露天与地下巷道交汇处安全开采研究

韦志兴，刘文安，黎永杰，詹海华

(1.中信大锰矿业有限责任公司 大新锰矿分公司，广西 大新 532315；2.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530029)

我国矿山开采采用露天开采(以下简称为：露采)转地下开采(以下简称为：地采)的方法很普遍。但是，国内外露采与地采巷道交汇地带同时安全开采的情况甚少，而且各个矿山的地质条件不同，遇到的问题各不一样，少有经验可供参考。中信大锰矿业有限公司大新锰矿在开采过程中遇到露天和地下开采交错影响问题，对矿山上下安全顺利开采是很大的考验。因此，研究露采采剥穿孔爆破方法和安全防范措施[1]，对解决这类问题具有重要的现实意义。

1 矿区特点及开采现状

1.1 矿床特点

广西大新锰矿属于大型浅海相沉积型锰矿床，由于长期风化作用而形成了浅部氧化带和深部原生带。赋存于氧化带的氧化矿大部分处于340 m标高以上，锰矿层自下而上分为3层，层与层之间均有夹层。矿层层位稳定，呈层状产出，产状与围岩一致。个别矿段由于受褶皱和断层的影响，矿层的产状与连续性变化极大。多级褶皱致使矿层倾角可由水平变为直立，而后倒转，顶底板相互颠倒，加上断层破坏，致使矿层位移和重叠。

矿层厚度变化不大，总的趋势是由东向西，由厚变薄。3层矿最厚处均在中采场，其中Ⅰ矿层最厚为3.23 m，Ⅱ矿层为5.05 m，Ⅲ矿层为3.13 m，在中—东采场3个矿层2个夹层非常稳定，各层矿的矿化连续性很好，矿层厚度变化系数为32%～47.1%。矿层及夹层厚度见表1。

表1 矿层及夹层厚度概况 m

1.2 开采现状

广西大新锰矿东采场9～13号勘探线开采范围内，露采在地采主巷运输上方作业。该矿段处于氧化带界线附近，氧化锰矿石和碳酸锰矿石共存，且产状较为复杂，出现明显褶皱构造，矿体上盘(北面)围岩多为坚硬的原生岩石，矿体下盘(南面)围岩多为相对松软的风化岩石。目前，露采工作面365台阶(台阶高度为10 m)边沿已推进至10号勘探线附近，与恰好穿过此区域的340巷道中轴线水平投影距离20多米。340巷道顶部标高344 m，地表标高377 m，垂直高差为33 m。365台阶继续推进跨过340巷道上方时，垂直距离仅为22 m左右。矿区10号勘探线的开采现状详见图1。

图1 矿区10号勘探线开采现状

在如此近距离的情况下，爆破的震动对地采巷道的稳固性影响非常大。而巷道顶与露天炮孔孔底间的安全距离、爆破的具体参数和采取的相应措施并无经验可循。若因为露采穿孔爆破作业而影响到340巷道的安全运行，地采年25万t的运输能力不仅无法实现，而且会因此出现矿山安全事故，后果将非常严重。

2 穿爆及采剥方案

2.1 初步确定警戒带范围

首先根据实际情况，在地表标明340巷道中心线位置，确认地采巷道在地表上的水平投影位置，并做好标识警示；其次，寻找影响依据。当375台阶在此位置上方爆破时，孔底距离巷道顶部为32～33 m，实施爆破并未发现严重影响巷道稳固的现象。在周围岩性变化不大的情况下，据此推测距离巷道32 m左右的空间范围内，爆破作用力对巷道稳固性影响不大；最后，投影井下巷道影响警戒范围到地表。计算确定地表水平偏移24 m以外拉线标识露采爆破井下巷道影响警戒带，穿孔爆破不能超过警戒带以内区域。

