1、地表钻孔碎石充填法在三道庄多层复合空区处理的应用摘要：河南省栾川县三道庄露天矿是地采转露采的特殊矿山，历史上留下了大量地采空区, 随着露天台阶的逐步推进，大量的地下采空区严重制约着露天开采，空区处理已经随同露天生产同步进行，本文介绍了三道庄矿区在目前条件下，处理露天采场下部大量多层采空区的方法,提出了三道庄矿区多层空区地表钻孔碎石充填法处理应具备的安全参数，规范了空区探测、场地准备、穿孔、爆破及铲装施工规程，解决了采矿安全，残矿回收利用问题。特别是目前，我国矿产资源紧张的情况下，对于解决国内同类型矿山资源的安全，有效利用资源、及时消除安全隐患，合理开发具有参考意义。 关键词：空区；参数;露天矿
2、；地表钻孔碎石充填法 Flank to expose inclined hole gradually applied in three village multilayer complex goaf treatment XuyingzhanghpngzhaoYangsenlin Abstrac: Luanchuan County in Henan Province three Dao Zhuang open pit mine mining is special to opencast mining，The history of a lot of goaf，With the open step
3、step by step，A large number of underground goaf restricts the opencast mining，Goaf treatment has been accompanied by the open pit production simultaneously，This paper introduces three Zhuang mining under current conditions，Method for treatment of open pit bottom large multilayer goaf，The three Dao Z
4、huang mining multilayer goaf surface drilling gravel filling process should have the safety parameters，Specification of the empty area, site preparation, perforation, blasting and shovel construction rules，To solve the mining safety, recovery of residual ore utilization，Especially at present, Chinas
5、 mineral resources shortage，To solve the same type of domestic mineral resources security，The effective use of resources, eliminate potential safety hazards, the reasonable development has reference significance。 Key words: goaf；parameter；open pit mine；Surface drilling gravel filling method。 中图分类号：
6、P426 文献标识码： A 三道庄矿区历史上经过 30 多年的地下开采，在露天开采境界内形成了大量的地下不规则空区1.，共有空区面积 120 万 m2，空区体积 1800万 m3，而受空区影响的地质资源占整个三道庄矿区资源总量的3040%。由于大规模采空区群存在于当前生产的露天境界内，采空区极其复杂，这些采空区的长期存在，严重影响了矿山的正常生产3，给矿山施工的人员和设备带来了极大的安全威胁，残矿资源回收难度大，危险程度高。为了确保露天矿生产的安全，减少资源浪费。随着采场台阶的下降，空区处理的难度逐步加大，急需开展三道庄露天矿空区处理与残矿回收利用示范工程整体方案研究工作，通过空区处理方法及工
