露天矿侧崩充填治理采空区的方法与流程

本发明属于采矿爆破技术领域，主要涉及一种露天矿侧崩充填治理采空区的方法。

背景技术：

由地下开采转露天开采的金属矿山，在地采期间形成大量体积不一的空区，在露采期间针对前期形成的地下采空区处理方式主要有三种：第一种深孔崩落法，即在保证安全厚度的空区上方露采台阶面上施工深孔并装药爆破，通过崩落顶板矿岩来充填下部空区，是最常用的一种空区处理方法；第二种是在空区上方露采台阶面上穿凿大口径钻孔充填碎料治理空区的方法；第三种是针对空区上方的原岩厚度较薄、施工设备无法在上部作业的情况，采用在采空区周边布设密集炮孔切割崩落顶板矿岩处理采空区的方式。第一种方法是在空区上方露采台阶面上施工，为保证安全，一般适用于顶板厚度大于26m、跨度较小的单层或双层空区；该方法穿孔深度较大，一般孔深大于30m，多数以下部空区作为自由面，补偿空间小，夹制效应明显，爆破后虽能充填空区，但矿石块度难以符合铲装要求，尤其是位于孔深24m以下的矿岩，铲装作业时需要进行二次穿孔爆破作业，将矿石块度降低至符合铲装要求后才能回收残矿，二次穿爆施工难度大且成本提高。第二种方法一般在空区跨度较大、高度较高、顶板较厚的条件下采用，首先在空区上方露采台阶面上穿凿大口径直孔，然后用充填料将空区充填到一定程度，保证台阶安全作业的前提下，先按照正常台阶推进，当台阶面至空区的高度降低至一定范围，一般为20-24m，采用第一种方法处理未充实部分空区，该方案爆破矿石块度一般能达到铲装要求，但空区充填穿凿大口径钻孔施工工艺复杂、作业周期长、成本较高。第三种方法切割孔布设于空区周边，作业设备在非空区区域施工，能有效保证了作业人员和设备的安全，但由于周边切割孔炸药爆破作用有限，仅能将空区顶板切割成缝整体垮落，难以对中间未穿孔部分产生有效爆破作用，爆破后需进行大面积二次穿爆作业，施工难度大，成本高。

上述三种方案通常一次处理复合采空区的层数不超过两层。由于无序的地下开采可能形成层间原岩厚度薄的多层极复杂空区，上部空区采用崩落法处理后，破碎矿岩体堆在空区上部，形成难以铲装的危险区域。以往的采空区处理方法无法有效处理该类空区，在某些矿区该类问题非常突出，严重影响安全生产和台阶的正常推进，为有效解决层间原岩厚度薄的极复杂多层复合空区的处理问题，创新地提出了露天矿侧崩充填治理采空区方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对层间原岩厚度薄的极复杂多层高危复合空区，提供一种安全性好、爆破效率高、综合成本低的空区处理方法，即一种露天矿侧崩充填治理采空区的方法。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种露天矿侧崩充填治理采空区的方法，包括如下步骤：

