露天采场地下采空区的探查与处理

云浮硫铁矿 1964～1969 年间采用地下开采 ,在 350 、305 m 水平共开采采场 17 个 ,其中块矿采场 10 个 ,粉矿采场 7 个 ,形成空场 17 个 ,空场水平面积合 计 15133 m2 ,空场总容积 19. 2 万 m3 ,另有空巷约 2300 m 。块矿采场主要采用空场法及留矿法开采 ; 粉矿采场主要采用崩落法开采 。在地下开采过程 中 ,对已开采采场及巷道均进行了实测填图 ,闭坑时 图纸资料基本齐全 。露天开采初期 ,采空区的覆盖 厚度在 80～120 m 之间 ,作业水平在采空场最大冒 落高度之外 ,暂不存在处理采空区的问题 。随着露 天开采阶段的下降 ,为保证人员及设备在空区上部 作业的安全 ,需适时对采空区进行探查处理 。云浮 硫铁矿采空区基本状况见表 1 。
当空场探查清楚后 ,根据钻孔设备条件 ,采用深 孔爆破法将电铲站立水平至空场顶板之间的岩体崩
落处理 。云浮硫铁矿使用 45 - R 牙轮钻 ,钻孔直径 为 250 mm ,台阶高度 12 m ,采用三节杆钻孔爆破处 理采空区 。
处理采空区时 ,先钻透孔 ,再决定抵抗线 ,排距 即为双行探查的行距 。对处理采空区的爆破孔按加
电铲应垂直于空场走向作业 。电铲向前推进 时 ,必须听从观察人员的指挥 ,推进前先伸长铲斗 , 用电铲压实地面 ,确认不会下沉后再稳步前移 。
设备作业时 ,应保持退路畅通 ,确保发生险情时 能及时将设备撤至采空区范围外的安全地带 。不作 业时 ,应将设备撤至空区范围外的安全地带停放 。
各机台应保持通讯畅通 ,发现险情及时报告有 关部门 。处理采空区的每一个环节都要落实安全责
空区顶板安全厚度是指在一定的稳定条件下 ,
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采 矿 技 术 2003 年 6 月
由空场顶板至露天工作平盘的垂直距离 。安全厚度
第 3 卷第 2 期 曾细龙 ,等 : 露天采场地下采空区的探查处理
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定采空区范围 ,并严禁无关人员和设备进入 。 在制定采空区爆破处理方案前 ,一定要摸清空
区的大小和形态 ,这是成功处理空区的先决条件 。 因此 ,必须加强采空区的探查工作 。
设备作业时 ,应安排人员观察作业动态 ,落实安 全责任 ,加强观察和指挥 。发现异常情况时 ,设备应 及时撤离 ,现场人员应及时报告有关部门 。
(1) 形态探查 :对空场位置和形态进行探查 。由 于探查的深度较大 ,一般采用地质钻孔进行探查 。 部分采空场形态探查资料见表 2 。由于原空场的测 量受条件限制 ,原顶板标高 、底板标高存在误差 。
表 2 部分采空场钻孔探查获得的数据
空区 终孔 名称 日期
标高 / m 开孔 终孔 原顶板 原底板 见空顶 见空底
6#
322
308
2500
21132
7#
320. 5
308. 9
141
1642
8#
327
308. 7
3108
46620
南一
364
351. 7
185
2880
9#
314. 5
306
360
3280
北一
356
351
656
3024
北三 358. 2
351. 2
432
2278
粉1
335
307. 1
378
7350
粉2
东粉 90/ 06/ 17 418. 00 340. 26 335. 00 316. 60 352. 93 350. 80
西粉 89/ 01/ 06 440. 00 324. 98 336. 00 306. 00 344. 63 324. 98
4 # 96/ 11/ 14 373. 70 309. 16 332. 50 316. 00 331. 96 315. 06
任人 。
3 结 语
处理采空区的爆破不同于矿山的常规爆破 ,需 在实践中不断总结经验 。露天穿孔探查处理采空区 具有经济 、实用 、可靠和安全等优点 。穿孔爆破处理 采空区的重要环节是计算采空区顶板的安全厚度 , 这是确定采空区处理方案的重要技术参数 。在此基 础上 ,应做好探查工作 ,以便进一步确定处理方案和 进行爆破设计 。以上每一项工作 ,对安全稳妥处理 采空区 ,都是十分必要的 。
表 1 各采空区的基本状况
空区 顶部标高 / m 底部标高 / m 水平面积 / m2容积 / m3
1#
312. 6
308. 6
112
448
2#
314. 6
308. 6
306
1957
3#
314. 6
308. 6
105
630
4#
332. 5
316
400
6600
5#
330. 2
308
1632
30273
