CN102589372B - 采空区的硐室与深孔爆破法 - Google Patents

采空区的硐室与深孔爆破法 Download PDF

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Abstract

采空区的硐室与深孔爆破法，先从上向下抽采间柱及其两侧的顶柱或顶底柱，然后每隔2～3个中段就在抽采矿柱之后的采空区上盘沿矿体走向实施深孔爆破，借助深孔爆破和掘进深孔凿岩的水平施工巷道产生的废石就地充填到施工巷道下部抽采形成的采空区，既将矿柱抽采后的下部采空区充填一定厚度，又削掉上盘的部分下移三棱柱荷载，也避免保留的上盘围岩发生过度破坏，从而限制上盘和保留间柱向采空区发生过度岩体移动或破坏；如果深孔爆破及施工巷道产生的废石难于满足其下部采空区充填厚度和充满的要求，则沿下盘走向辅助硐室爆破，采空区处理后，可以限制上盘发生过度岩体移动或破坏，有利于保护滞后开采的上层矿体的完整性。

Description

采空区的硐室与深孔爆破法
技术领域
本发明涉及对急倾斜中厚及厚采空区的处理方法，特别涉及一种采空区的硐室与深孔爆破法。
背景技术
采空区是由人为开采或者天然溶洞疏干在地表下面形成的“空洞”，采空区的存在引起顶板应力过度集中，使得矿山的安全生产面临很大的安全隐患，可能导致顶板突然冒落或地表突然沉陷，从而导致伤害事故。
对于有上层矿体需要保护的中厚或厚大采矿区，应用房柱法开采后也遗留了大量矿柱需要回收。既要适当回收矿柱，又要处理采空区而避免突然冒落或沉陷而导致的伤害事故，过去一般应用废石等充填来处理急倾斜中厚或厚大采空区，或矿房崩落充填来处理急倾斜中厚或厚大采空区，这些方法处理采空区的费用仍然超过30～50元/m3。急倾斜薄脉矿体开采形成的采空区，过去一般应用浅孔或中深孔削壁充填或废石充填采空区，采空区处理也需要约25元/m3。尾砂或胶结充填处理急倾斜中厚或厚大采空区，处理费用更昂贵，而且还需要建立充填系统。
为了降低采空区处理费用，限制上盘过度岩体移动，保护滞后开采的上层矿体，确保多中段开采及矿柱回收后嗣后简便地集中处理急倾斜中厚或厚大采空区，特提出了硐室与深孔爆破法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采空区的硐室与深孔爆破法，使采空区上盘部分下移三棱柱体卸载从而引起上盘下移的荷载降低或消失，深孔爆破三棱柱体产生的松石和掘进深孔凿岩的水平施工巷道产生的废石将施工巷道下部矿柱抽采后形成的采空区充填，从而限制上盘岩体和保留的间柱向采空区移动。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
采空区的硐室与深孔爆破法，从上向下抽采间柱1及其两侧的顶柱或顶底柱3形成采空区4，每隔2～3个中段就在采空区4的最上一个中段对应的上盘掘进水平施工巷道12并在水平施工巷道12内开凿深孔5沿采空区4走向实施深孔爆破，借助深孔爆破和掘进水平施工巷道12产生的废石就地充填到采空区4在水平施工巷道12下方的部分。
深孔爆破同时削掉采空区4的最上一个中段对应的上盘可引起上盘下移的部分三棱柱体11荷载，具体方法是在实施深孔爆破卸载三棱柱体11的中段，先沿采空区4的走向掘进深孔凿岩的水平施工巷道12，在水平施工巷道12向采空区4实施深孔爆破卸载三棱柱体11。
在完整稳定硬岩中，所述深孔凿岩的水平施工巷道12与采空区4边缘的水平距离为5～20m。
在中等完整稳固硬岩中，所述深孔凿岩的水平施工巷道12与采空区4边缘的水平距离为12m。
所述卸载三棱柱体11的深孔5包含一组上向和下向的扇形深孔或中深孔。
所述上向和下向的扇形深孔或中深孔沿剖面的钻孔数按常规爆破布置，确保能成功实现爆破卸载三棱柱体11；沿采空区4的走向的深孔5孔间距取4.5±0.5m；从采空区4边缘向岩体深部逐排微差起爆。
为了保证爆破效果，上向的深孔5的深度由需要卸载的三棱柱体11的体积来决定，确保爆破松石在采空区4中的堆积厚度满足采空区处理的要求，下向的深孔5的孔底离采空区4边缘的距离为2-3m，钻孔组成的扇形断面垂直于深孔凿岩的水平施工巷道12的走向。
