CN109211039A - 一种用于高温采空区的露天矿开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高温采空区的露天矿开采方法，包括根据物探资料、作业平台台阶高度和采空区危险级别划分标准，确定采空区危险级别；采用钻孔探测方法对采空区位置及规模进行精确定位，以获得采空区轮廓边界；利用采空区已钻的探测炮孔进行采空区内部温度检测；采用三相泡沫降温法对采空区进行灭火降温；按爆破设计孔排距要求在探明的采空区上方布设贯穿采空区的爆破炮孔；采用反向充填方法和不耦合装药结构对采空区上方及周边炮孔进行装填后，爆破崩落岩体；通过比对采空区上方岩体崩落塌陷前后的比值进行效果评估。本发明实现了采空区探测精确，通过对高温采空区准确定位、快速降温、爆破崩落等处理，确保了现场设备及人员的安全。

Description

一种用于高温采空区的露天矿开采方法

技术领域

本发明涉及一种采空区露天矿开采方法，特别是一种用于高温采空区的露天矿开采方法。

背景技术

随着大型采装挖运设备的发展，在我国新疆、宁夏、山西等地很多井工煤矿已经逐步转为露天复采，由于年代久远，在井工开采中形成的运输巷道及采空区地质资料大多已经遗失无从查究，另一方面由于历史上小煤窑私挖滥采原因也形成了大量采空区。由于空气涌入导致了采空区中剩余煤层的自燃，引起周围煤层及岩石被持续加热，煤炭的不完全燃烧在这些采空区中积聚了大量的有毒有害气体，进一步恶化了采空区的内部环境，这些高温采空区的存在给现场作业的设备和人员带来了巨大的安全隐患。对常温环境下的采空区处理的方法主要分充填法和崩落法两种。采用充填法进行处理，存在二次装运的问题，经济上不合理。崩落爆破法主要有硐室崩落法、中深孔爆破崩落法两种。由于采空区中涉及高温爆破，如果直接采用硐室崩落或中深孔崩落，炸药在高温环境下均存在早爆安全隐患。为此，需要一种适应于高温采空区的爆破施工方法，以实现对高温采空区准确定位、快速降温、安全处理，确保现场作业设备及人员安全。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术不能满足高温采空区安全作业要求的不足，提供一种用于高温采空区的露天矿开采方法。该方法通过对高温采空区准确定位、快速降温、爆破崩落等处理，确保了现场设备及人员的安全。

