8～14，密度3.27 t／m3，松散系数2.30。台阶高度10 m，台阶坡度75°～80°，采用CL-315型履带式潜孔钻机穿孔，孔径Φ110 mm。

875-1和875-2区：孔深L为11.5～16 m，超深1.5 m，抵抗线W1为4～4.5 m，由于试验矿石块度要求较小，采用孔距a为4.0 m，排距b为3.0 m，堵塞l2为3.5 m。

875-3区：孔深L为16～21 m，抵抗线W1为4～4.5 m，采矿区域孔距a为4.0 m，排距b为3.0 m，堵塞l2为3.5～4.0 m。

三个爆区均采用三角形布置，局部地方有所调整，钻孔140个，其中56个乱孔，6个废孔，成孔率为95.7%。爆区总钻孔进尺1 740 m，共消耗炸药9 550 kg，采下矿石约43 kt，采矿平均炸药单耗为0.72 kg／m3。

3.2 装药结构与网络

装药结构为连续单一装药，为了提高线装药密度，采用装药器进行机械装药，起爆药包靠近孔底，置于药柱1／3处，药包放置2发起非电毫秒雷管爆，达到设计药长后，利用细岩粉密实充填，堵塞长度3.5～4.0 m。超过14 m深孔，采取全程铺设导爆索，确保爆破效果。空区穿孔采用编织袋加木塞子堵孔，再用岩粉密实，然后进行装药。

此次三个爆区采用双导爆索传播、非电毫秒延期雷管孔底逐排延时一次性起爆。计算网络延期，首段选用6段，防止区内串段，前两排选用隔段。采用CHA-300型起爆器针式激发引爆。

3.3 爆破效果

此次爆破总装药量9.55 t，采下矿石约43 kt，爆破后现场观察，两处空区范围都有明显的塌陷。临近空区矿石崩落达1／2，块度均匀，大块率低。临近边坡稳定，对附近采区的地压活动没造成影响，实现了近空区采矿一体化处理，效果较好。

1.根据爆破后测量与分析，消除了855以上该区域露采安全隐患，达到方案预期目的，矿石崩落至天窗，块度控制较好，适合805格筛进矿，降低了二次爆破成本。

2.采用多排孔微差爆破，通过布孔和合理起爆顺序，同时实现三个爆区同时起爆。可靠的网络布置对爆破质量和方案实施起到良好的效果，实现空区与采矿一体化处理。

3.此次，通过测量与走访，基本探明805以上区域空区，并实现空区分类管理。为了保证矿山的安全生产，需对该区域空区进行详细的探测，寻找经济有效技术处理手段，解决该矿空区安全隐患与生产瓶颈。

4 结 语

从矿产资源的整合与综合回收看，越来越多的有色金属矿山将会用露天开采的方式回收剩余资源与边角资源，通常露天开采的方式处理采空区应该是一种行之有效的方法。野鸡尾矿近空区采矿的一系列问题的探索与尝试，为该矿后续安全开采积累了宝贵经验。同时，为了保证矿山的安全生产，需对该区域空区进行详细的探测，寻找经济有效技术处理手段，制定各种安全开采方案与安全保障措施，以解决该矿空区安全隐患与生产瓶颈。

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Exploration and Practice on the Integrated Processing Technology of Near Goaf Mining

ZHANG Zhi-xiong1，YE Xue-yun1，LEIYong2
（1.Hunan Shizhuyuan NonferrousMetals Co.，Ltd.，Chenzhou 423037，China；
2.Sany Heavy Industry Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

In the open pitmining process，the existence of underground goaf seriously restricts the safe production of themine.By the investigation of goaf under Yejiweimine，the goaf is further classified management in accordance with the empty shape，span and size parameters.In view of the pecialmining conditions of the goaf penetrating the surface，the scheme of the collaborative treatment of the near goaf and the mining is proposed.The 875-1 single layer goaf and the 875-3 multi layer complex goaf are studied.By the goaf penetrating the surface being used as free area，the integrated treatment of deep holemining and goaf is successfully carried out.

open-pitmining；underground goaf；goaf treatment；deep hole blasting

TD853.391

A

1003-5540（2016）03-0001-04

2016-04-10

张志雄（1980-），男，工程师，主要从事矿山采矿技术研究工作。