露天矿采空区上覆岩层爆破技术

方翔

摘要：随着资源整合的推进，近几年关闭的地方矿规模不一，采掘不规范，形成的采空区形状各异，大小尧高低不一袁位置复合交错，分布极其复杂，甚至存在越层越界开采的现象。

关键词：露天矿；采空区爆破；

采空区爆破理论，提出了适合采空区上覆岩层台阶穿孔爆破参数，为该矿采空区上覆岩层爆破提供了科学依据，也为其它露天矿出现类似的情况提供了参考。

一、露天矿采空区爆破技术

1.现代爆炸理论知识认为，炸药爆炸的过程是爆生气体和炸药应力波二者综合作用所引起的。如果岩石坚硬程度比较坚硬时，炸药在此岩石中发生爆破时，爆炸结束的瞬间，爆生气体所产生的膨胀压力能够达到数MPa，这时候在爆生气体与爆炸冲击波的的共同作用下，压力将会远远大于岩石在各个方向上压缩条件下的动载荷强度，而坚硬岩石可压缩性极差，岩体的结构产生严重破坏，被压得粉碎的区域就是压碎区。岩石压碎区范围比较小，但是消耗能量却非常大，因此在爆破的时候，要尽可能的避免形成压碎区。粉碎圈外的岩石处于切向应变和应力作用中，使得由炮孔中心向外发散的径向裂隙向远处延伸，当炸药冲击波达到裂隙区后，冲击波的切向应力由压应力变为拉应力，岩石的抗拉强度相比起抗压强度来说非常小，因此在拉应力的作用下最终形成了明显的裂隙区。

2.当炸药冲击波遇到采空区的临空面后就会发生反射，径向应力也由压应力变为拉应力，形成了反射拉伸波。反射拉伸波重新作用在岩石上，在岩石内部产生了很大的拉应力，引起了采空区临空面的隆起或片落，最终导致岩石破裂。炸药在岩石中产生的应力场分布情况。不同时刻的应力分布云图清楚地描述了岩石内应力的产生、发展与重新分布过程。

3.无采空区与有采空区在起爆初始阶段应力云图没有明显的变化，这是因为才刚开始爆破，应力波还没有传到采空区。当爆轰波传到采空区时，有采空区跟前的岩石应力波云图明显大于离采空区跟前较远的区域，这就说明了应力波在岩石中传播时遇到了自由面，发生了反射和折射，2种波相结合就比其它地方岩石所显示的应力云图大；而无采空区的相同位置的应力波分布均匀，无哪一块区域明显增强或者减弱，从而反映了采空区对爆破效果的影响。当爆炸进入自由面时，没有采空区岩石区域应力波云图明显加强，说明了炸药的应力波传到了该处的自由面，发生反射或者折射。而相对于有采空区来说，由于炮孔底部堵塞长度不够，遇到了采空区，使得炮轰气体过早逸散，减弱了对炮孔中炸药炮轰时的约束作用，提高了爆炸气体逸出自由面的压力和温度，但是降低了热效率，使一部分应该转化成机械能量的热能损失了，当应力波传到了右面的自由面时强度减弱了一部分，所以比没有采空区此处的岩石应力波云图弱些。

二、采空区的处理

1.采空区的探测。目前采空区常见的定位方法以物探为主．地质钻探为辅并作验证。常用的方法有重力法、直流电法、瞬变电磁法、高密度电法、钻探探测法和三维激光探测法等露天矿应先探明钻机、卡车、电铲所在位置是否有隐伏采空区的存在的迹象，根据钻探中有无掉钻具、钻进速度是否变快，进给风压是否变小、钻孔是否漏浆或严重踏孔等现象．来判断有无采空区的存在。深孔钻探能探明采空区顶板厚度、采空区高度和采空区的平面位置．相对作业量较大

2.安全厚度的计算。鲁佩涅伊特法是在普氏理论的基础上考虑了采空区的跨度、顶板岩性和露天设备重力作用所产生的应力对顶板岩体的影响．根据力的独立作用原则和叠加原则．计算在顶板自重和设备重量作用下不同跨度和厚度的顶板应力，用最大拉应力来确定顶板的安全厚度。