为了实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

一种用于高温采空区的露天矿开采方法，包括以下步骤：

S1，采空区危险级别确定：根据物探资料、作业平台台阶高度和采空区危险级别划分标准，确定采空区危险级别；

S2，采空区精确定位：采用钻孔探测方法对采空区位置及规模进行精确定位，以获得采空区轮廓边界；

S3，温度检测及灭火降温：利用采空区已钻的探测炮孔进行采空区内部温度检测；采用三相泡沫降温法对采空区进行灭火降温；

S4，爆破炮孔布设：按爆破设计孔排距要求在探明的采空区上方布设贯穿采空区的爆破炮孔；

S5，爆破崩落：采用反向充填方法和不耦合装药结构对采空区上方及周边炮孔进行装填后，爆破崩落岩体；

S6，崩落效果评估：通过比对采空区上方岩体崩落塌陷前后的比值进行效果评估。

采用前述技术方案的本发明，通过确定采空区危险级别，以便按照不同危险级别进行对应孔排距的探测炮孔布置，从而高效的完成采空区精确定位；利用三相泡沫降温法对采空区进行灭火降温，并通过探测炮孔进行采空区降温前后的温度检测，以确定降温效果，以确保采空区在安全温度下，进行后续爆破崩落作业，消除早爆安全隐患；再通过反向充填法和不耦合装药法，在对采空区上方及周边炮孔进行装填后，爆破崩落岩体，以在节省炸药量的同时，确保爆破崩落效果；最后通过崩落效果评估，确保高温采空区消除后，能够采用大型开采设备进行安全的露天开采。本方法构思严禁，实用性强，能够确保高温采空区的露天安全开采。其中，采空区温度检测使用的炮孔全孔温度监测装置，利用红外探头深入炮孔并进入高温采空区中，以测量全孔及采空区内部各方向温度情况，能准确掌握高温采空区内部情况。该炮孔全孔温度监测装置采用中国专利公开号CN104062022A，公开日期2014年09月24日公开的结构。三相泡沫由具有发泡功能的阻燃材料、黏性黄土、水构成，注入采空区后能迅速发泡封堵整个空腔，并能渗入裂隙中阻断其空气来源。三相泡沫被烘干后其携带的阻燃材料及泥浆能附着在空腔表面，浇灭火源。该方法不但灭火彻底且有效避免了采用注水灭火方式带来的巨大水资源浪费。三相泡沫灭火技术是由中国矿业大学推出的防治煤炭自燃火灾的新技术，它的基本制备工艺是首先在制浆站中，将一定比例的水与黄泥搅拌混合形成黄泥浆体，通过渣浆泵输送到注浆管路中，再通过定量螺杆泵将发泡剂加入到注浆管路中，浆液与发泡剂在管道中混合后进入发泡器，在发泡器中接入气源管路，惰性气体与含有发泡剂的黄泥浆体相互作用产生出三相泡沫。三相泡沫灭火降温有以下优点：(1)三相泡沫在采空区可向高处堆积，对低、高处的浮煤都能覆盖，能有效的解决因采空区比工作面地势高而造成的“拉沟”现象；(2)注入在采空区的氮气被封装在泡沫之中，能较长时间滞留在采空区中，充分发挥氮气的窒息防灭火作用；(3)三相泡沫中含有黄泥固态物质，这些固态物质是三相泡沫面膜的一部分，可较长时间保持泡沫的稳定性，即使泡沫破碎了，具有一定粘度的黄泥仍然可较均匀地覆盖在浮煤上，可持久有效地阻碍煤对氧的吸附，防止煤的氧化，从而有效地防止煤炭自燃发火。

优选的，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1a，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；并将初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径；

S2.2a，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3a，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度；

S2.4a，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；

S2.5a，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则执行下一步；否，则执行S2.7a；

S2.6a，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录该探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；并返回上一步；

S2.7a，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5a；

S2.8a，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，返回S2.5a；否，则执行下一步；

S2.9a，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；所述采空区边界探测炮孔被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔。通过按爆破炮孔孔径和两倍于作业台阶高度，司钻孔排距至少两倍于爆破炮孔设计孔排距的探测炮孔，以在采空区形成采空区区域探测炮孔、采空区边界探测炮孔，以及在采空区外的采空区外围形成采空区周边探测炮孔；其中，采空区边界探测炮孔与采空区周边探测炮孔之间的孔间距，小于或等于爆破炮孔的设计孔间距。以通过对探测炮孔进行适当处理后，进行装药爆破消除采空区。其通过大间距采空区区域探测炮孔布置，减少钻孔数量，从而大幅减少钻孔工作量和炸药消耗量；并能够有效消除顶板厚度小于两倍作业台阶高度的采空区，其不仅能探测到本台阶面中遗留的采空区，同时也能提前探测到下一台阶面中采空区的存在，有效消除了大型设备在作业中陷落隐患，为作业平台的开采作业打下了牢固的安全基础；同时，通过采空区边界探测炮孔与采空区周边探测炮孔的间距，小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的方案，实现精确探测目的，并为精准处理采空区提供了保障。其中，采空区顶板厚度测量装置采用中国专利公告号CN206330519U公开的采空区顶板厚度测量装置相同的技术方案。

进一步优选的，在S2.2a所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。以在重新钻出的探测炮孔仍为位于采空区钻通的情形下，在后续爆破过程中将该探测炮孔作为爆破炮孔适应，避免形成多余爆破炮孔，或额外再增设爆破炮孔，提高工作平台的爆破施工效率。

优选的，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1b，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径；

S2.2b，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3b，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度；