第一步、将极薄空区S2、S3上部堆存的爆堆S1及周边矿体S4作为一个整体的开采单元，通过三维激光扫描仪精确扫描出空区S2、S3的形态；

第二步、在周边矿体S4上依据空区形态穿凿若干排大直径垂直装药孔；

第三步、每一装药孔内自下至上装填条形炸药，条形炸药之间设有填充体隔开，根据空区形态设置分层高度；

第四步、以炸药柱的侧向临空面作为爆破自由面，以空区作为爆破落矿区，强制爆破崩落矿体充填采空区。

所述第二步中孔的装药孔的孔径是200-350mm。

所述装药孔的下部装药段炸药单耗为1.6-2.1kg/m³，每排装药孔的前、后排错开呈三角形布设，抵抗线长度小于20倍孔径且小于排间距。

所述抵抗线的长度是3-4.5m。

装药孔的排数由空区的体积、岩石的松散系数确定，保证爆破后侧崩抛入空区的矿石量充填空区体积的80%以上，且装药孔排数不少于三排。

装药孔的未穿透空区的，孔底距离空区底板2-3m。

第三步装填炸药的方式是间隔装药，下部装药段和上部装药段之间设有填充体，下部装药段长度应保证炸药上平面与空区高度一致，所有下部装药段上平面处于同一水平。

每一装药孔的中间间隔填充体上端面必须位于同一水平面；中间充填体长度应不小于10倍孔径；上部充填体长度应不小于20倍孔径。

下部装药段采用逐排微差起爆，排间爆破时间间隔大于150ms。

上部装药段可整体爆破崩落矿体或两排为一段别分段爆破。

本发明能够取得以下技术效果：

本发明所述的一种露天矿侧崩充填治理采空区的方法，是在极复杂多层高危复合空区中的上部空区采用崩落法处理后，形成的爆堆S1堆置于空区S2、S3上部，由于层间原岩厚度小于空区顶板最小安全厚度，无法铲装上部崩落矿石，也无法处理下部空区，整体形成严重的安全隐患。为此，将层间原岩厚度极薄空区S2、S3上部堆存的爆堆S1及周边矿体S4作为一个整体的开采单元，根据精确扫描地下采空区的形态，依据抵抗线变化，布置不同深度的深孔，按照爆破阻力来匹配炸药量原则实行差别装填炸药，通过对空区周边矿体S4的强制爆破，达到崩落矿体侧向充填治理极危空区S2、S3的目的，同时铲装S1实现整个开采单元顺利推进。

附图说明

图1侧崩充填治理采空区平面图；

图2 侧崩充填治理采空区A-A剖面图。

具体实施方式

通过下面实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局先于下面的实施例：

结合附图1～2，本发明所述的一种露天矿侧崩充填治理采空区的方法，包括如下步骤：

第一步、将极薄空区S2、S3上部堆存的爆堆S1及周边矿体S4作为一个整体的开采单元，通过三维激光扫描仪精确扫描出空区S2、S3的形态；

第二步、在周边矿体S4上依据空区形态穿凿若干排大直径垂直装药孔；

第三步、每一装药孔内自下至上装填条形炸药，条形炸药之间设有填充体隔开，根据空区形态设置分层高度；

第四步、以炸药柱的侧向临空面作为爆破自由面，以空区作为爆破落矿区，强制爆破崩落矿体充填采空区。

所述第二步中孔的装药孔的孔径是200-350mm。

所述装药孔的下部装药段炸药单耗为1.6-2.1kg/m³，每排装药孔的前、后排错开呈三角形布设，抵抗线长度小于20倍孔径且小于排间距。

所述抵抗线的长度是3-4.5m。

装药孔的排数由空区的体积、岩石的松散系数确定，保证爆破后侧崩抛入空区的矿石量充填空区体积的80%以上，且装药孔排数不少于三排。

装药孔的未穿透空区的，孔底距离空区底板2-3m。

第三步装填炸药的方式是间隔装药，下部装药段和上部装药段之间设有填充体，下部装药段长度应保证炸药上平面与空区高度一致，所有下部装药段上平面处于同一水平。

每一装药孔的中间间隔填充体上端面必须位于同一水平面；中间充填体长度应不小于10倍孔径；上部充填体长度应不小于20倍孔径。

下部装药段采用逐排微差起爆，排间爆破时间间隔大于150ms。

上部装药段可整体爆破崩落矿体或两排为一段别分段爆破，为防止上下层相互影响，上部装药段整体爆破时起爆时间与下部装药段最后一排起爆时间的间隔一般为100-300ms；上部装药段分段爆破时前两排同时起爆，起爆时间与最后一排下部装药段起爆时间的间隔一般为100-300ms，上部装药段第三、四排起爆起爆时间与前两排起爆时间的间隔一般为200-300ms。

所述第四步中的上部条形药柱以上部台阶临空面、下部强制爆破形成的自由面一次崩落矿岩体，进一步充填采空区。

本发明的具体实施例如下：

施工区域位于矿区北部，空区赋存状态较复杂，出现过大塌方，主要处理1273空区、1282空区，该空区上部为1295空区处理后爆堆，原岩厚度6m左右，达不到设备安全作业条件。基于此，采用侧崩充填处理采空区。