Hn = Hn + Kn H
(4)
根据普氏地压理论 ,巷道或采区开采后 ,其顶板
将形成抛物线形的三拱带。在坚硬岩石中 ,其顶部承
受垂直压力 ,侧帮无受压 ,形成自然拱 ;在比较松软的
地层中 ,其顶部及侧帮均有受压现象 ,形成压力拱 ;在
松散性的地层中 ,采空区侧壁崩落后的滑动面与水平
的交角等于松散岩石的内摩擦角 ,形成破裂拱。各种 拱圈的高度计算式如下 :
5 # 97/ 04/ 17 373. 20 321. 40 326. 40 308. 00 328. 90 326. 40
南一 91/ 12/ 30 407. 80 352. 10 362. 40 351. 70 358. 57 352. 10
北三 97/ 04/ 17 373. 20 358. 20 351. 20 356. 40 348. 10 348. 10
2 安全技术管理措施
为确保安全处理采空区 ,应设置专门的机构负 责采空区探查处理的各项安全技术管理工作 。
采空区未处理前 ,当空场顶板距作业台阶接近 安全厚度时 ,应在采空区周围设置安全警示标志 ,圈
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Hn
=
Ln Kd
×3γ. L n
+
9γ2
L
2 n
+ 6 Kσd ( P +
P1)
σ
(3)
式中 Kd 为系数 ,视空场长度与宽度的比及空场稳定
性不同而不同 。
上述两种方法计算出来的安全厚度 ,是以钻孔超 钻下至空场顶板间的垂直距离 ,即假定超钻部分已被 崩碎而不能视为一个受载荷的结构块体 ,故计算出来 的安全厚度应加上超钻值 ,才是需要的安全厚度。 即:
P
=
γH (
Kc + Kp
Kn)
× Kg
(2)
式中 : H ———阶段高度 ,m ;
Kc ———爆堆沉降系数 ;
Kn ———爆破孔超钻系数 ;
Kp ———爆破后岩石松胀系数 ;
Kg ———载重冲击系数 ,取 2 。
(2) 空场长度与宽度之比等于或小于 2 。此时假
定空场顶板为一个整体结构 ,其最小安全厚度为 :
332
306. 5
459
7200
粉3
332
306
460
7000
东粉
336
306
3400
47000
南二 356. 2
350. 4
478
2736
1 采空区探查处理方法
1. 1 采空区探查方法
国内较多采用物探法和钻孔探查法对采空区进 行探查 。采用物探法探查采空区 ,多数属于试验性 质 ,其准确程度受到限制 。云浮硫铁矿的采空场位 置基本清楚 ,因此采用钻孔探查法探查采空区 。钻 孔探查分为形态探查 、单行探查和双行探查 。
参考文献 : [ 1 ] 露天穿 孔 探 查 处 理 采 空 场 设 计 说 明 书 [ R ] . 云 浮 硫 铁 矿 ,
1976. [ 2 ] 张楚灵. 运用深孔爆破法处理采空区[J ] . 云硫科技 ,1999 (2) .
(收稿日期 :2003 - 04 - 02)
2001 年全国伤亡事故事故特点
自然拱拱高 :
Hz
=
b f
(5)
压力拱拱高 :
Hy
=
b+
h ·tg (45 -
f
φ/ 2)
(6)
破裂拱拱高 :
Hp
=
b+
h ·tg (90
f
-
φ)
(7)
式中 : f ———岩石强度系数 ;
b ———空场宽度之半 ,m ;
h ———空场最大高度 ,m ;
φ———岩石内摩擦角 ,度 。
云浮硫铁矿块矿空场的岩石坚硬 ,无侧壁受压 ,
Hn
=
Ln 8
×γL n
+
γ2
L
2 n
+ 16σ( P
+
Pபைடு நூலகம்)
σ
(1)
式中 : Hn ———最小安全厚度 ,m ;
L n ———空场宽度 ,m ;
γ———空场顶板岩石容重 ,t/ m3 ;
σ———空场顶板岩石的准许拉应力 ,t/ m2 ;
P1 ———设备对地面单位压力 ,t/ m2 ;
P ———由爆破而产生的动载荷 。
是可以通过某些设备及人员的可靠厚度 。安全厚度
的计算方法有两种 ,一是根据力学原理 、岩石物理性 质及空场条件计算 ;二是根据普氏地压理论计算 。
根据力学原理 、岩石物理性质及空场条件计算
时 ,分两种情况 。 (1) 空场的长度与宽度之比大于 2 。此时假定
空场顶板至露天工作平盘间为一块嵌固梁板 ,受均 衡连续载荷作用 ,其最小安全厚度为 :
强抛掷爆破来选取单位炸药消耗量和计算总装药
量 。大于 14 m 的炮孔采用分段装药 。在已穿透的 孔底部需进行充填 。
