地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法
【专利摘要】本发明公开了一种地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，所述方法根据采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理和岩体体积平衡原理，计算出爆破后遗留小空区体积和采空区充填率，从而定量评价采空区崩落爆破处理效果；其中采空区充填率用于评价采空区崩落爆破处理本身的效果，据此判别原主要隐患是否排除，遗留小空区体积用于评价采空区崩落爆破处理后的剩余安全隐患大小。本发明方法可以通过计算遗留小空区体积和采空区充填率来定量评价采空区崩落爆破处理效果，解决了采空区崩落爆破处理后难以定量评价处理效果并确定松散岩体中是否仍遗留小空区的技术难题，能广泛应用于地采转露采矿山生产过程中探测到的采空区崩落爆破处理。
【专利说明】地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种崩落爆破处理的效果评价，尤其是一种地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，属于工程爆破【技术领域】。
【背景技术】
[0002]从敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程称露天采矿。当矿体埋藏较浅或地表有露头时，应用露天开采最为优越。与地下开采相比露天开采具有资源利用充分、回采率高、贫化率低、适于用大型机械施工、建矿快、产量大、劳动生产率高、成本低、劳动条件好和生产安全等优点，露天开采无论在国内外均得到了广泛应用。据统计，世界上80%的金属、稀有金属等矿山均使用露天开采的方法。目前，随着自然资源的日益紧缺和价格的提高，很多的金属矿山、非金属矿山为了更高的提高采出率，都纷纷采用了露天开采方式，还有些矿山为了扩大生产规模和提高经济效益的需要抛弃了过去的地下开采的开采方式，将地下开采转为了露天开采。
[0003]现在，不管是黑色冶金矿山，还是有色、稀有金属矿山的开采，都有大规模的采用露天开采或从地下开采转向露天开采的趋势。特别是在目前我国政策对小煤矿实行撤消、合并的大环境下，在条件适宜的地区鼓励和支持小煤矿由地采转为露天开采，不但可以避免小煤矿地下开采安全无保障、回采率低的缺点，而且可以缓解我国资源能源需求的紧张状态，可让机动、灵活的民营资本在资源能源开采领域发挥其积极作用。
[0004]由此可见，矿山从地下开采转向露天开采已经成为一种趋势，正逐渐地在国内外矿山中得到推广和应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，该方法使用方便、快捷，可以通过计算遗留小空区体积和采空区充填率来定量评价采空区崩落爆破处理效果。
[0006]本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
[0007]地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，所述方法根据采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理和岩体体积平衡原理，计算出爆破后遗留小空区体积和采空区充填率，从而定量评价采空区崩落爆破处理效果；其中采空区充填率用于评价采空区崩落爆破处理本身的效果，据此判别原主要隐患是否排除，遗留小空区体积用于评价采空区崩落爆破处理后的剩余安全隐患。
[0008]作为一种实施方案，所述采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理，如下式:
[0009]Vlg+Vis= V2fevg+V2ftg+V2S + A V(I)
[0010]所述采空区崩落爆破前后的岩体体积平衡原理，如下式:
[0011]V2松岩=^oV1爆岩⑵
[0012]根据式⑴和式(2)，得到爆破后遗留小空区体积如下:
[0013]V2s= Vis-(Vl)V1爆岩-Λ V(3)
[0014]根据式(I)和式(2)，得到爆破后采空区充填率如下:
[0015]k = [(Ii0-1)V1 爆岩+AV]/Vis(4)
