一种处理大型地下采空区的方法
【专利摘要】一种处理大型地下采空区的方法，包括1、对发现的空区顶板钻超深孔，通过激光三维扫描详细了解采空区的形态；2、通过矿区内实地工程地质调查及矿岩力学参数试验，对各种岩体的稳定性进行研究，确定了不同采空区分布状况及岩层条件时的露天矿边坡保安层安全技术参数；3、对较厚的顶板，采用分层同次处理，下部分层超前于上部分层崩落。本发明在太钢(集团)岚县矿业公司袁家村铁矿应用以来，共处理15个采空区，处理效果良好，消除了安全隐患。本发明对露天金属矿山采空区处理，尤其是较厚顶板的采空区处理有较强的指导意义，值得推广应用。
【专利说明】一种处理大型地下采空区的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种处理金属露天矿较厚顶板采空区的方法，尤其涉及一种露天台阶深孔爆破崩落顶板充填采空区的方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内大部分金属露天矿采用深孔爆破崩落法处理采空区，其方法是:在了解空区形态的基础上，预定一定的顶板厚度，采用露天深孔爆破崩落法充填空区，达到处理采空区的目的。存在的不足是:
[0003]1、传统的采空区勘察技术只能给出二维结果，需要经验进行分析辨识且成本高昂、危险性大、费工费时，很多情况下不实用也不可行；采空区处理技术人员在不了解采空区的空腔形态下处理，给安全生产留下隐患；
[0004]2、采空区顶板保安层厚度多依据采空区处理技术人员个人经验，且无根据不同采空区分布状况及岩层条件时的保安层安全厚度；
[0005]3、无成熟的较厚顶板(厚度约为30?50米左右)采空区处理方案及应用实例；
[0006]4、施工过程中，钻孔及吊孔质量难以得到保证，漏药现象较普遍，严重影响爆破效果，并为将来的采空区铲装遗留安全隐患。
【发明内容】
[0007]解决了现有采空区处理技术中的不足，本发明提供一种金属露天矿采空区的处理方法，它施工更加安全，处理效果更好。
[0008]本发明的技术方案是:金属露天矿采空区的处理方法，其特征是包括下述内容:对采空区顶板钻孔，对采空区空腔内进行激光扫描并生成采空区空腔内的三维形态图，计算保安层的厚度并预留保安层，设计爆破方案，爆破前施工，对采空区顶板进行爆破处理，爆破后评价。
[0009]所述对采空区进行超深钻孔，即在采空区顶板采用潜孔钻机钻孔，钻孔深度是穿过顶板使三维激光扫描系统进入采空腔内；
[0010]所述对采空区空腔内进行激光扫描并生成采空区空腔内的三维形态图，即将英国MDL公司开发的“空腔自动激光扫描系统(C-ALS) ”置于空腔内部，利用前部微型激光扫描仪，测量空腔的三维形状及表面反射性；利用英国MDL的ModelAce软件套件，处理激光扫描“点云”数据集，形成三维渲染框架模型；利用SURPAC软件真实还原采空区形态，并根据实际布孔割剖面，确定逐孔孔深及最小抵抗线；
[0011]所述计算保安层的厚度并预留保安层的方法:即通过选取岩芯、现场取样并进行室内试验，室内试验项目分别是单轴抗压强度试验、巴西法抗拉强度试验、测量弹性模量和泊松比实验。
[0012]分析出不同采空区跨度条件下，各种岩性预留保安层厚度，并进一步回归分析得出预留保安层厚度与采空区跨度关系如下:
[0013](I)石英磁铁矿的表生氧化产物:h = 0.643b-0.633 ；
[0014](2)闪石石英磁铁矿的表生氧化矿石:h = 0.695b-0.183 ；
[0015](3)赤铁矿、磁铁矿:h = 0.683b-0.944 ；
[0016](4)磁铁矿:h = 0.865b-0.45 ；
[0017](5)绿泥片岩:h = 0.635b+0.117 ；
[0018](6)变辉绿岩:h = 0.552b+0.228 ；
[0019](6)灰岩:h = 0.697b-0.122 ；
[0020](7)砾岩矿:h = 0.712b-0.123 ；
[0021]上述各式中，h为保安层厚度，单位是m;，b为采空区最大跨度，单位是m。
[0022]备注:保安层需承担的最大载荷为顶板的自身重力及露天采矿过程同时在采空区顶部作业的设备:1台WK20电铲(850t)、2台贝拉斯7530汽车(371*2t)及I台D8N推土机(38t)。