7、艺设计，为今后的空区处理与残矿回收工程设计提供技术规范。 多层复合空区：有相对独立的构造带，顶板岩石不稳固，空区顶板连续暴露面积较大；上下层空区重叠复合，上层空区底板与下层空区顶板间的原岩厚度小于最小安全厚度。 地表钻孔碎石充填法适用于空区相互重叠且空区之间的隔层厚度小于最小安全厚度，同时被上部空区覆盖的下层空区规模大，采高高、跨度大、空区体积大的多层空区的处理。 方案的主要特征：在满足最小安全厚度的地表台阶采用地质钻布置充填钻孔至需要充填的下层空区顶板上方，然后将破碎的碎石通过漏斗充入空区，将重叠复合的多层空区由下往上逐层充满。空区经碎石充填后其体积规模及危险程度大大降低，然后将空区顶板分层
8、回采并在合适的台阶对未充实的空区采用中深孔崩落法进行崩落。 1.三道庄矿区现状 三道庄钼矿床为我国重要的钼资源基地，矿石地质储量达 20 亿吨，位居亚洲第一，世界第三4。三道庄矿区矿体厚大，走向长 1500m，厚度 80150m，平均厚度 125m，主要赋存于箱状背斜轴部及两翼，倾向西南，面积 487 万 m2，矿石储量 5.8 亿 t，其中钼金属储量 67 万 t，原矿平均品位 0.115%；钨金属储量 50 万 t，原矿品位 0.117%。矿区矿石可选性能良好，且 80%的 B+C 级矿石量可用山坡露天开采，平均剥采比仅1.28 tt。三道庄矿自 2003 年地采结束后，井下巷道工程全部封
9、闭，人员设备均无法进入井下，空区和残矿不能在井下处理和回收。 2.多层重叠空区地表钻孔碎石充填法处理时应具备的安全参数 2.1 天气条件 与单层空区相比，多层重叠空区规模大，空区跨度大，矿柱少，空区危险性更大，且空区处理施工难度大，周期长。为保证空区处理安全以及施工质量，多层重叠空区地表钻孔碎石充填法处理不应在雨季进行，选择在非雨季的晴天或阴天期间组织施工。非雨季进行单层空区处理施工时，如果遇到暴雨天或长时间的下雨应停止施工，等雨停后再根据情况恢复施工。 2.2 地质条件 与崩落法处理空区相比，地表钻孔碎石充填法对空区地质条件要求相对较小，及时在空区顶板矿岩稳固性较差好，有断层、破碎带穿过的地
10、段同样允许施工。 2.3 空区顶板厚度参数 空区顶板厚度对空区处理施工安全非常重要。多层重叠空区采用地表钻孔碎石充填法处理时，往往空区体积巨大，空区结构力学体系复杂，且外在因素（爆破震动、雨水弱化、设备动静载荷）对空区稳定性的影响增大，为此多层重叠空区地表钻孔碎石充填法处理时，在空区未充填之前其空区顶板最小安全厚度应在单层空区顶板最小安全厚度的基础上，再增加 2.0 的安全系数，确保地表钻孔碎石充填的施工安全。地表钻孔碎石充填法处理多层重叠空区时对空区顶板厚度要求见表 2-1。 表 2-1 采空区跨度和顶板安全厚度推荐值 2.4 空区地压稳定性参数 三道庄矿的岩石单轴抗压强度为 83158 M
11、Pa，岩体完整性较好。根据现场岩体条件，参照国内外类似工程，初步确定三道庄露天矿多层空区地表钻孔碎石充填处理时的岩体声发射预警值为：声发射大事件数6 次/分钟。 2.5 空区处理施工保障条件 施工组织是空区安全处理的重要一环。在进行空区处理施工时，因大部分是在空区上部施工，存在较大的安全风险，所以对施工组织是安全各种的关键。多层空区地表钻孔碎石充填处理应成立空区处理指挥部，可由公司主管经理、科室及施工单位人员共同组成。 指挥小组，编制实施严格的施工顺序、控制施工时间；负责落实施工进度以及空区处理施工期间的安全技术优化调整。 3.空区探测与场地准备 台阶下降和推进钻孔碎石充填标高后，立即安排钻孔