步骤1：将上部空区处理后堆存的爆堆（S1）、下伏原岩极薄空区(S2、S3)及周边矿体（S4）作为一个整体的开采单元，通过三维扫描仪精确扫描出空区S2、S3的形态。

图2所示S1为上部空区处理后剩余的爆堆；空区S2顶板标高为1292m，底板标高1273m，空区高度19m，空区S2与上部空区原岩厚度为6m左右，小于顶板最小安全厚度，无法铲装上部崩落矿石，也无法处理下部空区，为极危险空区，整体形成严重的安全隐患。为了达到安全处理的目的，将S1、S2、S3、S4作为一个开采单元。由于抵抗线影响着爆破效果，穿孔是否到位是爆破成功的关键，因此，采用三维扫描仪器对空区的形态进行精准扫描，可以为空区周边炮孔的布设和空区治理效果评估提供依据。

步骤2：在周边矿体S4上依据空区形态穿凿多排大直径垂直深孔。

孔径越大，穿孔数越少，同排起爆时炸药的聚合作用越强，效果越好。本实施例选用的炮孔孔径参数为250mm；孔网参数依据炸药单耗确定，炸药单耗保证下部达到强制爆破的要求，根据本例炸药下部单耗1.89kg/m³，核算孔网参数为4.5m×4.5m，即排距4.5m，孔距4.5m，三角形布设，前排孔根据与空区的侧向抵抗线适当调整，抵抗线最大值应小于20倍孔径且小于排间距，前排抵抗线4-4.5m；孔深根据空区形态能穿透的穿透，未穿透的需穿至空区底板标高，孔深26-35m；排数为4排。

步骤3：每一深孔内自下至上装填条形炸药，根据空区形态合理设置分层高度。

深孔条形炸药正对空区部分的装药段自由面较好，深孔上部壮腰段自由面仅有上抛面，自由面较差，为达到较好的爆破效果装药结构采用间隔装药。下部装药段自孔底装药至空区顶板，然后间隔充填3m岩粉，保证上下条形药柱相不影响；深孔中间间隔填充物上端面须位于同一水平面。上部装药段连续装药，孔口充填段长度为5m，利用细岩粉密实充填。对于穿透空区的炮孔，深孔底部填充3m左右填塞物，保证装药不滑漏，同时确保炸药爆破后充分作用四周矿岩体，然后自下而上装填条形炸药。选用硝铵类炸药作为爆破炸药，为确保底部强制爆破效果，在炮孔底部装一部分乳化炸药替代硝铵炸药。深孔条形炸药内放置的雷管均为400ms非电毫秒雷管。

步骤4：以药柱的侧向临空面作为爆破自由面，以空区作为爆破落矿区，强制爆破崩落矿体充填采空区。

炸药装填完毕后，将非电毫秒延期雷管用地表干线和导爆索连接起来，下部装药段以空区为自由面，整排同时起爆，由于装药孔位布设合理，使得炸药在爆炸时形成有效的爆炸应力聚合作用，爆破后爆炸应力沿着阻力最小的方向释放，将爆落岩体抛向空区对空区进行有效充填。为确保充填效果同时减小震动，同时考虑上部矿体的爆破效果，下部装药段采用逐排起爆；上部装药段整体爆破下落，为防止上下层相互影响，上部装药段起爆时间与下部装药段最后一排起爆时间间隔200ms。

本实施例治理空区效果：爆破后，经过穿孔探测及三维扫描，空区充填率达到92%，达到预期效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了以下技术效果：

根据本发明的侧崩充填采空区方法，沿着极危空区边沿，穿凿数排中深孔至空区底板，孔内采用间隔装药结构，间隔部位位于空区顶板，下部以空区为自由面，当下部条形药包逐排起爆时，爆炸应力形成的聚合效应足以克服侧向抵抗力，将爆落体沿垂直与条形药包的方向抛出，对空区有效充填，实现在台阶推进的同时处理极危空区的目的。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的。但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。