2.2 警戒带边沿穿爆试验

2.2.1 爆破布孔区域及孔网参数

在警戒带边沿开展台阶的穿孔爆破试验，以观测爆破作业对井下巷道的影响程度。布孔情况及参数如下：炮孔排数为5排，炮孔数量为37个，孔网参数为2.5 m×3 m，穿孔深度为10～11 m，布孔面积约为320 m2，控制的剥离量约0.8万t，最后1排穿孔离340巷道中心线水平距离为24.2 m，孔底距巷道最近距离为32.5 m。测绘确定好孔网实测位置图(见图2所示)。

图2 中部露采与地采巷道交汇地带穿孔爆破试验布置

2.2.2 爆破试验方案

1)控制单孔装药量，前3排共27个孔，单孔装药量为45 kg，后2排共10个孔，单孔装药量为30 kg。

2)装药结构前3排正常连续装药，后2排每孔分2段间隔1.5 m装药，每段药量15 kg，每段单独设置雷管起爆，采用泥土填塞满炮孔。

3)实行多排孔微差分段起爆措施[2]。从台阶边坡线起，第1、2排装1号段别的导爆管雷管，第3排装3号段别的导爆管雷管，第4、5排装5号段别的导爆管雷管。

4)爆破作业由露采现场技术人员组织实施，爆破作业期间需要的配合工作，由地采相关人员配合。

5)爆破时，通知各方人员撤离爆破区域，井下340巷道采取封闭通行以及必要的安全防范措施。

中部露采与地采巷道交汇部位穿孔爆破试验参数布置见图3。

2.2.3 穿爆结果

实施爆破试验后，未发现地采巷道有影响其稳固的不良后果，露采爆堆爆破效果较理想，挖掘设备可以采装矿岩。试验结果表明：警戒带的设置符合该地段地质条件及穿孔爆破工艺要求，在正常情况下，警戒带范围以外(距离巷道33 m以外)的区域可以按照正常的穿孔爆破开展作业，为露采采剥计划的实施指明了方向。

2.2.4 采剥方案

根据露采设计的最低开采境界情况，最低台阶标高为335 m，比340平巷底板341 m还要低6 m左右，这就是说，340平巷最终要被截断废弃，但地采该中段还需要服务1～2年的时间，在此期间，必须采取安全稳妥的采剥方案，保护340平巷的安全稳固。

图3 中部露采与地采巷道交汇地带穿孔爆破试验参数布置

矿体下盘(南面)的围岩为较松软的风化岩，可以考虑在穿孔爆破采剥警戒带以外，利用露采大型挖掘设备直接挖掘巷道上方台阶在巷道侧面的岩土，形成一道足够宽度的沟槽，利于设备通行和雨季排水。当超过西面警戒带之后，向两边扩大工作面，实施正常的采剥作业。在实施挖掘沟槽的过程中，碰到难以铲装的坚硬风化岩石，坚硬围岩实施爆破作业时，减少爆破自由面的抵抗线，控制单孔装药量和1次爆破总药量，采用半秒差导爆管雷管实施爆破作业[3]，以减少爆炸应力直接作用于340平巷。最后，等到340平巷停用之后，再扩大并延伸采剥此处的矿岩。待到露采结束后视情况可以考虑重新浇筑巷道以恢复340巷道的结构，继续作为地采部分系统功能之用。

3 结 语

通过实践证明了在露天转地下开采的过程中可以通过实施一定的穿孔爆破方法，探索确定井上下行开采过程中出现的爆破参数，爆破地震危害范围，巷道稳固性的保障等技术难题。解决了露采地采同时交替开采而互不影响，尝试探索露天开采爆破对地下巷道影响的临界距离，通过实施各种手段取得了较好的效果，使得矿山开采可以安全顺利进行，为类似岩性下的其他矿山提供借鉴经验。

参考文献：

[1] 新编矿山采矿设计手册编委会.新编矿山采矿设计手册[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[2] 高尔新，杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999.

[3] 刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999.