如果深孔爆破和掘进水平施工巷道12产生的废石难于满足其下部采空区4充填厚度或充满的要求，则沿下盘走向辅助1～2层爆破硐室6，沿采空区4走向每层布置2～3个以上的爆破硐室6实施硐室爆破。
采空区4处理能限制上盘发生过度岩体移动或破坏，有利于保护滞后开采的上层矿体9的完整性，适合有上层矿体需要保护的中厚或厚大采空区的处理。本发明在深孔爆破同时削掉上盘的可引起上盘下移的部分三棱柱体11荷载，也避免保留的上盘围岩发生过度破坏，从而限制上盘和保留的间柱1向采空区发生过度岩体移动或破坏，也消除冒落激发的冲击波危害。
本发明与现有技术相比，具有的优点是：
1)采空区处理紧跟矿柱回收，在矿柱回收出矿完成后马上实施，因此，采空区处理的凿岩施工可以与矿柱回收平行作业；
2)采空区处理与矿柱回收相伴开展，不可单独施工。这种采空区处理工艺，要求矿柱回收从上中段向下中段逐一进行，回采完2～3个中段的矿柱后，立即实施采空区处理，然后沿矿体走向向两端间隔抽采间柱并间隔采空区类似处理采空区。因此，回收矿柱的采矿强度高，在矿石覆盖层下出矿因而贫化率低，矿柱的理论回收率可以达到77.9％，贫化率理论上可以降低到0。
3)相对废石等其他充填方法经济。处理约260万m3采空区，仅需要390万元人民币施工费；
4)不仅卸载了上盘的下移三棱柱体的荷载，而且可以限制上盘围岩和保留间柱向采空区发生过度岩体移动或弯折，因而能保护滞后开采的上层矿体免遭岩体移动破坏；
5)应用该采空区处理新方法，施工速度快、操作简便、施工安全、矿柱回收率高、贫化率低。
附图说明
图1是矿体开采形成的采空矿房、间柱示意图。
图2是2#间柱及其两侧顶柱(或顶底柱)抽采后形成的采空区示意图。
图3是矿体剖面及爆破硐室和深孔布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，矿体开采形成采空矿房2和间柱1，为便于描述，将间柱1顺序编号为1#、2#、3#、4#、5#。间柱1与顶柱或顶底柱3交接，之间即为采空矿房2。
如图2所示，间隔1#、3#间柱1从一中段向三中段从上到下抽采2#间柱1及其两侧的顶柱或顶底柱3，同时在一中段或二中段底板对应的上盘围岩中沿采空区4走向施工深孔凿岩的水平施工巷道12并随后实施深孔5凿岩，如果爆破三棱柱产生的松石不够，还必须在同水平的下盘围岩中施工硐室爆破的爆破硐室6。
在房柱法开采中厚或厚大矿体的坚硬完整稳固围岩中，深孔凿岩的水平施工巷道12离采空区4边缘的水平距离为5～20m，在中等完整稳固硬岩中为12m，其断面尺寸由采用的深孔凿岩机具确定。为了不影响后续矿柱回收的出矿贫化率，掘进废石沿保留的1#或3#间柱1上的联络道运至下盘运输大巷并运至地表。
一个间柱及其两侧的顶柱从一中段到三中段全部回收完毕，如2#间柱，且爆破深孔施工完毕后，以采空区4为自由面，分段微差爆破上盘三棱柱体11或下盘的爆破硐室6，爆破松石充满其下部的采空区4，从而限制上盘围岩及保留的1#、3#间柱1向采空区过度移动或折断破坏。
如果一层上盘深孔5或下盘的爆破硐室6产生的爆破松石不能满足采空区4处理的需要，必须沿垂直方向施工2～3层深孔5或爆破硐室6，一次性从下向上分段微差爆破。
博伦矿业七角井铁矿采空区厚11.89m，上盘围岩中等稳固，上层矿体离下层矿体的水平距离达到140m左右。数值仿真表明：间隔间柱抽采，从上向下抽采3个中段，悬空高度达到150～180m时，爆破三棱柱体充满采空区的厚度达到62.5m能限制上盘和保留的1#、3#间柱向采空区发生过度岩体移动或弯折等破坏；如此每间隔抽采一个间柱，形成长约93m的采空区后，间隔充填该93m的采空区，就能满足控制岩体移动和保护上层矿体的需要。
见附图3，在博伦矿业七角井铁矿，施工巷道12离采空区4边缘的水平距离取12m，上盘实施单层深孔爆破卸载三棱柱体11，每次93m长的采空区4需要充填的松石方量约为6.9万m3，需要爆破的三棱柱体体积约为4.3万m3，就能满足采空区4处理的要求，也能满足施工巷道12在爆破施工期间的稳定性要求。图中上层矿体9与本层深部的未采矿体10走向基本一致。扇形炮孔的中部可能难于推向采空区4，可以在首次爆破拉槽的3～5排炮孔形成的扇形中心辅助小硐室7实施硐室爆破，首先分段微差起爆各扇形炮孔，最后微差起爆小硐室7。小硐室7可以借助钻孔扩孔或药壶爆破而产生。

