露天與地下巷道交匯處安全開采研究

韋志興，劉文安，黎永杰，詹海華

(1.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司 大新錳礦分公司，廣西 大新 532315；2.中信大錳礦業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

我國礦山開采采用露天開采(以下簡稱為：露采)轉(zhuǎn)地下開采(以下簡稱為：地采)的方法很普遍。但是，國內(nèi)外露采與地采巷道交匯地帶同時(shí)安全開采的情況甚少，而且各個(gè)礦山的地質(zhì)條件不同，遇到的問題各不一樣，少有經(jīng)驗(yàn)可供參考。中信大錳礦業(yè)有限公司大新錳礦在開采過程中遇到露天和地下開采交錯(cuò)影響問題，對礦山上下安全順利開采是很大的考驗(yàn)。因此，研究露采采剝穿孔爆破方法和安全防范措施[1]，對解決這類問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦區(qū)特點(diǎn)及開采現(xiàn)狀

1.1 礦床特點(diǎn)

廣西大新錳礦屬于大型淺海相沉積型錳礦床，由于長期風(fēng)化作用而形成了淺部氧化帶和深部原生帶。賦存于氧化帶的氧化礦大部分處于340 m標(biāo)高以上，錳礦層自下而上分為3層，層與層之間均有夾層。礦層層位穩(wěn)定，呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致。個(gè)別礦段由于受褶皺和斷層的影響，礦層的產(chǎn)狀與連續(xù)性變化極大。多級褶皺致使礦層傾角可由水平變?yōu)橹绷ⅲ蟮罐D(zhuǎn)，頂?shù)装逑嗷ヮ嵉?，加上斷層破壞，致使礦層位移和重疊。

礦層厚度變化不大，總的趨勢是由東向西，由厚變薄。3層礦最厚處均在中采場，其中Ⅰ礦層最厚為3.23 m，Ⅱ礦層為5.05 m，Ⅲ礦層為3.13 m，在中—東采場3個(gè)礦層2個(gè)夾層非常穩(wěn)定，各層礦的礦化連續(xù)性很好，礦層厚度變化系數(shù)為32%～47.1%。礦層及夾層厚度見表1。

表1 礦層及夾層厚度概況 m

1.2 開采現(xiàn)狀

廣西大新錳礦東采場9～13號勘探線開采范圍內(nèi)，露采在地采主巷運(yùn)輸上方作業(yè)。該礦段處于氧化帶界線附近，氧化錳礦石和碳酸錳礦石共存，且產(chǎn)狀較為復(fù)雜，出現(xiàn)明顯褶皺構(gòu)造，礦體上盤(北面)圍巖多為堅(jiān)硬的原生巖石，礦體下盤(南面)圍巖多為相對松軟的風(fēng)化巖石。目前，露采工作面365臺階(臺階高度為10 m)邊沿已推進(jìn)至10號勘探線附近，與恰好穿過此區(qū)域的340巷道中軸線水平投影距離20多米。340巷道頂部標(biāo)高344 m，地表標(biāo)高377 m，垂直高差為33 m。365臺階繼續(xù)推進(jìn)跨過340巷道上方時(shí)，垂直距離僅為22 m左右。礦區(qū)10號勘探線的開采現(xiàn)狀詳見圖1。

圖1 礦區(qū)10號勘探線開采現(xiàn)狀

在如此近距離的情況下，爆破的震動(dòng)對地采巷道的穩(wěn)固性影響非常大。而巷道頂與露天炮孔孔底間的安全距離、爆破的具體參數(shù)和采取的相應(yīng)措施并無經(jīng)驗(yàn)可循。若因?yàn)槁恫纱┛妆谱鳂I(yè)而影響到340巷道的安全運(yùn)行，地采年25萬t的運(yùn)輸能力不僅無法實(shí)現(xiàn)，而且會(huì)因此出現(xiàn)礦山安全事故，后果將非常嚴(yán)重。

2 穿爆及采剝方案

2.1 初步確定警戒帶范圍

首先根據(jù)實(shí)際情況，在地表標(biāo)明340巷道中心線位置，確認(rèn)地采巷道在地表上的水平投影位置，并做好標(biāo)識警示；其次，尋找影響依據(jù)。當(dāng)375臺階在此位置上方爆破時(shí)，孔底距離巷道頂部為32～33 m，實(shí)施爆破并未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重影響巷道穩(wěn)固的現(xiàn)象。在周圍巖性變化不大的情況下，據(jù)此推測距離巷道32 m左右的空間范圍內(nèi)，爆破作用力對巷道穩(wěn)固性影響不大；最后，投影井下巷道影響警戒范圍到地表。計(jì)算確定地表水平偏移24 m以外拉線標(biāo)識露采爆破井下巷道影響警戒帶，穿孔爆破不能超過警戒帶以內(nèi)區(qū)域。

2.2 警戒帶邊沿穿爆試驗(yàn)

2.2.1 爆破布孔區(qū)域及孔網(wǎng)參數(shù)