S2.4b，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；

S2.5b，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则重复执行本步骤；否，则执行下一步；

S2.6b，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.7b，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.8b，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置依次测量并记录探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；直至全部完成；

S2.9b，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔；所述采空区边界探测炮孔被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔。

其中，在S2.2b所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。本采空区精确定位方案与前述的采空区精确定位不同之处在于，与采空区钻通的探测炮孔处的顶板厚度在全部钻完后集中测量，相对于每钻一个测量一次的方案，效率更高。

优选的，在S5所述的爆破崩落步骤中，还包括将S4所述的爆破炮孔布设中采空区新增的爆破炮孔归入采空区区域探测炮孔；然后，对采空区区域探测炮孔、采空区边界探测炮孔和采空区周边探测炮孔三种探测炮孔进行装填；其中：

对所述采空区区域探测炮孔的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成区域孔反向充填段、区域孔第一装药段、间隔段、区域孔第二装药段和区域孔上部堵塞段；

对所述采空区边界探测炮孔的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成边界孔反向充填段、边界孔装药段和边界孔上部堵塞段；

对所述采空区周边探测炮孔的装填包括，在炮孔底部形成周边孔反向充填段，依次向上形成周边孔装药段和周边孔上部堵塞段；

所述区域孔第一装药段的长与边界孔装药段的长度相等；所述周边孔装药段和周边孔上部堵塞段长度分别与台阶爆破设计的对应参数相同；所述区域孔上部堵塞段与周边孔上部堵塞段长度相等。

通过对在采空区探测过程中形成的三种探测炮孔进行分别处理，从而形成三种不同的炮孔结构。包括在三种孔内形成具有高度位置差的装药段，以及采用不同的装药量，以利用采空区上方的区域探测炮孔和边界探测炮孔的岩石充分崩落，并同时通过周边探测炮孔按正常台阶爆破形成挤压，使采空区上方爆破后的岩石充分塌陷在采空区区域内，从而获得安全、稳固的开采作业环境。

进一步优选的，形成在采空区区域探测炮孔和采空区边界探测炮孔底部的所述底部承重装置，包括位于炮孔底部的承重部件，承重部件通过承重绳悬挂，承重绳与上方的固定装置固定连接，固定装置固定设在探测炮孔的孔口外部；且构成所述承载装置的所述承重部件和承重绳由具有耐200℃以上的耐高温材料制成，并能够承受上部的反向充填段、装药段和上部堵塞段的重力和充填冲击力之和；且承重部件的直径为炮孔直径的0.75～0.85倍。以确保承载装置具有牢固可靠的承载结构。以适应温度低于200℃的高温采空区作业环境，以便反向填充、装药和孔口堵塞等工作的顺利进行，为采空区充分爆破提供保障；并通过承重部件直径与炮孔孔径关系的合理设置，确保承重部件的承重可靠性和放置到炮孔内的方便性，进一步增加强支撑装置的可靠性。

优选的，在S7所述的崩落效果评估步骤中，包括以下步骤：

S7.1，计算采空区空腔体积及上部岩体体积：通过钻探测量获得的采空区三维轮廓，计算采空区空腔体积V1和采空区上部岩体体积V2；

S7.2，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷理论值：根据岩体爆破后膨胀系数P，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷的理论值V3，其中，V3＝V1-V2；

S7.3，测量并计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷实际值：测量采空区爆破后塌陷部位的多点坐标，以通过计算获得爆破崩落塌陷的实际值V4；

S7.4，评估采空区崩落塌陷效果：计算理论值V3与实际值V4的差值ΔV和实际塌陷比V，并以该实际塌陷比V进行采空区崩落塌陷效果评估。

本方案，首先通过对钻探探明的采空区进行测量和计算，以获得采空区空腔体积和上部岩体体积；再利用由岩体性质决定的爆破膨胀系数获得崩落塌陷理论值；并在采空区爆破后，通过测量和计算爆破崩落塌陷的实际值，比较实际值与理论值的差异而获得差值和实际塌陷比；并将塌陷比作为效果评级依据，以此获得准确和量化的评价结果。从而可准确确定开采安全隐患是否消除，为后续决策提供依据、为安全开采提供保障。