12、对下部空区进行探测，探测空区顶板厚度是否能满足最小安全厚度要求，以及空区是否发生变化。钻孔打透空区后，能扫描的情况下立即安排激光三维扫描仪进行精确探测，形成空区立体三维图。 4.充填钻孔施工与布置 充填钻孔施工采用西安地勘院改进后的地质钻机进行施工。首先施工一个孔径 140-160mm 的导向孔，然后在此基础上进行扩孔，并形成250-300mm 的充填钻孔，孔内全部下无缝钢管进行套孔；如果岩层条件好、中间没有空区间隔的情况下，可以将充填钻孔由 250-300mm 的孔径再一次扩大到 400mm，形成大孔径充填钻孔，提前充填效率。 充填孔施工过程中，如果遇到空区，应穿透空区后继续往下钻孔，直至穿
13、透需要充填的最底层的空区。西安地质钻施工充填钻孔孔径250-400mm，最大充填钻孔孔深 120m。 根据碎石流动性和自然安息角，为保证空区充填率大于 60%，充填钻孔间距控制在 18m 左右。排面平行布置的充填钻孔应相互错开布置。 5.次品矿破碎及运输 爆破后采场中的次品矿石装车后运至 3#碎矿站进行破碎。破碎后要求碎石块度小于 80mm。其中粒级 60-80mm 的碎石不能超过 30%。破碎后的碎石由汽车从 3#站运输至充填钻孔附件的碎石堆场堆存。 6.碎石充填及效果分析 充填钻孔施工完成后，在钻孔上部安放一台碎石下料漏斗。下料漏斗由斗仓，斗架以及给料机组成。斗仓采用 4mm 铁皮制作，成
14、方漏斗装，体积与铲车铲斗斗容相匹配为 5m3；斗仓由四个钢支架将其架设，斗仓顶部高度为 3m，钢支架为角钢焊接组成。在斗仓底部安装一台圆盘给料机，由斗仓出来的碎石经圆盘给料机调速后均匀下至钻孔，进入空区。 碎石充填空区目的在于消除空区，维护采场围岩的自身强度和空区内矿柱的承载能力，防止空区顶板的整体失稳或局部垮冒。碎石充填体作用机理主要有以下四种： 碎石的填塞作用：碎石充填空区后，填塞消除空区，直接减少空区体积，即使采空区没有被完全充满接顶，由于冒落体松散体积大于原岩体积，随着冒落量的增加，采空区会自然充满接顶，然而降低空区破坏程度和影响范围，使空区危险等级降低。 碎石充填体力学作用：碎石充入
15、空区，改变了空区帮壁及周围矿柱的应力状态，使其单轴或双轴应力状态变为双轴或三轴应力状态，其围岩与矿柱的受力强度得到很大提高，从而增强了围岩与矿柱的自支撑能力。因此，充填后充入空区的碎石不仅起到支撑作用，更重要的是提高了围岩的强度和承载能力。 充填体的让压与支撑作用：空区在不充填的状况下，顶板岩体由于地应力、温差和地下水侵蚀等的影响，可自然冒落，从而引起连锁的冒落和塌落而最终导致整个采场失稳，引发“多米诺”地质灾害。 充填体卸压作用机理：空区采用碎石充填，碎石充填体为散体，在空区内形成柔性缓冲层。当采空区大规模冒落时，充填体可吸收大量冲击波能量，有效遏制大规模冒落而产生的空气冲击波危害。 根据碎
16、石堆积自然安息角取 45，按 18m 的充填钻孔间距进行充填，空区充填率可以达到 60%以上，大大减小空区体积规模，有效维护采场围岩的自身强度和空区内矿柱的承载能力，防止空区顶板的整体失稳或局部垮冒。碎石充填后的下部多层重叠空区体积减小，危险等级降低，其空区处理和残矿回采可按单层空区中深孔崩落法进行。 综上分析，三道庄露天矿地下空区采用以露天生产的同时使用地表钻孔碎石充填法处理处理方案。即在露天剥离范围内的采空区，在露天剥离时采用地表钻孔碎石充填法分区分类进行处理，从 2006 年至 2010年底，三道庄露天矿共处理空区 28 次，处理空区面积 3336m2，处理空区体积 66720m3，消除了大量隐患2，有效的解决了三道庄矿区采矿安全，残矿回收利用问题。特别是目前，我国矿产资源紧张的情况下，对于解决国内同类型矿山资源的安全，有效利用资源、及时消除安全隐患，合理开发具有参考意义。 参考文献： 1. 张东方.露天空区处理工艺技术方法探索J.金属矿山.2009(07)：24 2. 王春毅.露天中深孔爆破处理地下多层复合空区的实践J.爆破.2008(03):36-38 3. 刘敦文,古德生,徐国元.地下矿山采空区处理方法的评价与优选J.中国矿业.2004(08):52 4. 程秀升;王春毅.硐室爆破处理复杂大规模空区的实践J.采矿技术.2006(03):528