[0023]由于采空区顶板岩性一般为多种岩层组合，在确定采空区保安层厚度时，可根据岩层组合特征和推荐的各种岩性预留保安层厚度进行换算。
[0024]3、考虑到采空区所处位置及安全因素考虑，需提前对较厚的顶板的采空区进行处理。
[0025]处理思路:将采空区顶板分层同次处理，下部分层超前于上部分层崩落；为确保崩落过程不发生卡住，在顶板中部加强掏槽。
[0026]本发明的有益效果:
[0027]自2012年4月起至今，共处理15处空区，每处空区代码分别为:1755-10-空1、“补海”采空区、1755-1-空 3,1755-1-空 4,1755-1-空 5,1755-1-空 6,1740-10-空 7、1725-1-空 9,1725-1-空 10,1740-1-空 11,1740-1-空 12,1740-1-空 13,1740-1-空 14、1740-1-空15、1725-10-空17。，其中1740-10-空7为已知发现的较大、较深的空区，采用本发明有效的对空区进行了处理，处理效果良好。及时消除了安全隐患，为企业带来了不可估量价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明实施例的装药结构示意图。
[0029]图中，I一孔口回填段；2—上部装药段；3—中部间隔回填；
[0030]4一下部装药段；5—底部回填段；6— 375ms澳瑞凯雷管；
[0031]7一400ms澳瑞凯雷管。
【具体实施方式】
[0032]实施例:以1740-10-空7为例。
[0033]1、通过三维激光扫描报告了解1740-10-空7的形态。
[0034]由三维建模复合图可以看出:空区为葫芦状多层空区，采空区参数如表I所示:
[0035]表I采空区参数
[0036]
【权利要求】
1.一种处理大型地下采空区的方法，其特征是包括下述内容:(1)对采空区顶板钻孔；(2)对采空区空腔内进行激光扫描并生成采空区空腔内的三维形态图获得采空区空腔参数；(3)根据采空区顶板矿岩结构确定保安层厚度；(4)对采空区顶板进行爆破处理。
2.根据权利要求1所述的一种处理大型地下采空区的方法，其特征是所述对采空区空腔内进行激光扫描，是将英国MDL公司开发的“空腔自动激光扫描系统”置于采空区空腔内部，利用前部的微型激光扫描仪，测量采空区空腔的三维形状及表面反射性；利用英国MDL公司配套的ModelAce软件，处理激光扫描“点云”数据集，形成三维渲染框架模型；利用SURPAC软件真实还原采空区形态，并根据实际布孔割剖面，确定逐孔孔深及最小抵抗线。
3.根据权利要求1所述的一种处理大型地下采空区的方法，其特征是所述采空区空腔参数包括采空区最大长度，采空区最大跨度，采空区扫描到最大高度，采空区人工测绳探测到最大闻度，最小顶板厚度，底板最低标闻，米空区面积，米空区体积，顶板体积。
4.根据权利要求1所述的一种处理大型地下采空区的方法，其特征是所述采空区顶板矿岩结构是通过选取岩芯、现场取样并进行室内试验获得，室内试验项目分别是单轴抗压强度试验、巴西法抗拉强度试验、测量弹性模量和泊松比实验。
5.根据权利要求1所述的一种处理大型地下采空区的方法，其特征是所述保安层厚度计算公式分别是: (1)石英磁铁矿 的表生氧化产物:h= 0.643b-0.633 ； (2)闪石石英磁铁矿的表生氧化矿石:h= 0.695b-0.183 ； (3)赤铁矿、磁铁矿:h= 0.683b-0.944 ；
(4)磁铁矿:h= 0.865b-0.45 ；
(5)绿泥片岩:h= 0.635b+0.117 ；
(6)变辉绿岩:h= 0.552b+0.228 ；
(6)灰岩:h= 0.697b-0.122 ；
(7)砾岩矿:h= 0.712b-0.123 ； 上述各式中，h为保安层厚度，单位是m ;，b为采空区最大跨度，单位是m。
【文档编号】E21F17/00GK104074543SQ201410267041
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】米子军, 白俊, 臧龙, 贾传鹏, 张士磊, 冯文青, 韩良德, 杨兆林 申请人:太原钢铁(集团)有限公司