进一步优选的，在所述S7.1步骤中，通过采空区顶板厚度测量装置测量多个炮孔孔深和对应处的采空区高度，并结合炮孔作业平台的平面坐标获得空区空腔体积V1；所述空区上部岩体体积V2利用采空区三维轮廓上部坐标及作业平台的平面坐标计算获得。顶板厚度测量装置通过测量多个炮孔孔深及采空区高度，结合炮孔作业平台的平面坐标，从而可近似计算采空区三维空腔体积；进而也可近似计算采空区上部岩体体积V2。其中，采空区顶板厚度测量装置采用中国专利公告号CN206330519U公开的采空区顶板厚度测量装置相同的技术方案。

进一步优选的，在所述S7.3步骤中，所述爆破崩落塌陷的实际值V4，通过测量和计算作业平台爆破后位于采空区的凹坑体积获得；在所述S7.4步骤中，所述塌陷比V按下式计算：V＝×100％；所述崩落塌陷效果评估按以下准则进行：当V≤20％，表示采空区处理完全；当V＞20％，表示采空区处理不完全。从而获得准确和量化的评价结果。本方案采用GPS/RTK测量技术，测量爆破后的沉降体积，以获得准确的测量结果，为崩落塌陷效果评价打下牢固基础；同时，结合比值法获得准确和量化的评价结果。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本施工方法在处理高温采空区中具有精确定位、全孔测温、快速降温、安全处理、准确评估等特点，具体表现在以下几个方面：

使用“四步探测法”实现了对采空区位置及规模的准确定位。第一步，通过钻机探孔确定采空区初步位置；第二步，通过顶板厚度测量装置确定采空区三维轮廓；第三步，通过探孔钻机沿穿孔中心向四周辐射确定采空区平面边界；第四步，通过顶板厚度测量装置确定采空区顶板厚度。“四步探测法”为合理布置装药结构、控制爆破参数提供了技术支撑。使用的炮孔全孔温度监测装置，由红外探头深入炮孔并进入高温采空区中可测量全孔及采空区内部各方向温度情况，能准确掌握高温采空区内部情况。使用“三相泡沫降温法”实现了对采空区围岩的快速降温。三相泡沫由具有发泡功能的阻燃材料、黏性黄土、水构成，注入采空区后能迅速发泡封堵整个空腔，并能渗入裂隙中阻断其空气来源。三相泡沫被烘干后其携带的阻燃材料及泥浆能附着在采空区空腔表面，浇灭火源。该方法不但灭火彻底，且有效避免了采用注水灭火存在的巨大水资源浪费问题。使用反向充填爆破技术和不耦合装药方法实现对采空区顶板的安全处理，确保了整个采空区完全崩落，岩石破碎块度均匀，有利于爆后清渣。使用GPS/RTK测量爆破后的沉降体积与使用三维扫描仪探测得到的三维空腔体积对比，实现了对采空区崩落处理效果进行客观、准确评价，确保了从根本上消除空区安全隐患。

附图说明

图1是本发明施工方法的流程示意图。

图2是本发明实施例1中采空区精确定位的流程示意图。

图3是本发明在采空区探测过程中形成的采空区区域探测炮孔、采空区边界探测炮孔和采空区周边探测炮孔的平面位置关系示意图。

图4是利用本发明方法形成的探测炮孔结构示意图。

图5是本发明实施例2中采空区精确定位的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，实施例是示例性的，仅用于揭示和解释本发明，以便充分理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1，参见图1、图2、图3、图4，一种用于高温采空区的露天矿开采方法，包括以下步骤：