在警戒帶邊沿開展臺階的穿孔爆破試驗(yàn)，以觀測爆破作業(yè)對井下巷道的影響程度。布孔情況及參數(shù)如下：炮孔排數(shù)為5排，炮孔數(shù)量為37個(gè)，孔網(wǎng)參數(shù)為2.5 m×3 m，穿孔深度為10～11 m，布孔面積約為320 m2，控制的剝離量約0.8萬t，最后1排穿孔離340巷道中心線水平距離為24.2 m，孔底距巷道最近距離為32.5 m。測繪確定好孔網(wǎng)實(shí)測位置圖(見圖2所示)。

圖2 中部露采與地采巷道交匯地帶穿孔爆破試驗(yàn)布置

2.2.2 爆破試驗(yàn)方案

1)控制單孔裝藥量，前3排共27個(gè)孔，單孔裝藥量為45 kg，后2排共10個(gè)孔，單孔裝藥量為30 kg。

2)裝藥結(jié)構(gòu)前3排正常連續(xù)裝藥，后2排每孔分2段間隔1.5 m裝藥，每段藥量15 kg，每段單獨(dú)設(shè)置雷管起爆，采用泥土填塞滿炮孔。

3)實(shí)行多排孔微差分段起爆措施[2]。從臺階邊坡線起，第1、2排裝1號段別的導(dǎo)爆管雷管，第3排裝3號段別的導(dǎo)爆管雷管，第4、5排裝5號段別的導(dǎo)爆管雷管。

4)爆破作業(yè)由露采現(xiàn)場技術(shù)人員組織實(shí)施，爆破作業(yè)期間需要的配合工作，由地采相關(guān)人員配合。

5)爆破時(shí)，通知各方人員撤離爆破區(qū)域，井下340巷道采取封閉通行以及必要的安全防范措施。

中部露采與地采巷道交匯部位穿孔爆破試驗(yàn)參數(shù)布置見圖3。

2.2.3 穿爆結(jié)果

實(shí)施爆破試驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)地采巷道有影響其穩(wěn)固的不良后果，露采爆堆爆破效果較理想，挖掘設(shè)備可以采裝礦巖。試驗(yàn)結(jié)果表明：警戒帶的設(shè)置符合該地段地質(zhì)條件及穿孔爆破工藝要求，在正常情況下，警戒帶范圍以外(距離巷道33 m以外)的區(qū)域可以按照正常的穿孔爆破開展作業(yè)，為露采采剝計(jì)劃的實(shí)施指明了方向。

2.2.4 采剝方案

根據(jù)露采設(shè)計(jì)的最低開采境界情況，最低臺階標(biāo)高為335 m，比340平巷底板341 m還要低6 m左右，這就是說，340平巷最終要被截?cái)鄰U棄，但地采該中段還需要服務(wù)1～2年的時(shí)間，在此期間，必須采取安全穩(wěn)妥的采剝方案，保護(hù)340平巷的安全穩(wěn)固。

圖3 中部露采與地采巷道交匯地帶穿孔爆破試驗(yàn)參數(shù)布置

礦體下盤(南面)的圍巖為較松軟的風(fēng)化巖，可以考慮在穿孔爆破采剝警戒帶以外，利用露采大型挖掘設(shè)備直接挖掘巷道上方臺階在巷道側(cè)面的巖土，形成一道足夠?qū)挾鹊臏喜?，利于設(shè)備通行和雨季排水。當(dāng)超過西面警戒帶之后，向兩邊擴(kuò)大工作面，實(shí)施正常的采剝作業(yè)。在實(shí)施挖掘溝槽的過程中，碰到難以鏟裝的堅(jiān)硬風(fēng)化巖石，堅(jiān)硬圍巖實(shí)施爆破作業(yè)時(shí)，減少爆破自由面的抵抗線，控制單孔裝藥量和1次爆破總藥量，采用半秒差導(dǎo)爆管雷管實(shí)施爆破作業(yè)[3]，以減少爆炸應(yīng)力直接作用于340平巷。最后，等到340平巷停用之后，再擴(kuò)大并延伸采剝此處的礦巖。待到露采結(jié)束后視情況可以考慮重新澆筑巷道以恢復(fù)340巷道的結(jié)構(gòu)，繼續(xù)作為地采部分系統(tǒng)功能之用。

3 結(jié) 語

通過實(shí)踐證明了在露天轉(zhuǎn)地下開采的過程中可以通過實(shí)施一定的穿孔爆破方法，探索確定井上下行開采過程中出現(xiàn)的爆破參數(shù)，爆破地震危害范圍，巷道穩(wěn)固性的保障等技術(shù)難題。解決了露采地采同時(shí)交替開采而互不影響，嘗試探索露天開采爆破對地下巷道影響的臨界距離，通過實(shí)施各種手段取得了較好的效果，使得礦山開采可以安全順利進(jìn)行，為類似巖性下的其他礦山提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).新編礦山采礦設(shè)計(jì)手冊[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2] 高爾新，楊仁樹.爆破工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[3] 劉殿中.工程爆破實(shí)用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1999.