Claims (7)

1.采空区的硐室与深孔爆破法，从上向下抽采间柱（1）及其两侧的顶柱或顶底柱（3）形成采空区（4），每隔2～3个中段就在采空区（4）的最上一个中段对应的上盘掘进水平施工巷道（12）并在水平施工巷道（12）内开凿深孔（5）沿采空区（4）走向实施深孔爆破，借助深孔爆破和掘进水平施工巷道（12）产生的废石就地充填到采空区（4）在水平施工巷道（12）下方的部分，其特征在于，深孔爆破同时削掉采空区（4）的最上一个中段对应的上盘可引起上盘下移的部分三棱柱体（11）荷载，具体方法是在实施深孔爆破卸载三棱柱体（11）的中段，先沿采空区（4）的走向掘进深孔凿岩的水平施工巷道（12），在水平施工巷道（12）向采空区（4）实施深孔爆破卸载三棱柱体（11），如果深孔爆破和掘进水平施工巷道（12）产生的废石难于满足其下部采空区（4）充填厚度或充满的要求，则沿下盘走向辅助1～2层爆破硐室（6），沿采空区（4）走向每层布置2～3个以上的爆破硐室（6）实施硐室爆破；如果扇形炮孔的中部难于推向采空区（4），则在首次爆破拉槽的3～5排炮孔形成的扇形中心辅助小硐室（7）实施硐室爆破，首先分段微差起爆各扇形炮孔，最后微差起爆小硐室（7）。
2.根据权利要求1所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，在完整稳定硬岩中，所述深孔凿岩的水平施工巷道（12）与采空区（4）边缘的水平距离为5～20m。
3.根据权利要求1所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，在中等完整稳固硬岩中，所述深孔凿岩的水平施工巷道（12）与采空区（4）边缘的水平距离为12m。
4.根据权利要求1所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，所述卸载三棱柱体（11）的深孔（5）包含一组上向和下向的扇形深孔或中深孔。
5.根据权利要求4所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，所述上向和下向的扇形深孔或中深孔沿剖面的钻孔数按常规爆破布置，确保能成功实现爆破卸载三棱柱体（11）；沿采空区（4）的走向的深孔（5）孔间距取4.5±0.5m；从采空区（4）边缘向岩体深部逐排微差起爆。
6.根据权利要求4或5所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，为了保证爆破效果，上向的深孔（5）的深度由需要卸载的三棱柱体（11）的体积来决定，确保爆破松石在采空区（4）中的堆积厚度满足采空区处理的要求。
7.根据权利要求4或5所述的采空区的硐室与深孔爆破法，其特征在于，为了保证爆破效果，下向的深孔（5）的孔底离采空区（4）边缘的距离为2-3m，钻孔组成的扇形断面垂直于深孔凿岩的水平施工巷道（12）的走向。
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