S1，采空区危险级别确定：根据物探资料、作业平台台阶高度和采空区危险级别划分标准，确定采空区危险级别；

S2，采空区精确定位：采用钻孔探测方法对采空区位置及规模进行精确定位，以获得采空区轮廓边界；

S3，温度检测及灭火降温：利用采空区已钻的探测炮孔进行采空区内部温度检测；采用三相泡沫降温法对采空区进行灭火降温；

S4，爆破炮孔布设：按爆破设计孔排距要求在探明的采空区上方布设贯穿采空区的爆破炮孔；

S5，爆破崩落：采用反向充填方法和不耦合装药结构对采空区上方及周边炮孔进行装填后，爆破崩落岩体；

S6，崩落效果评估：通过比对采空区上方岩体崩落塌陷前后的比值进行效果评估。

其中，根据物探资料、作业平台台阶高度和采空区危险级别划分标准确定的作业平台到采空区高度小于2倍作业台阶高度的极度危险区；以及作业平台到采空区高度2-3倍的危险区，本实施例采用的作业台阶高度为15m；

其中，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1a，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；并将初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径；

S2.2a，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3a，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度；

S2.4a，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；

S2.5a，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则执行下一步；否，则执行S2.7a；

S2.6a，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录该探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；并返回上一步；

S2.7a，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5a；

S2.8a，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，返回S2.5a；否，则执行下一步；

S2.9a，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；所述采空区边界探测炮孔1被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔8，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔6。

其中，在S2.2a所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。本实施例的爆破炮孔设计的孔排距为14m×8m，即每排中爆破炮孔的孔间距为14m，排间距8m，相邻排的爆破炮孔错位对中设置，每列爆破炮孔中孔间距为16m，列间距为7m，相邻列的爆破炮孔错位对中设置；在所述的其余探测炮孔位置确定的步骤中，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔的设计孔排距的2倍，本实施例中探测炮孔的孔排距采用28m×16m。在加密探测炮孔布设中，增加的探测炮孔为未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置。即第一次增设钻孔时，在探测炮孔排上，增加的探测炮孔为未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间距离为14m，在探测炮孔列上，增加的探测炮孔为未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间距离为16m，后续增加探测炮孔时，在探测炮孔排和列上，在上一次的基础上孔间距减半，即按7m×4m的孔排距布置；

在S5所述的爆破崩落步骤中，还包括将S4所述的爆破炮孔布设中采空区新增的爆破炮孔归入采空区区域探测炮孔6；然后，对采空区区域探测炮孔6、采空区边界探测炮孔1和采空区周边探测炮孔8三种探测炮孔进行装填；其中：

对所述采空区区域探测炮孔6的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成区域孔反向充填段11a、区域孔第一装药段3aa、间隔段9、区域孔第二装药段3ab和区域孔上部堵塞段2a；

对所述采空区边界探测炮孔1的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成边界孔反向充填段11b、边界孔装药段3b和边界孔上部堵塞段2b；

对所述采空区周边探测炮孔8的装填包括，在炮孔底部形成周边孔反向充填段11c，依次向上形成周边孔装药段3c和周边孔上部堵塞段2c；

所述区域孔第一装药段3aa的长与边界孔装药段3b的长度相等；所述周边孔装药段3c和周边孔上部堵塞段2c长度分别与台阶爆破设计的对应参数相同；所述区域孔上部堵塞段2a与周边孔上部堵塞段2c长度相等。

形成在采空区区域探测炮孔6和采空区边界探测炮孔1底部的所述底部承重装置，包括位于炮孔底部的承重部件4，承重部件4通过承重绳5悬挂，承重绳5与上方的固定装置7固定连接，固定装置7固定设在探测炮孔的孔口外部；且构成所述承载装置的所述承重部件4和承重绳5由具有耐200℃以上的耐高温材料制成，并能够承受上部的反向充填段11、装药段3和上部堵塞段2的重力和充填冲击力之和；且承重部件4的直径为炮孔直径的0.75～0.85倍。以确保承载装置具有牢固可靠的承载结构。

在S7所述的崩落效果评估步骤中，包括以下步骤：

S7.1，计算采空区空腔体积及上部岩体体积：通过钻探测量获得的采空区三维轮廓，计算采空区空腔体积V1和采空区上部岩体体积V2；

S7.2，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷理论值：根据岩体爆破后膨胀系数P，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷的理论值V3，其中，V3＝V1-V2P-1；

