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特大事故隱患區(qū)礦柱群回采技術(shù)研究

文檔作者：羅先偉余陽先陳何文檔來源： 1．中南大學(xué) 2．華錫集團(tuán)銅坑礦3．北京礦冶研究總院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月17日
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第16卷第9期
2007年9月
中 國 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
Vo1．16，No．9
September 2007
特大事故隱患區(qū)礦柱群回采技術(shù)研究
羅先偉 ，余陽先 ，陳 何。
(1．中南大學(xué)，湖南長沙410083；2．華錫集團(tuán)銅坑礦，廣西南丹547207；
3．北京礦冶研究總院，北京100044)
摘要：由于存在火區(qū)與空區(qū)隱患，銅坑礦細(xì)脈帶礦體開采區(qū)， 被認(rèn)定為廣西特大事故隱患區(qū)。隱
患區(qū)內(nèi)遺留的大量礦柱群，回采條件極其困難。本文分析了該礦柱群開采技術(shù)特點(diǎn)，針對性地采用高效
率的集束孔階段強(qiáng)制崩落技術(shù)，同時采取了柔性阻波墻、均勻放礦、地表覆蓋等系統(tǒng)的安全控制措施，
解決了復(fù)雜隱患區(qū)礦柱群回采技術(shù)難題，達(dá)到了根治火區(qū)隱患的目的。
關(guān)鍵詞：事故隱患區(qū)；礦柱群；集束孔；安全措施
中圖分類號：TD823．9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1O04—4051 (2007)Og—O083—03
Study on the m ining technology for pillar group in accident potential area
LUO Xian-wei ， YU Yang—xian ， CHEN H e。
(1．Central South University，Changgsha 410083，China；
2．Tongkeng M ine of Liuzhou China Tin Group Co Ltd，Nandan 547207， China；
3．Beijing General Research Institute of Mining&amp;amp; Metallugy，Beijing 100044，China)
Abstract：The area of veinlet belt orebady of Tongkeng M ine is identified as a accident potential area by
Guangxi government for mine fire and ground contro1．So it is very difficult to recovery the pillars ore in this
area．In this paper，the mining technical characteristics are analyzed． The complex technical problems of
pillar group m ining are solved by applying high efficiency block forced caving m ethod with bundle-hole bias—
ting and safety measure of flexible shockwave resistance wall，even ore drawing，and covering collapsed are—
a． Finally the purpose to eliminate accident potent is achieved．
Key words：accident potential area； pillar group； bundle-hole blasting； safety measure
銅坑礦細(xì)脈帶礦石含硫量高，開采過程中礦石