从 1988 年开始 ,云浮硫铁矿在下部有采空区的 地段 ,为探查空区 ,用地质钻钻凿了 64 个探查孔 ,进 尺 3110 m 。到 2002 年 ,已成功处理了西粉 、东粉 、 南一 、北一 、北三 、4 # 、5 # 、9 # 等采空区 。处理空区 面积约 8840 m2 ,容积 11. 76 万 m3 。在已处理的采 空区中 ,东粉空区的水平面积最大 ,为 3400 m2 ,空 场高度 20 m 。目前 ,仍有 1 # 、2 # 、3 # 、6 # 、7 # 、8 # 等 采空区有待处理 。
(2) 单行探查 。对比较清楚的采空场 ,在其最大 冒落高度以上作业是安全的 。当露天采掘到最大冒 落高度时 ,在空场的中央或适当部位打 3 个探查孔进 行单行探查 ,探查孔深为段高与安全厚度之和。单行 探查的目的是了解空场是否因冒落而位置上移 。
(3) 双行探查 。当空场顶板距工作平台上电铲 站立水平间的垂直距离略大于或等于两倍安全厚度 时 ,采用双行探查 。双行探查的行距以电铲中心线 及电铲两侧履带中心距为依据 ,一般为 4. 5～5 m , 电铲履带始终压在两行探查孔上 。探查孔深为段高 与安全厚度之和 。 1. 2 空区顶板安全厚度的确定
(1) 全国一次死亡 10 人以上特大事故大幅下降 。 (2) 火灾事故 、水上交通事故 、铁路路外事故死亡人数下降 。 (3) 工矿企业部分地区 、行业和非公有制企业事故多发 。 从地区来看 ,发生一次死亡 10 人以上特大事故较多的有贵州 12 起 ,死亡 187 人 ,分别占工矿企业 事故起数和死亡人数的 18. 5 %和 13. 9 % ;山西 7 起 ,死亡 141 人 。分别占工矿企业事故起数和死亡人 数的 10. 8 %和 10. 5 %。 从行业来看 ,发生事故较多的行业是采掘业 、制造业和建筑业 。采掘业发生事故 4419 起 ,死亡 7610 人 ,分别占工矿企业事故起数和死亡人数的 38. 7 %和 60. 6 %。在采掘业中 ,煤炭采选业和非金属 采选业发生事故较多 。伤亡起数和死亡人数分别占采掘业的 69. 8 %、74. 5 %和 14. 6 %、11. 7 %。在非 金属采选业中发生事故最多的是小采石场 ,占非金属采选业死亡人数的 80 %。制造业发生事故 3755 起 ,死亡 2147 人 ,分别占工矿企业事故起数和死亡人数的 32. 9 %和 17. 1 %。建筑业发生事故 1674 起 , 死亡 1647 人 ,分别占工矿企业事故起数和死亡人数的 14. 7 %和 13. 1 %。 从经济类型看 ,非公有企业发生事故较多 ,共发生事故 6637 起 ,死亡 8365 人 ,分别占工矿企业事故 起数和死亡人数的 58. 3 %和 61. 2 %。其中 ,发生 10 人以上特大事故 48 起 ,死亡 1002 人 ,分别占工矿 企业 10 人以上特大事故起数和死亡人数的 75. 0 %和 75. 5 %。 从发生的事故类型看 ,主要是瓦斯爆炸 、冒顶片帮和高处坠落事故 ,瓦斯爆炸事故 667 起 ,死亡 2446 人 ,分别占工矿企业事故起数和死亡人数 5. 8 %和 19. 5 % ;冒顶片帮事故 1780 起 ,死亡 2208 人 , 分别占工矿企业事故起数和死亡人数 15. 6 和 17. 6 % ,高处坠落事故 1606 起 ,死亡 1217 人 ,分别占工 矿企业事故起数和死亡人数的 14. 1 %和 9. 8 %。 (4) 非煤矿山企业伤亡事故上升 。非煤矿山企业共发生伤亡事故 1313 起 ,死亡 1932 人 ,同比分别 上升 85. 2 %和 102. 5 % ,分别占全国工矿企业伤亡事故的 11. 5 %和 15. 4 % ;特大事故发生 9 起 ,死亡 214 人 ,同比分别增加 5 起 ,增加 139 人 ,分别占全国工矿企业特大事故的 13. 8 %和 16. 0 %。(资料来 源 :国家安全生产监督管理局)
第3卷 第2 Vol. 3 No
期 .2
采 矿 技 术 Mining Technology
2003 J un.
年6月 2003
露天采场地下采空区的探查与处理
曾细龙 ,张楚灵 ,张新华
(云浮硫铁矿企业集团公司 , 广东 云浮市 527343) 摘 要 :云浮硫铁矿采用露天深孔爆破法处理原地下开采形成的采空区 。爆破处理前 ,用 钻孔探查采空区 ,并计算确定空区顶板的安全厚度 。在此基础上 ,进一步确定处理空区的 爆破方案和进行爆破设计 。空区处理过程采取了一定的安全技术管理措施 。 关键词 :采空区处理 ;钻孔探查 ;顶板安全厚度 ;深孔爆破 ;安全措施
为了提高安全系数 ,计算时仍采用侧壁受压公式。
以上两种方法计算出来的安全厚度应取大值 。
1. 3 采空区处理方法 从理论上讲 ,可以采用多种方法处理采空区 ,如
露天穿孔爆破 、峒室爆破 、尾砂充填等 。通过对多种
方案的技术经济比较 ,云浮硫铁矿于 1976 年确定采 用露天穿孔爆破的方法处理采空区 。