S7.3，测量并计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷实际值：测量采空区爆破后塌陷部位的多点坐标，以通过计算获得爆破崩落塌陷的实际值V4；

S7.4，评估采空区崩落塌陷效果：计算理论值V3与实际值V4的差值ΔV和实际塌陷比V，并以该实际塌陷比V进行采空区崩落塌陷效果评估。

其中，在所述S7.1步骤中，通过采空区顶板厚度测量装置测量多个炮孔孔深和对应处的采空区高度，并结合炮孔作业平台的平面坐标获得空区空腔体积V1；所述空区上部岩体体积V2利用采空区三维轮廓上部坐标及作业平台的平面坐标计算获得。顶板厚度测量装置通过测量多个炮孔孔深及采空区高度，结合炮孔作业平台的平面坐标，从而可近似计算采空区三维空腔体积；进而也可近似计算采空区上部岩体体积V2。其中，采空区顶板厚度测量装置采用中国专利公告号CN206330519U公开的采空区顶板厚度测量装置相同的技术方案。

在所述S7.3步骤中，所述爆破崩落塌陷的实际值V4，通过GPS/RTK测量和计算作业平台爆破后位于采空区的凹坑体积获得；在所述S7.4步骤中，所述塌陷比V按下式计算：V＝ΔV/V3×100％；所述崩落塌陷效果评估按以下准则进行：当V≤20％，表示采空区处理完全；当V＞20％，表示采空区处理不完全。从而获得准确和量化的评价结果。

实施例2，参见图5，一种用于高温采空区的露天矿开采方法，其中，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1b，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；并将初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度的40m，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径200mm；

S2.2b，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3b，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度单位：m；

S2.4b，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；如爆破炮孔设计孔排距为14m×8m；则探测炮孔孔排距采用28m×16m；

S2.5b，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则重复执行本步骤；否，则执行下一步；

S2.6b，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.7b，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.8b，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置依次测量并记录探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；直至全部完成；

S2.9b，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔8，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔6；所述采空区边界探测炮孔1被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔。

其中，在S2.2b所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。

本实施例的其余步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

参见图3，依据本发明实施例1或2的方法，获得的作业平台采空区探测炮孔布置平面示意图。图中，椭圆形为模拟采空区的平面区域；爆破炮孔设计孔排距为14m×8m；探测炮孔孔排距采用28m×16m。图例中的爆破炮孔仅表示其位置，其在采空区探明后，位于采空区外的爆破炮孔可直接按爆破炮孔深度司钻形成；位于采空区内的爆破炮孔与采空区贯穿，并归为采空区区域探测孔相同类别，且采用与采空区区域探测孔相同的装填方法和结构。在采空区探测过程中按爆破孔孔径和布设位置形成的探测炮孔，在后续过程中经过适当充填后也作为爆破炮孔使用；其中，探测炮孔形成在采空区区域内及其周边附近；经过一次加密形成的采空区探测炮孔，同样，也可能形成在采空区区域内及其周边附近。在探测炮孔布置中，任一排和任一列上均具有两个位于采空区外部并最接近采空区的周边探测炮孔，以及两个位于采空区内部并最接近采空区的边界探测炮孔；位于采空区内部的其余炮孔为采空区区域探测炮孔，采空区区域探测炮孔仅在首批探测炮孔布设过程中形成；边界探测炮孔和周边探测炮孔，可能形成在首批布设、以及加密布设过程中形成。

图3所展示的是首个探测炮孔位于采空区内的情形，其采空区外部的探测炮孔相对最少。若首个探测炮孔位于采空区外部，则在采空区外部会形成按爆破炮孔方式排布的相对更多的探测炮孔。