[0016]其中，Vlg为爆破前采空区崩落爆破处理区域内岩体总体积，Vis为爆破前采空区体积，V2^^为采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的松散体积，V2ftg为采空区崩落爆破处理区域内未被爆破破碎的整体岩体体积，V2s为爆破后遗留小空区体积，Λ V为爆破后地表塌陷体积，1?为岩石爆破破碎后的松散系数，Visg为采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的原始体积，k为爆破后采空区充填率。
[0017]作为一种实施方案，所述采空区崩落爆破处理方法根据采空区跨度和顶板厚度不同，分为采空区顶板崩落爆破处理、采空区围岩崩落爆破充填处理和采空区顶板外围切割爆破处理。
[0018]作为一种实施方案，所述定量评价采空区崩落爆破处理效果，具体为:
[0019]在采空区崩落爆破处理后；若采空区充填率大于85%，表示爆破效果优良，原主要安全隐患已经排除；若遗留小空区体积大于0，则表示存在剩余安全隐患，其值越大则剩余安全隐患越大。
[0020]作为一种实施方案，所述采空区是通过物探和钻探进行探测发现的，在发现采空区后再通过采空区自动激光扫描系统进行三维扫描，获得采空区位置和形状的点云图，其反应采空区位置、大小、高度和埋深，根据这些参数计算爆破前采空区体积V1 s。
[0021]具体的，所述岩石爆破破碎后的松散系数1?与岩性、裂隙发育程度、钻爆孔网参数和平均炸药单耗相关。
[0022]作为一种实施方案，所述岩石爆破破碎后的松散系数1?通过如下方式获取:
[0023]实际施工过程中，选择类似采空区崩落爆破破碎岩体的地质条件，采用与采空区崩落爆破相同的爆破参数，进行局部区域的台阶爆破；在台阶爆破施工前，首先全站仪或GPS测量爆破圈定区域的地形图SI，爆破后再测量含爆破松渣的该爆破圈定区域的地形图S2，待爆破后的松渣挖运完毕后再测量该爆破区域的地形图S3，地形图S2与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的松散体积，地形图SI与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的原始体积；上述体积差,通过地形图的不同高程点，由三角网格法计算获得，台阶爆破中被爆破破碎岩体的松散体积和台阶爆破中被爆破破碎岩体的原始体积的两者之比即为岩石爆破破碎后的松散系数匕。
[0024]作为一种实施方案，所述爆破后地表塌陷采用非接触测量手段，获得采空区崩落爆破以后地表塌陷情况，根据地表塌陷情况计算地表塌陷体积Δ V。
[0025]本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
[0026]1、本发明方法根据采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理和岩体体积平衡原理，计算出爆破后遗留小空区体积和采空区充填率，通过采空区充填率k评价崩落爆破处理本身的效果，k越接近100%表示崩落爆破效果越好，通过爆破后遗留小空区体积V2s评价采空区崩落爆破处理后的剩余安全隐患，遗留小空区体积越大则剩余安全隐患越大，使得工作人员根据崩落爆破处理的效果可以清楚地知道原主要安全隐患是否已经排除，并及时对剩余安全隐患进行处理。
[0027]2、本发明方法使用方便、快捷，可以通过计算遗留小空区体积和采空区充填率来定量评价采空区崩落爆破处理效果，解决了采空区崩落爆破处理后难以定量评价处理效果并确定松散岩体中是否仍遗留小空区的技术难题，能广泛应用于地采转露采矿山生产过程中探测到的采空区崩落爆破处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为崩落爆破前采空区及其处理区域示意图。
[0029]图2为崩落爆破后采空区及其处理区域示意图。
[0030]图3为实施例1对地采转露采矿山生产过程中探测到的采空区崩落爆破处理及验收处理效果流程图。
【具体实施方式】
[0031]实施例1:
[0032]如图1所示，为崩落爆破前采空区及其处理区域示意图，其中I为原始地面，2为采空区，3为采空区围岩，4为采空区顶板，5为采空区顶板中心部分，6为采空区顶板外围部分。
[0033]如图2所示，为崩落爆破后采空区及其处理区域示意图，其中7为地表塌陷后的地面，8为地表塌陷区域，9为爆破后松散岩体，10为爆破后遗留小空区，11为爆破后整体岩体(对应采空区顶板外围切割爆破处理时的采空区顶板中心部分5)。
[0034]本实施例利用的原理如下:
[0035]a)采空区崩落爆破前后区域体积平衡原理
[0036]采空区崩落爆破前后，针对采空区及其崩落爆破处理区域，存在该区域体积平衡公式如下:
[0037]Vlg+Vis= V2fevg+V2ftg+V2S + A V(I)
[0038]Vlg——爆破前采空区崩落爆破处理区域内岩体总体积；
[0039]Vis——爆破前采空区体积(图1中采空区2的体积)；
[0040]V2松岩——采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的松散体积(图2中爆破后松散岩体9的体积)；
[0041]V2ftg——采空区崩落爆破处理区域内未被爆破破碎的整体岩体体积；
[0042]V2 s 爆破后遗留小空区体积(图2中爆破后遗留小空区10的体积)；
[0043]Δ V——爆破后地表塌陷体积(图2中地表塌陷区域8的体积)。
[0044]b)采空区崩落爆破前后岩体体积平衡原理
[0045]采空区崩落爆破后，尽管崩落爆破处理区域内的部分或全部岩石由原岩状态变为松散岩块，但仍存在实际岩体体积平衡公式如下:
[0046]V2松岩=^oV1爆岩⑵
[0047]k0—岩石爆破破碎后的松散系数；
[0048]V1 ——采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的原始体积。
[0049]如图3所示，本实施例先对地采转露采矿山生产过程中探测到的采空区崩落爆破处理，然后验收处理效果，具体包括以下步骤:
[0050]I)采空区探测与三维扫描
[0051]通过物探和钻探等手段进行探测，发现采空区；再通过采空区自动激光扫描系统进行三维数据，获得采空区位置和形状的点云图，其反应采空区位置、大小、高度和埋深等参数。
[0052]2)计算采空区的体积
[0053]通过采空区的三维扫描数据，计算采空区的体积，这个体积也就是在崩落爆破采空区的体积V1 s。
[0054]3)采空区崩落爆破处理方案的确定
[0055]根据空区顶板跨度和厚度不同，选择合适的崩落爆破方案，包括空区顶板(可含局部围岩)崩落爆破处理、采空区围岩崩落爆破充填处理和采空区顶板外围切割爆破处理，各种崩落爆破方案的具体分析如下:
[0056]3.1)采空区顶板(可含局部围岩)崩落爆破
[0057]当采空区顶板厚度适中，足以承担施工载荷，又便于爆破破碎，通过采空区顶板(可含局部围岩)崩落爆破法处理采空区，将采空区处理时同时实现了该区域的采矿爆破或岩石剥离爆破；该方法主要对全部采空区顶板进行钻爆施工，如果空区顶板厚跨比较大，单纯进行空区顶板爆破夹制作用较大，可增加局部围岩爆破，采空区及采空区崩落爆破处理区域内，爆破前该区域内为需要爆破的采空区顶板(可含局部围岩)的自然岩体和采空区；爆破后形成地表塌陷,该区域内的岩体均充分破碎变成松散岩体充填原采空区,局部仍可能存在小的遗留空区。
[0058]采用这种处理方案，采空区崩落爆破处理区域圈定时取V2ftg= 0，则有Vlg= Vieg，表示圈定区域内的岩体均进行爆破破碎，表示根据采空区崩落爆破前后区域体积平衡公式，采空区崩落爆破以后，如果V2S> O表示采空区未充填满，仍存在遗留空区；根据式(I)和式(2)，得到爆破后遗留小空区的体积如下:
[0059]乂2空=Vi爆岩+Vi空-乂2松岩-八V
[0060]= Vi*岩+Vi爆岩-Δ V
[0061]= V1 空-(kQ-l) V1 爆岩-Δ V
[0062]采空区进行顶板(可含局部围岩)崩落爆破以后，往往空区顶板破碎导致地表塌陷，则根据式(I)和式(2)得到采空区充填率k如下:
[0063]k =1-V2s/Vis
[0064]= (k0-l) V1 爆岩/V1 空 + Δ VZV1 空
[0065]= [ (k0-l) V1 爆岩 + Δ V]/V1 空
[0066]3.2)空区围岩崩落爆破充填
[0067]当采空区顶板厚度较大，不利于空区顶板爆破崩塌，但因各种原因，如该存在采空区的区域需要布置矿山道路，采空区顶板又难以崩塌但需要充填才能确保运输安全的，可通过采空区围岩崩落爆破法处理采空区；该方法从地表钻垂直深孔至采空区围岩，进行装药爆破，破碎采空区的围岩，依靠采空区围岩的破碎松散体充填采空区，在采空区及采空区崩落爆破处理区域内，爆破前该区域内为需要爆破的采空区围岩的自然岩体和采空区；爆破后不形成地表塌陷，完全依靠该区域内的爆破围岩的松散体充填原采空区，局部仍可能存在小的遗留空区。
[0068]采用这种处理方案，采空区崩落爆破处理区域圈定时取V2ftg= 0，即采空区顶板及周边未进行爆破破碎的岩石不计入圈定区域，则有Vlg= V1#g，表示圈定区域内的岩体均进行了爆破破碎；根据式(I)，采空区崩落爆破以后，无地表塌陷，即AV = O ;根据式(I)和式(2)，得到爆破后遗留小空区的体积如下:
[0069]V2空=Vi爆岩+Vi空-乂2松岩
[0070]= V1 爆岩 +V1 空 _k0V!爆岩
[0071]= V1 空-(k0_l) V1 爆岩
[0072]根据式⑴和式(2)，得到采空区的充填率k如下:
[0073]k = (Ii0-1)V1^ZVis
[0074]3.3)空区顶板外围切割爆破
[0075]当采空区顶板厚度较薄，难以承担施工载荷时，通过采空区顶板外围切割爆破法处理采空区，采空区顶板塌落以后再进行二次破碎，采空区处理与该区域的采矿爆破或者岩石剥离爆破分两次进行。该方法，施工存在危险的采空区顶板中部不进行钻爆，仅对采空区顶板的外围进行爆破，促使采空区顶板整体塌落充填空区。
[0076]采空区顶板外围切割爆破，最理想的情况是爆破后形成一个整齐的、环状的贯穿裂缝，促使采空区顶板塌落；但实际施工过程中，考虑到安全可靠性，往往在采空区顶板外围进行钻孔爆破形成有一定宽度的破碎带，更好地促进采空区顶板整体塌落。采空区及采空区崩落爆破处理区域内，爆破前该区域内为需要爆破的采空区顶板的自然岩体和采空区；爆破后形成地表塌陷，该区域内的岩体局部充分破碎变成松散岩体、部分整体塌落，共同充填原采空区，局部仍可能存在小的遗留空区。
[0077]根据式(I)，采空区崩落爆破以后，如果V2S> O表示采空区未充填满，仍存在遗留空区。根据式(I)和式(2)，得到爆破后遗留小空区的体积如下:
[0078]V2s= Vlg+Vis-V2松岩-V2整岩-Δ V
[0079]= V1 岩 +V1 空-1i0V1 爆岩-(V1 岩-V1 爆岩)—八 V
[0080]= Vi 空-(k0_l) V1 爆岩 _ Δ V
[0081]采空区的充填率k如下:
[0082]k =1-V2s/Vis
[0083]= (kQ-l) V1 爆岩/V1 空 + Δ 空
[0084]= [ (k0-l) V1 爆岩 + Δ V]/V1 空
[0085]4)岩石爆破破碎后的松散系数1?测定
[0086]岩石爆破破碎松散系数Iv与岩性、裂隙发育程度、钻爆孔网参数、平均炸药单耗等相关，可通过如下方式获取岩石爆破破碎后的松散系数h:
[0087]实际施工过程中，选择类似采空区崩落爆破破碎岩体的地质条件，采用与采空区崩落爆破相同的爆破参数，进行局部区域的台阶爆破；台阶爆破施工前，首先通过全站仪或GPS测量爆破圈定区域的地形图SI (由一定密度的高程点组成)，爆破后再测量含爆破松渣的该爆破圈定区域的地形图S2，待爆破后的松渣挖运完毕后再测量该爆破区域的地形图S3，地形图S2与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的松散体积，地形图SI与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的原始体积；上述体积差，通过地形图的不同高程点，由三角网格法计算获得，两者之比即为岩石爆破破碎后的松散系数k0。
[0088]5)崩落爆破钻爆施工
[0089]按照采空区崩落爆破设计，组织爆破施工。
[0090]6)地表塌陷测量
[0091]为了确保安全，利用非接触测量手段，如利用全站仪无棱镜反射测量，获得采空区崩落爆破以后地表塌陷情况(若是选择采空区围岩崩落爆破充填处理，不存在地表塌陷，不需要测量)，根据地表塌陷情况计算地表塌陷体积Δ V。
[0092]7)采空区崩落爆破处理效果验收
[0093]无论采空区采用上述三种崩落爆破方案的哪一种，地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果评价，均通过爆破后遗留小空区体积和采空区充填率两个指标评价其崩落爆破处理效果。采空区崩落爆破处理后，计算出采空区充填率k，主要用于评价崩落爆破处理本身的效果，据此判别原主要安全隐患是否排除，k的值越接近100%表示崩落爆破效果越好，如果k> 85%，表示爆破效果优良，实际充填效果满足预期要求，原主要安全隐患已经排除；而计算出爆破后遗留小空区体积V2s，主要用于评价采空区崩落爆破处理后的剩余安全隐患大小，如果V2 s> 0，表示存在剩余安全隐患，V2s的值越大则剩余安全隐患越大，如果遗留小空区大到可能影响矿山正常生产的人员和设备安全的，需要采取进一步的应对措施。
[0094]以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。
【权利要求】