發(fā)生自燃引起火災(zāi)，對礦體開采形成了嚴(yán)重的安全
隱患?；饏^(qū)產(chǎn)生的高溫以及SO 等有毒氣體，對井
下生產(chǎn)及地面環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，1997年細(xì)
脈帶火區(qū)被廣西省政府認(rèn)定為特大事故隱患區(qū)。
由于事故隱患的影響，細(xì)脈帶遺留了大量未處
理的礦柱及采空區(qū)。截止2003年底，礦柱群礦石
儲量246萬t。
近年來，隨著底部的92 礦體回采面積的擴(kuò)
大，細(xì)脈帶礦柱群若不及時回采，將面臨下向塌
陷、事故隱患區(qū)擴(kuò)大的危險。為了徹底根治火區(qū)隱
患并回收礦石資源，銅坑礦、北京礦冶研究總院聯(lián)
合開展了細(xì)脈帶礦柱群安全回采技術(shù)的科技攻關(guān)。
收稿日期：2007—05—27
作者簡介：羅先偉(1973一)，男，工程師，碩士研究生，華錫集
團(tuán)銅坑礦生產(chǎn)技術(shù)科。
1 開采技術(shù)問題及難點(diǎn)
1．1 空區(qū)隱患
銅坑礦開采的細(xì)脈帶、91 、92 三大礦體自
上而下重疊產(chǎn)出。長期以來，由于無法克服火區(qū)隱
患的威脅，導(dǎo)致三大礦體之間以及細(xì)脈帶礦體自
身，一直沒有按照自上而下的正常順序進(jìn)行開采。
細(xì)脈帶遺留的礦柱群，處于復(fù)雜的立體采空區(qū)群
內(nèi)：頂部為正在燃燒的火區(qū)，由水平隔火礦柱隔
離；礦柱群周邊為已開采的礦房采空區(qū)；底部為已
基本充填處理的91 礦體空區(qū)；最底層為正在大規(guī)
?；夭傻?2 礦體。另外，民采長期對細(xì)脈帶礦柱
群瘋狂盜采，留下大量的不規(guī)則采空區(qū)。這些采空
區(qū)對礦柱群的回采，構(gòu)成了嚴(yán)重的安全隱患
1．2 火區(qū)隱患
地下礦山火區(qū)的處理歷來都是棘手的問題，開
采過程中，一旦出現(xiàn)礦石自燃，普遍對策是封閉隔
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中國礦業(yè) 第16卷
離而放棄火區(qū)的礦石。在細(xì)脈帶火區(qū)，通常高溫區(qū)
域的炮孑L溫度超過3oo~C，高溫氣浪、火燒灰溫度
超過200℃ ，不但直接對人員造成傷害，而且危及
爆破施工作業(yè)?；饏^(qū)燃燒后產(chǎn)生的SO 劇毒氣體，
一旦泄露人生產(chǎn)區(qū)危害極大。
1．3 礦柱、巷道失穩(wěn)隱患
由于空區(qū)長期處于暴露狀態(tài)，受風(fēng)化及長期松
弛的的影響，礦巖的穩(wěn)定性已大大降低，采區(qū)巷道
常常出現(xiàn)風(fēng)化片落現(xiàn)象，采場或礦柱均有不同程度
的垮塌，至今已沒有一個完整的礦柱，部分采場空
區(qū)頂板已向上冒落15m。礦柱、巷道失穩(wěn)，不但危
及人員、設(shè)備的安全，而且對采礦工程的布置極其
不利。開采技術(shù)難點(diǎn)：① 合理選擇采礦方法。在復(fù)
雜隱患區(qū)內(nèi)作業(yè)，時間越長，安全風(fēng)險越大，但諸
多技術(shù)問題的解決與安全、高效的回采產(chǎn)生了矛
盾。單獨(dú)回采任何一個礦柱，都很容易導(dǎo)致隔火礦
柱垮塌，頂部高溫火區(qū)向下蔓延到生產(chǎn)區(qū)域，不但
該礦柱無法正常回采，而且將會影響整個生產(chǎn)區(qū)域
的開采。② 地壓控制及空區(qū)處理。在復(fù)雜的空區(qū)群
內(nèi)作業(yè)，地壓安全控制非常關(guān)鍵。若全部充填空
區(qū)，不但成本超高，而且回采時間周期無法承受。
在短時間內(nèi)安全、高效完成礦柱群的回采，地壓安
全控制是一大技術(shù)難題。③ 火區(qū)向下蔓延的控制。
隨著底部開采工作面的推進(jìn)，新的礦巖暴露面在氧
化條件下仍然可能自燃，同時隨著現(xiàn)有頂部火區(qū)的
下延，極易造成火區(qū)燃燒的擴(kuò)大。因此，進(jìn)行一系
列的防火措施研究，達(dá)到控制高溫和毒氣下延的目
的，是一重要技術(shù)難點(diǎn)。
2 技術(shù)路線與手段
2．1 礦柱群回采方案