本实施例1或2中，在在所述S2的采空区精确定位步骤中，对于危险级别被确定为危险区的采空区而言，在其余探测炮孔位置确定时，将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距可采用爆破炮孔设计孔排距的四倍，以减少探测炮孔司钻数量，提高探测效率。相应加密探测炮孔应增加一次加密过程，以获得边界探测炮孔和周边探测平炮孔之间的孔排距为二分之一设计炮孔孔排距，确保爆破崩落塌陷效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采空区危险级别确定：根据物探资料、作业平台台阶高度和采空区危险级别划分标准，确定采空区危险级别；

S2，采空区精确定位：采用钻孔探测方法对采空区位置及规模进行精确定位，以获得采空区轮廓边界；

S3，温度检测及灭火降温：利用采空区已钻的探测炮孔进行采空区内部温度检测；采用三相泡沫降温法对采空区进行灭火降温；

S4，爆破炮孔布设：按爆破设计孔排距要求在探明的采空区上方布设贯穿采空区的爆破炮孔；

S5，爆破崩落：采用反向充填方法和不耦合装药结构对采空区上方及周边炮孔进行装填后，爆破崩落岩体；

S6，崩落效果评估：通过比对采空区上方岩体崩落塌陷前后的比值进行效果评估。

2.根据权利要求1所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1a，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；并将初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径；

S2.2a，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3a，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度；

S2.4a，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；

S2.5a，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则执行下一步；否，则执行S2.7a；

S2.6a，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录该探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；并返回上一步；

S2.7a，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5a；

S2.8a，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，返回S2.5a；否，则执行下一步；

S2.9a，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；所述采空区边界探测炮孔(1)被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔(8)，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔(6)。

3.根据权利要求2所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在S2.2a所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。

4.根据权利要求1所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在所述S2的采空区精确定位步骤中，包括以下步骤：

S2.1b，采空区初探钻孔位置和深度确定：依据物探资料，在作业平台设定初探钻孔位置；初探钻孔和其余探测炮孔的钻孔深度设定为2倍作业平台台阶高度，钻孔直径设定为爆破炮孔设计直径；

S2.2b，基准探测炮孔司钻：按确定的采空区初探钻孔位置和深度司钻首个探测炮孔，并在钻探过程中判断该探测炮孔是否与采空区钻通；是，则将该将该探测炮孔定义为基准探测炮孔，并执行下一步；否，则重新确定初探钻孔位置，并重复执行本步骤；

S2.3b，基准探测炮孔的采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置测量并记录基准探测炮穿透采空区顶板的实际厚度；

S2.4b，其余探测炮孔位置确定：将基准探测炮孔与其余探测炮孔作为整体考虑，以基准探测炮孔为起点，按横向成排竖向成列的爆破炮孔设计布局进行，探测炮孔的孔排距为爆破炮孔设计孔排距的两倍；

S2.5b，其余探测炮孔司钻：以基准探测炮孔或任一已完成的与采空区钻通的探测炮孔为起点，司钻下一探测炮孔，并在钻探过程中，判断本探测炮孔是否与采空区钻通；是，则重复执行本步骤；否，则执行下一步；

S2.6b，本排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔作为所在探测炮孔排或列的一端，判断另一端的探测炮孔是否出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.7b，相邻排或列探测炮孔完成情况判断：以该未钻通的探测炮孔所在探测炮孔排或列为基准，判断紧邻排或列两端是否均出现未钻通探测炮孔；是，则执行下一步；否，则返回S2.5b；

S2.8b，采空区顶板厚度测量：使用采空区顶板厚度测量装置依次测量并记录探测炮孔穿透采空区顶板的实际厚度；直至全部完成；

S2.9b，加密探测炮孔布设：任意选择一探测炮孔所在排或列的与采空区未钻通的探测炮孔，在该未钻通的探测炮孔和紧邻已钻通的探测炮孔之间的正中位置增加探测炮孔，以在对应的探测炮孔排或列上形成在采空区内靠近采空区边界的边界探测炮孔；重复执行本步骤，直至任一探测炮孔排或列的两端部均形成有一个边界探测炮孔，并进行标记；将紧邻采空区边界的未钻通孔定义为采空区周边探测炮孔(8)，并进行标记；将采空区内其余探测炮孔定义为采空区区域探测炮孔(6)；所述采空区边界探测炮孔(1)被定义为：紧邻采空区边界，且与紧邻的未钻通探测炮孔之间的孔间距小于或等于二分之一爆破炮孔设计的孔间距的已钻通探测炮孔。