三、露天煤矿采空区对爆破参数的影响

1.炸药单耗。露天矿在采空区进行爆破时与正常的台阶深孔爆破不一样，是属于加强深孔爆破。这主要是为了保证采空区上覆岩层爆破后岩石的破碎粒度可以满足矿车的要求，同时被崩落在采空区里的岩石不可以进行二次破碎，因此在存在采空区的露天爆破中所使用的炸药单耗要大于正常露天深孔台阶爆破。根据现场经验：采空区爆破炸药单耗是正常抛掷爆破所使用的炸药单耗的1.7倍左右。

2.最小抵抗线。在露天矿采空区的爆破中，采空区底部的最小抵抗线与正常台阶抛掷爆破的最小抵抗线不一样：①需要考虑采空区爆破后岩石破碎块度的大小是否能填满采空区的空间，保证采空区的填塞质量；②爆破的自由面并不是暴露空间；③底部抵抗线与药包的直径呈正比；④露天矿正常台阶爆破时的最小底盘抵抗线在进爆破参数设计的时候就可以确定了，但是采空区底部最小抵抗线需要依据实际情况来确定。

3.孔距与排距。处理采空区爆破的孔距是考虑采空区跨度、探查孔与爆破孔三者相结合，呈近视矩形布置。孔距可以使用单行探查孔孔距和双行探查孔孔距：空间位置比较简单的采空区，可以采用单行孔距探查；空间位置比较复杂的采空区，多用双行孔距探查。当探查孔探查时或者探查后发生冒落，就把探查孔改为爆破孔，进行处理。排距通过数值模拟或者现场试验来确定合理的排距，通常情况下比正常台阶爆破下排距小。

4.装药结构与堵塞长度。露天矿深孔爆破时通常采用连续装药，但是采空区上覆顶板岩层爆破处理的炮孔深度比较深，并且自由面也较多，因此需要依据炮孔深度的不同来分段装药。

四、采空区防治措施

开采范围较小，无自燃发火的采空区（即相对安全区）。通过钻机打孔探测，在顶板大于5米时采用我公司现有的DM25钻机穿孔，操作时尽量不要穿透。若穿透再在近距离打不穿透的平行孔，然后装药爆破，一次性装运通过采空区。但是煤巷采空区采掘设备挖掘原煤时，注意老空内遗留的废旧铁块（如轨道、锚杆等）会损坏选煤厂运输皮带。

开采范围较小，有自燃发火的采空区可采取爆破挤压法；开采范围较大时，无自燃发火的采空区，先通过钻孔探测其范围，当顶板厚度大于8m时可以用DM50及以上（指设备净重）钻机穿孔，操作尽量不要穿透，以利于装药。当顶板厚度小于30m时，尽量采取一次性穿孔高段爆破，使临近的采空区容易受爆破影响而垮落，从而保证采装设备及人员的安全。

开采范围较大时，有自燃发火的采空区，先通过钻孔探测其范围，用气体检测仪和测温仪检测各种气体浓度及温度，当超标时应停止作业迅速撤人，在采取一定技术措施及相应的灭火方法后再进行处理。当顶板厚度大于8m时，用孔径大于200mm以上以上钻机穿孔，穿透的孔及时将孔口封堵并做好标记，每台设备必须配备2人以上，做好防护措施诸如便携式自救器、防毒面具、防火手套等，保持通讯畅通．消防器材安全有效，作业在白天进行。火区温度较高时，特别注意电钻的电缆及柴油钻的油路系统，交接班或不作业时将设备停到安全地点，当顶板厚度5—8m应采用DM25钻机由外向内探孔，司机及组长勤于观测，以便于突发情况及时应对，保证人员、设备安全。

结束语

爆破作业时，做到每孔必测，做好防治保护工作，在炮区无风环境下作业更应特别注意．火区作业人员要更替作业。高温孔地表网络连接．在常温孔地表网络连接完以后．经降温处理好的高温孔快速装药充填后进行地表网络连接．最后连接高温孔的控制排采空区周围要设立警戒线．严禁无关人员进入。

总之，露天矿采区内小煤窑的分布特点，采用不同的探测方法，然后进行有效的采空区处理，取得显著的效果，保证了生产的顺利进行。

参考文献：

[1]洪兵兵.露天煤矿采空区稳定性评价[J].采矿技术，2018，18（04）：55-57.

[2]刘延斌，崔宏伟.露天矿采空区上覆岩层爆破技术[J].露天采矿技术，2014（08）：47-48.