露天礦采空區(qū)爆破治理

姚殿民　寇彬

摘 要：內(nèi)蒙古某礦區(qū)從井中開采轉(zhuǎn)為露天開采后，遺留下多個采空區(qū)，給露天礦的安全生產(chǎn)帶來了極大的威脅。文章在研究礦區(qū)內(nèi)的地質(zhì)條件和采空區(qū)的規(guī)模特征基礎(chǔ)上，結(jié)合露天礦現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件，選擇爆破處理采空區(qū)的方案。文中詳細介紹了有關(guān)爆破設(shè)計、施工情況以及爆破效果。

關(guān)鍵詞：露天礦；采空區(qū)；爆破治理

引言

在煤層埋藏較淺的礦區(qū)，由于小煤窯的隨意開采，導致存在許多不明采空區(qū)。采空區(qū)的存在破壞了地層的力學平衡，進而產(chǎn)生了采空區(qū)塌陷和持力層破壞等工程地質(zhì)問題，這對煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅，且對地面建筑物和工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞。

近年來，為了減少老窯采空區(qū)對礦山正常安全生產(chǎn)的威脅，或滿足煤礦采空區(qū)內(nèi)大型建（構(gòu)）筑物選址的需求，采空區(qū)治理成為一項極其重要的工作。

大唐某露天礦內(nèi)存在大量的采空區(qū)，而且該區(qū)域作為開采區(qū)和排土場，是重載車輛密集作業(yè)的區(qū)域。當在未塌陷的采空區(qū)工作時，很可能因壓力增大而使采空區(qū)陷落造成安全事故。為保證安全生產(chǎn)、充分利用有限資源，大唐某露天礦前期采用高新技術(shù)手段，對采空區(qū)進行地球物理探測和鉆探驗證。同時，根據(jù)物探和鉆探的結(jié)果，采用爆破的方法進行治理，以盡力避免因采空區(qū)帶來的危險或不必要的經(jīng)濟損失。

1 露天礦地質(zhì)及采空區(qū)情況

本區(qū)地層因第四系廣泛覆蓋出露不好，僅局部地區(qū)可見零星露頭，從目前已獲得資料來看，區(qū)內(nèi)發(fā)育有古生界泥盆系上統(tǒng)變質(zhì)巖系，中生界侏羅系中統(tǒng)顏家溝群，白堊系下統(tǒng)興安嶺群的龍江組、甘河組和扎賚諾爾群的南屯組，大磨拐河組；新生界第四系的更新統(tǒng)和全新統(tǒng)，礦區(qū)內(nèi)煤層埋深約為60-70米。

當位于地下的礦體被開采出來后，留下的空區(qū)域被稱為采空區(qū)。在礦體被采出后形成的采空區(qū)經(jīng)過一段時間的應力重新分布達到新的平衡后，會在上部巖石層的垂直方向上形成“縱三帶“，從下往上依次為垮落帶、斷裂帶和彎曲帶。如圖1所示：

2 爆破治理方案

2.1 采空區(qū)治理原理

由于采空區(qū)是以往小煤窯私采亂挖形成的，其具體的范圍、埋藏深度等難以確定，無法從采空區(qū)底部爆破使其坍塌。因此，在采空區(qū)上方鉆穿孔，埋設(shè)炸藥，并采用微差爆破技術(shù)使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌。

2.2 爆破參數(shù)的選取

根據(jù)順興煤礦礦區(qū)的巖石和土壤的特性，結(jié)合施工機械，確定采空區(qū)爆破治理的爆破參數(shù)。

（1）鉆孔直徑D：D=230mm。

（2）鉆孔深度L根據(jù)具體采空區(qū)埋深而定確定，一般情況下，L=55m。

（3）鉆孔角度：垂直地表面鉆孔。

（4）最小抵抗線：w=20D=4.6m；取4.6m。

（5）炮孔間距：a=0.8w=3.68m；取3.5m。

（6）堵塞長度：L堵=22.5D=5.2m。

（7）單位長度耗藥量：q=25kg/m。

（8）單孔裝藥量：Q=（L-3L堵）×q。

（9）炮孔布置方式：采用等邊三角形布孔，即梅花形布孔。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了提高爆破治理采空區(qū)的效果，根據(jù)采空區(qū)的特征和類似工程的經(jīng)驗，則將單孔裝藥量分成三份，其中，底部裝1/2，中部裝1/3，上部裝填1/6。穿孔間采用梅花形布孔，即穿孔間構(gòu)成等邊三角形。具體見圖2。

R-爆點到被保護對象間的距離，100.0m；Q-次最大齊爆藥量，2100kg。

經(jīng)計算知：距爆心100m處的爆破振動速度為4.6cm/s。根據(jù)現(xiàn)場考察知，爆區(qū)周圍環(huán)境開闊，距爆區(qū)最近的辦公區(qū)有140.0m；且是輕質(zhì)彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，抗震能力較強。同時，現(xiàn)有的采空區(qū)可起到減震作用，一般可以使爆破震動減少50%以上，因此，可確保安全。

3 爆破治理效果檢查

在露天礦的排土場和采場采用微差爆破技術(shù)使其自下而上爆破，利用重力使其自行坍塌，共治理采空區(qū)21個。經(jīng)治理的采空區(qū)完全塌陷，不會對安全生產(chǎn)造成威脅。同時爆破產(chǎn)生的震動和飛石，嚴格控制在安全范圍之內(nèi)，沒有影響露天礦內(nèi)辦公區(qū)和生活區(qū)的正常運行。