5.根据权利要求4所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在S2.2b所述的重新确定初探钻孔位置时，按爆破炮孔设计的孔排距确定。

6.根据权利要求3或5所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在S5所述的爆破崩落步骤中，还包括将S4所述的爆破炮孔布设中采空区新增的爆破炮孔归入采空区区域探测炮孔(6)；然后，对采空区区域探测炮孔(6)、采空区边界探测炮孔(1)和采空区周边探测炮孔(8)三种探测炮孔进行装填；其中：

对所述采空区区域探测炮孔(6)的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成区域孔反向充填段(11a)、区域孔第一装药段(3aa)、间隔段(9)、区域孔第二装药段(3ab)和区域孔上部堵塞段(2a)；

对所述采空区边界探测炮孔(1)的装填包括，在炮孔底部设置承重装置，依次向上形成边界孔反向充填段(11b)、边界孔装药段(3b)和边界孔上部堵塞段(2b)；

对所述采空区周边探测炮孔(8)的装填包括，在炮孔底部形成周边孔反向充填段(11c)，依次向上形成周边孔装药段(3c)和周边孔上部堵塞段(2c)；

所述区域孔第一装药段(3aa)的长与边界孔装药段(3b)的长度相等；所述周边孔装药段(3c)和周边孔上部堵塞段(2c)长度分别与台阶爆破设计的对应参数相同；所述区域孔上部堵塞段(2a)与周边孔上部堵塞段(2c)长度相等。

7.根据权利要求6所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，形成在采空区区域探测炮孔(6)和采空区边界探测炮孔(1)底部的所述底部承重装置，包括位于炮孔底部的承重部件(4)，承重部件(4)通过承重绳(5)悬挂，承重绳(5)与上方的固定装置(7)固定连接，固定装置(7)固定设在探测炮孔的孔口外部；且构成所述承载装置的所述承重部件(4)和承重绳(5)由具有耐200℃以上的耐高温材料制成，并能够承受上部的反向充填段(11)、装药段(3)和上部堵塞段(2)的重力和充填冲击力之和；且承重部件(4)的直径为炮孔直径的0.75～0.85倍。

8.根据权利要求1所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在S7所述的崩落效果评估步骤中，包括以下步骤：

S7.1，计算采空区空腔体积及上部岩体体积：通过钻探测量获得的采空区三维轮廓，计算采空区空腔体积V1和采空区上部岩体体积V2；

S7.2，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷理论值：根据岩体爆破后膨胀系数P，计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷的理论值V3，其中，V3＝V1-V2(P-1)；

S7.3，测量并计算采空区上部岩体爆破崩落塌陷实际值：测量采空区爆破后塌陷部位的多点坐标，以通过计算获得爆破崩落塌陷的实际值V4；

S7.4，评估采空区崩落塌陷效果：计算理论值V3与实际值V4的差值ΔV和实际塌陷比V，并以该实际塌陷比V进行采空区崩落塌陷效果评估。

9.根据权利要求8所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在所述S7.1步骤中，通过采空区顶板厚度测量装置测量多个炮孔孔深和对应处的采空区高度，并结合炮孔作业平台的平面坐标获得空区空腔体积V1；所述空区上部岩体体积V2利用采空区三维轮廓上部坐标及作业平台的平面坐标计算获得。

10.根据权利要求8所述的用于高温采空区的露天矿开采方法，其特征在于，在所述S7.3步骤中，所述爆破崩落塌陷的实际值V4，通过测量和计算作业平台爆破后位于采空区的凹坑体积获得；在所述S7.4步骤中，所述塌陷比V按下式计算：V＝(ΔV/V3)×100％；所述崩落塌陷效果评估按以下准则进行：当V≤20％，表示采空区处理完全；当V＞20％，表示采空区处理不完全。