針對復(fù)雜的礦柱群開采技術(shù)條件，采用以大直
徑集束孔爆破技術(shù)為核心的大范圍整體強(qiáng)制崩落方
案回采礦柱群。方案實(shí)施包括：數(shù)值模擬分析作業(yè)
區(qū)域危險區(qū)；關(guān)鍵空區(qū)進(jìn)行充填；利用舊巷道適當(dāng)
補(bǔ)充施工，形成切頂鑿巖硐室；施工大直徑集束
孔，以礦柱群兩側(cè)的空區(qū)或松散充填體為自由面，
進(jìn)行大范圍整體強(qiáng)制崩落爆破；底部快速均勻放
礦。
2．2 主要技術(shù)手段
(1)采區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值模擬
模擬的主要目的，是分析開采區(qū)域在不同狀態(tài)
下的穩(wěn)定性，確定危險區(qū)域。模擬結(jié)果表明，開采
前礦柱群底部的79 脈采空區(qū)以及Ⅳ15、T502、
R3等采場為主要危險區(qū)域，這些空區(qū)被確定為關(guān)
鍵的充填區(qū)域。開采后，礦柱群底部礦巖受力狀態(tài)
將得到改善，充填部分空區(qū)后，底部穩(wěn)定性得到加
強(qiáng)。
(2)大直徑集束孑L爆破技術(shù)
集束孑L爆破是以由數(shù)個密集平行深孔形成共同
應(yīng)力場的作用機(jī)理為基礎(chǔ)的深孑L爆破技術(shù)。集束孑L
爆破是由數(shù)個間距為3～8倍孑L徑的密集平行深孔
組成，集束孑L的全部單孑L(直徑d)均裝藥同時起
爆，其對周圍巖體的作用視同一個更大直徑(等效
直徑D)炮孔的爆破作用(如圖1)。與單孔爆破
不同，集束孑L爆破形成的共同應(yīng)力場應(yīng)力波，具有
一定的厚度，應(yīng)力波峰值作用于巖石的時間更長、
沖量更大、有效作用范圍更廣，因此，其爆破效果
更好。
等效直徑大孔
圖1 集束孔爆破等效直徑
N個直徑為d的孑L所組成的集束孑L，其所等
效的更大孑L直徑D按下式計(jì)算：D=~／ 。
在細(xì)脈帶礦柱群回采中，集束孑L施工不需要太
大的空間，可以直接在礦柱頂部原有的舊巷道中施
工，更適合維持礦柱穩(wěn)定性要求。
2．3 大范圍整體強(qiáng)制崩落采礦方法
大范圍整體強(qiáng)制崩落采礦方法如圖2。采礦單
元結(jié)構(gòu)：將整個礦柱群開采區(qū)域劃分為3個整體崩
落單元，每個單元長80～100m，寬為礦體厚度，
一般為40～80m，高為階段高65m (570～635水
平)。頂柱為15m厚的隔火礦柱(635~650水平)。
整體崩落爆破方案：570～635水平的礦柱群
以束裝大孑L為主，局部鑿巖無法穿透的區(qū)域布置上
向扇形中深孔，而隔火礦柱由于635m水平以上溫
度高，因此，在635m水平，通過硐室爆破切割端
部使其垮塌。通過束裝大孑L、中深孑L、硐室聯(lián)合爆
破，實(shí)現(xiàn)礦柱群一次性整體崩落。
主要采準(zhǔn)工程。在635水平礦柱群內(nèi)，利用舊
巷道改造成為束裝大孑L的切頂鑿巖硐室，斷面規(guī)格
為4×3．8m (長×寬)；在635水平隔火礦柱上、
下盤端部，布置硐室爆破的裝藥硐室斷面規(guī)格為2
×2m ；在560水平布置2條出礦塹溝以及24條
出礦Jll。
鑿巖參數(shù)。束裝大孔采用瑞典進(jìn)口simba261
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第9期 羅先偉等：特大事故隱患區(qū)礦柱群回采技術(shù)研究
潛孔鉆機(jī)從635水平往下施工， 炮孔直徑
~p165mm，每集束孔4～ 8個，最小抵抗線5～
14m，炸藥單耗0．25kg／t；中深孔采用YGZ一90鉆
機(jī)，炮孔直徑~65mm，孔底距1．5m，排距1．5m，
炸藥單耗0．35kg／t；小硐室爆破以形成端部裂縫
為目的，最小抵抗線13m，裝藥量8OOkg。
爆破規(guī)模。第一爆區(qū)設(shè)計(jì)崩落面積為6500m ，
崩落礦巖總量77萬t，總裝藥量150t，爆破分20
段微差起爆，起爆總延續(xù)時間為2s。
出礦方式。采用兩臺法國進(jìn)口的CTX一6B型鏟
運(yùn)機(jī)，分別于560水平的兩條塹溝出礦。鏟運(yùn)機(jī)斗
