倾斜厚矿体两步骤空场回采嗣后崩落空区处理方案优选∗

2015-06-05窦志明李向东周益龙张华涛龚益材

采矿技术 2015年5期

关键词：小井条状空区

窦志明，盛佳，李向东，周益龙，张华涛，龚益材

(1.嵩县金牛有限责任公司, 河南嵩县 4714351；2.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

倾斜厚矿体两步骤空场回采嗣后崩落空区处理方案优选∗

窦志明1，盛佳2，3，李向东2，3，周益龙2，3，张华涛1，龚益材1

(1.嵩县金牛有限责任公司, 河南嵩县 4714351；2.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙 410012；3.国家金属采矿工程技术研究中心, 湖南长沙 410012)

某大型岩金矿山倾斜厚矿体采用两步骤空场回采嗣后崩落采矿方案，一步骤采场中深孔回采完毕后，针对二步骤采场盘区分段扇形中深孔侧向崩矿嗣后放顶，提出了中深孔放顶、硐室条状药包放顶、小井药室放顶3种强制放顶方案，通过对各方案回采工艺优缺点及技术经济合理性比选，确定小井药室放顶采空区处理方案最优，为同类矿山的采空区处理提供参考。

倾斜厚矿体；强制放顶；嗣后崩落；小井药室

0 引言

采空区一般是矿床地下开采时采用房柱法、全面法和留矿法等采矿法开采后留下的空间,若不加以处理或处理不当,将产生重大的安全生产隐患。国内外空区处理方法主要分为充填处理空区、崩落矿岩处理空区、留永久矿柱支撑空区、隔离与疏导空区和联合法处理空区5大类。各类方法均有其特定的适用条件和利弊。采用两步骤回采的空场采矿法,将矿体划分为矿房和矿柱,一般先采矿房,后回采矿柱并同时处理采空区。随着矿房回采工作的进行,空区暴露面积越来越大,应力集中现象不断增加,会出现空区局部冒落、矿柱变形破坏、相邻作业区采场维护困难等地压现象,有可能发生大面积突发性岩体冒落和移动,给生产和安全带来严重后果,须及时回采矿柱并同时处理采空区。

1 空区处理方案及成本概算

根据国内外现有的采空区处理方法,结合某大型岩金矿山70号脉的水文地质条件、开采现状及空区现状与稳定性等实际情况,该矿山1304 m中段以上采用两步骤空场回采,沿矿体走向每隔100 m划分为一个盘区,由4个宽10 m的一步骤采场,3个宽20 m的二步骤采场构成。一步骤采场中深孔回采完毕后留下10 m宽的采空区,二步骤采场采用分段扇形中深孔侧向崩矿嗣后放顶方案,采场回采的同时强制放顶处理空区,提出了中深孔放顶、硐室条状药包放顶、小井药室放顶3种方案。崩落大量的围岩将采空区填满或在采空区下方形成20 m以上厚度的缓冲层,从而避免或降低空气冲击波的危害。

1.1 条状药包硐室强制放顶方案

放顶硐室布置两层,分别为放顶硐室层和条形药包层。在1334 m水平的顶板巷利用原有的工程布置一层放顶硐室,设计3个硐室,硐室最大抵抗线为38 m。1337 m水平的条状放顶硐室是从1334 m中段开凿下山到1337 m水平,两条形药包的长度分别为38 m、40 m。条状药包硐室放顶工程设计剖面见图1。

图1 条状药包硐室放顶工程设计剖面

采用条形药包加强松动爆破计算装药量,计算公式见(1),硐室放顶工程量及成本概算见表1和表2。

式中:Q——计算药量,kg；

e——炸药换算系数,对2号岩石炸药取1.0；

K′——松动爆破药量系数,对平坦地形的松动爆破取值0.44K,对多临空面或崩塌爆破取值(0.125～0.4)K,此处取值0.4K；

K——标准单耗,kg/m3,正长岩为1.4；

L——条形药室长度,m；

W——最小抵抗线,m。

经计算,硐室最大药量为: Q条硐＝1×0.4×1.4×282×35＝15360 kg

表1 条状药包硐室放顶工程工程量

表2 条状药包硐室放顶成本概算

1.2 中深孔强制放顶方案

中深放顶方案是在1344 m中段缓倾采场矿体的顶板上,采用潜孔钻机打下向孔。对于盘区试验采场23N22,21S13,21N2,19S33,19S18,21N2作为矿柱采场,放顶后才回采,中深孔放顶分为北区、南区,北区为23N22,21S13两个采场顶板,南区为19S33,19S18两个采场顶板。采用中深孔成井法,形成一个切割井,在切割横巷打平行下向眼,以切割井为自由面爆破后形成切割立槽,在凿岩巷中打下向扇形中深孔,以切割立槽为自由面一次性起爆崩落顶板。工程量及成本概算见表3和表4。

放顶中深孔施工采用潜孔钻机孔径90 mm,孔底距4～5m,排距3～4m。中深孔放顶工程量大,炸药消耗量大,成本高。

1.3 小井药室强制放顶方案

为了减少单段药量,采用多药室分段微差爆破强制崩落顶板,在1337 m水平和1344 m水平布置12个小井硐室。每个硐室断面为1.2 m×1.2 m,为了探明空区的位置及放顶的厚度和施工安全性,首先在布置药室的位置开凿一个3 m×3 m×3 m硐室,在硐室中用地质岩芯钻机向下探测空区的位置,探测实际顶板的厚度,根据空区实际情况决定小井硐室的深度,保证最小抵抗线的距离符合设计要求,并为施工过程提供安全保障。小井药室放顶工程设计剖面见图2。掘进的废石碴就近堆放在1344 m水平的巷道里,以保证爆破回填堵塞有材料供应,减少运输工程量。爆破堵塞根据爆破的实际情况,按硐室爆破规程进行堵塞,小井药室放顶工程量及成本概算见表5和表6。

表3 中深孔强制放顶工程量

表4 中深孔强制放顶成本概算

图2 小井药室强制放顶工程设计剖面

表5 小井药室放顶工程量

表6 小井药室强制放顶概算

2 空区处理方案优选

对强制放顶空区处理方案的工程量及施工难度、安全性等进行比较。

(1)条状药包硐室强制放顶。工程量少,崩落量大,工程施工简单；但放顶地震波对地表构筑物产生破坏性影响,安全性差。

(2)中深孔强制放顶。安全性好,放顶对东坪村影响小,崩落量大；但放顶成本高,工程量大,施工时间长,需采购设备。

(3)小井药室强制放顶。放顶对东坪村影响较小,成本低,安全性一般；但崩落量少,施工难度较大,爆破组织难度大。

通过比较3种强制放顶空区处理方案的经济成本概算、优缺点及安全风险等因素可知,由于采场顶板条状药包硐室放顶单段炸药量大,爆破地点距村庄较近,爆破时会对地表建筑物产生破坏性影响,难以保证地表村庄的安全,此方案不合适。中深孔放顶方案施工中深孔需用潜孔钻机,施工任务紧,工程量大,矿山现有钻孔设备无法满足施工要求,且放顶成本最高,该方案也不可取。小井药室强制放顶方案单段起爆药量小,能满足安全施工及生产的需求,施工工期短,且生产成本最低,方案技术可行经济合理,故推荐选用小井药室强制放顶作为倾斜厚矿体两步骤空场回采空区处理实施方案。