1.地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述方法根据采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理和岩体体积平衡原理，计算出爆破后遗留小空区体积和采空区充填率，从而定量评价采空区崩落爆破处理效果；其中采空区充填率用于评价采空区崩落爆破处理本身的效果，据此判别原主要隐患是否排除，遗留小空区体积用于评价采空区崩落爆破处理后的剩余安全隐患大小。
2.根据权利要求1所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于: 所述采空区崩落爆破前后的区域体积平衡原理，如下式: Vl岩+Vl空=松岩+^2整岩+^2空+ A V(I) 所述采空区崩落爆破前后的岩体体积平衡原理，如下式: 乂2松岩=R0V1爆岩⑵ 根据式(I)和式(2)，得到爆破后遗留小空区体积如下: V2s= Vis-(Vl)V1 爆岩-AV(3) 根据式(I)和式(2)，得到爆破后采空区充填率如下: k = [ (k0-l) V1 爆岩 + Δ V]/V1 空(4) 其中，Vlg为爆破前采空区崩落爆破处理区域内岩体总体积，Vis为爆破前采空区体积，V2为采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的松散体积，V2胃@为采空区崩落爆破处理区域内未被爆破破碎的整体岩体体积，V2s为爆破后遗留小空区体积，Δ V为爆破后地表塌陷体积，k0为岩石爆破破碎后的松散系数，Visg为采空区崩落爆破中被爆破破碎岩体的原始体积，k为爆破后米空区充填率。
3.根据权利要求1或2所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述采空区崩落爆破处理方法根据采空区跨度和顶板厚度不同，分为采空区顶板崩落爆破处理、采空区围岩崩落爆破充填处理和采空区顶板外围切割爆破处理。
4.根据权利要求1或2所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述定量评价采空区崩落爆破处理效果，具体为: 在采空区崩落爆破处理后；若采空区充填率大于85%，表示爆破效果优良，原主要安全隐患已经排除；若遗留小空区体积大于O，则表示存在剩余安全隐患，其值越大则剩余安全隐患越大。
5.根据权利要求2所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述采空区是通过物探和钻探进行探测发现的，在发现采空区后再通过采空区自动激光扫描系统进行三维扫描，获得采空区位置和形状的点云图，其反应采空区位置、大小、高度和埋深，根据这些参数计算爆破前采空区体积V1 s。
6.根据权利要求2所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述岩石爆破破碎后的松散系数1?与岩性、裂隙发育程度、钻爆孔网参数和平均炸药单耗相关。
7.根据权利要求6所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述岩石爆破破碎后的松散系数h通过如下方式获取: 实际施工过程中，选择类似采空区崩落爆破破碎岩体的地质条件，采用与采空区崩落爆破相同的爆破参数，进行局部区域的台阶爆破；在台阶爆破施工前，首先全站仪或GPS测量爆破圈定区域的地形图SI，爆破后再测量含爆破松渣的该爆破圈定区域的地形图S2，待爆破后的松渣挖运完毕后再测量该爆破区域的地形图S3，地形图S2与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的松散体积，地形图SI与地形图S3之间的体积差为台阶爆破中被爆破破碎岩体的原始体积；上述体积差,通过地形图的不同高程点，由三角网格法计算获得，台阶爆破中被爆破破碎岩体的松散体积和台阶爆破中被爆破破碎岩体的原始体积的两者之比即为岩石爆破破碎后的松散系数匕。
8.根据权利要求2所述的地采转露采矿山采空区崩落爆破处理效果验收方法，其特征在于:所述爆破后地表塌陷采用非接触测量手段，获得采空区崩落爆破以后地表塌陷情况，根据地表塌陷情况计算地表塌陷体积Λ V。
【文档编号】G06Q50/02GK104240133SQ201410443174
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】崔晓荣, 郑炳旭, 李战军, 叶图强, 陈晶晶, 开俊俊 申请人:广东宏大爆破股份有限公司