容為4m。，正常出礦效率為1000t／d。
差、預(yù)裂爆破等手段進(jìn)行降震；通過砌筑阻波墻；
緩沖爆破沖擊波；加強(qiáng)通風(fēng)排出爆破有毒氣體。
(2)快速均勻放礦
礦柱群崩落后貫通火區(qū)，通過快速出礦，破壞
崩落礦石的燃燒條件，在其發(fā)生自燃之前排除。崩
落區(qū)底部均勻出礦，使整個崩落區(qū)礦體相對均勻下
降，避免上部火區(qū)局部過快下降而影響整個底部出
礦作業(yè)的安全。
(3)控制火區(qū)燃燒措施
利用硐室爆破技術(shù)，不斷地將地表表土拋擲于
開采塌陷坑內(nèi)，形成火區(qū)上部良好的隔氧密閉層。
出礦作業(yè)采用動態(tài)密閉管理辦法，非出礦時密閉，
需要出礦時打開。采用“井下密閉、地表覆蓋”方
法，隔斷火區(qū)供氧量通道，有效抑制了火區(qū)的燃
燒。
4 結(jié)論
采用集束孔爆破技術(shù)的大范圍整體強(qiáng)制崩落采
礦方法，解決了特大事故隱患區(qū)內(nèi)礦柱群的開采難
題。通過數(shù)值模擬、地壓適時監(jiān)測、關(guān)鍵空區(qū)充
填，減少采準(zhǔn)開挖等技術(shù)手段，解決了復(fù)雜礦柱群
回采的安全問題。150t裝藥量為當(dāng)前國內(nèi)最大的
地下礦山爆破，大爆破后礦井設(shè)施及生產(chǎn)系統(tǒng)得到
了有效保護(hù)，系統(tǒng)、可靠的安全防護(hù)方法，對礦井
下大藥量爆破安全控制積累了經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明，
“井下密閉、地表覆蓋” 的隔氧方法，有效抑制了
火區(qū)的燃燒，消除了火區(qū)范圍內(nèi)作業(yè)的高溫、毒氣
等危害。
圖2 采礦方法示意圖 一
1 火區(qū)2一隔火礦柱 3一鑿巖硐室4 集束孔 參考文獻(xiàn)
5 礦柱 6 未填滿空區(qū) (1] Wellmann F．，Miranda M．F0rced Caving With Large Diam
7 干式廢石填充 8 運(yùn)輸巷道 eter at EI Teniente Mine rcJ，The Seventh Internati0nal
9 出礦川 1O 扇形中深孔 11 出礦塹溝 symp0sium 0n R0ck Fragmentati0n by BIasting ，Beijing
3 安全技術(shù)措施 ’
( 爆破危害安全控制技術(shù)(23 楊
N
偉
E
忠
J]．
’ 姜 災(zāi)害的預(yù)防與控
大爆破建立了爆破震動衰減模型、井下沖擊波(33 高溫復(fù)雜礦體區(qū)域整體崩落采礦技術(shù)試驗(yàn)研究[R]．
北京
傳播衰減模型，對爆破有害效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測。通過微 礦冶研究總院，華錫集團(tuán)銅坑礦，2005，6． 、
米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米
2007版中國粉體工業(yè)通鑒出版發(fā)行
由我國粉體界100余位知名專家學(xué)者聯(lián)合打造的編年體大型通志型粉體技術(shù)與開發(fā)工具書—— 《中國
粉體工業(yè)通鑒》第三卷／2007版， 日前由中國建材工業(yè)出版社出版，面向國內(nèi)外公開發(fā)行。該書匯集粉體
新技術(shù)、薈萃科研新成果、記錄行業(yè)新面貌、展望發(fā)展新前景，不僅是國內(nèi)外粉體企業(yè)、投資機(jī)構(gòu)及政府
相關(guān)部門掌握和研究粉體工業(yè)發(fā)展進(jìn)程的重要典籍；更為粉體行業(yè)的廣大技術(shù)人員和管理人員查詢、收
集、保存、掌握并有效利用最新的國內(nèi)外粉體行業(yè)信息，洞悉國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r， 了解國內(nèi)外信息動
態(tài)，提供了一部內(nèi)容豐富、資料翔實(shí)、可信度高的實(shí)用性極強(qiáng)的工具書。

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