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[摘 要]本文主要介绍了南泥湖钼矿采矿区现状以及复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术的研究背景和意义。项目的实施可为解决复杂大型地下空区与露天强化开采这一突出矛盾提供技术支撑。研究成果在国内矿山推广应用，将产生巨大的经济效益和社会效益，从而对中国矿业的可持续发展起到重大作用。
[关键词] 露天开采 ；连贯地下空区；协同技术
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0089-01
一、 项目研究的背景
南泥湖钼矿的开采始于上世纪80年代，最早由栾川县三强公司采用平硐或斜井开拓方式，浅孔留矿法或房柱式采矿方法进行“肥水快流式”地下开采。后来受到利益驱动，民采队伍也参与进来，并且规模逐步扩大，在上世纪80年代钼价高涨时南泥湖钼矿矿区内采矿单位众多，同时开拓与生产的坑口达20多个，集体、个人都进入矿区大肆掠夺资源，他们进入井下，自行在矿区内乱采乱挖，或在矿区内相互争资源，或在矿区顶板上打眼放炮，或对采场中预留矿柱进行开挖，采富弃贫，采少丢多，严重地破坏了矿区资源，打乱了地下开采的正常秩序与回采顺序。
由于大规模采空区存在于当前生产的露天境界内，空区长期存放，长时间受到地压、岩石风化及爆破震动的影响，原来预留的大量矿柱发生了破坏，空区面积大小、高度以及顶板稳定性均发生了改变。民采多年来的乱采乱掘，残留多层采空区极其复杂，大量不规则、多层重叠采空区的存在地表随时面临坍塌的可能，严重影响了矿山的正常生产，给矿山施工的人员和设备带来了极大的安全威胁。自2005～2008年以来，首采区区内共发生12次规模塌陷，面积达7000 m2，虽然没有发生人员和设备事故，但是影响极大。
二、 项目研究的必要性和意义
（1）地下采空区为南泥湖露天矿最大的危险源
南泥湖矿区井下采空区面积40.6万m2，体积426万m3，为南泥湖露天矿最大的危险源。大量不规则的采空区，部分矿柱遭到盗采、抽采或不同程度的破坏，矿柱垮落后与周边、上下空区连成一片，形成规模宏大的空区；部分空区边界与位置受地压和爆破影响，空区面积和高度均发生了变化。基建剥离后，露天台阶面接近采空区群，采空区对露天开采人员和设备带来极大的隐患与危险。经观测与分析，露天矿因采空区存在，可能导致或造成的事故与灾害有：
①采空区顶板岩石冒落，矿柱变形，引发大面积地压活动；
②采空区沉陷，造成台阶作业人员与设备伤亡或损失；
③露天边坡坍塌，引发大面积滑坡；
④穿孔作业困难，容易造成穿孔设备卡钻或钻头掉入空区；
⑤露天生产系统破坏。
因此，为了避免发生以上事故与灾害，保证矿山的安全发展，迫切需要开展“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”。
（2）地下采空区限制着南泥湖露天矿资源开发与利用
地下采空区存在于南泥湖矿床北区，首采区全部受其影响而无法开采。受空区影响的资源约占南泥湖矿床资源的1/4，同时地下空区均存在于富矿段，矿体品位高，为 0.1%左右。因此，必须开展“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”项目研究，提高资源的回收利用。
因此，为了实现露天开采15000t/d的生产规模，保证矿石质量，降低生产成本，使企业获得较好的经济效益，迫切需要进行“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”。
三、 项目研究的主要业绩
在大量技术分析与现场工业试验的基础上，通过试验组人员的共同努力和艰苦奋斗，在南泥湖露天矿开展的“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”项目取得了以下主要工作业绩：
（1）、在地表和井下对矿区地质、矿床地质、水文地质和现场工程地质进行了调查和测试，主要包括节理裂隙调查统计、岩体质量RQD值统计与研究、岩体声波速度测试，掌握了南泥湖矿区的工程地质复杂程度情况。
（2）、现场取样加工，完成矿山具有代表性的典型矿岩物理力学参数试验，为采矿安全分析提供了基本力学参数；
（3）、根据露天开采现状、空区实测资料、矿岩物理力学参数及地质情况，建立理论模型，采用因果自变量分析计算法，对暴露面积大小不同的采空区分别确定了其露天开采顶板的安全隔离层厚度。在动、静等不同载荷条件下，针对采空区的跨度、高度、顶板岩石性质、构造带、矿柱与空区的关联度等因素，对各因素和条件通过自变量分析，反复计算，获得正确、全面的计算结果，避免理论与普通数值模拟方法的不足，现场工业试验表明，其计算结果能反映矿山实际情况，能满足矿山露天安全生产要求；
（4）、根据矿区地质情况、空区类型、矿柱与空区的相互关联要素、空区处理难易程度，将露天采场按空区分布进行了区域划分，对整个地下空区按危险等级和处理难易程度进行了系统科学的分类，对采空区处理进行统筹规划，按分期、分段进行，为南泥湖露天矿提供了一种新的管理和处理方法；
（5）、针对不同类别的空区，全面系统的提出了地下采空区的治理方法与技术措施，开发了露天强化开采与空区探测及其处理协同技术，实现了空区处理与露天开采同步进行，解决了危及露天矿开采安全的重大技术难题；
（6）、针对南泥湖矿区地下采空区密集、集中、相互重叠，且上下空区之间隔层厚度小的特点，创新开发了斜孔逐渐推进法，从空区侧翼台阶边部铲装揭露，在空区侧翼台阶交汇处布置倾斜中深孔，以空区为自由面进行爆破，崩落矿石部分充填采空区后，继续对未充填的空区采用采用边部揭露斜孔爆破处理，依此逐渐推进，直至空区顶板全部崩落。该法成功的解决了大型联贯空区顶板原岩厚度小于最小安全厚度，人员设备不能在空区顶板作业，露天台阶难以推进的技术难题。
四、 结论
本项目通过大量的研究分析、现场工业试验，取得了如下重要技术成果与结论：
（1）、创新开发了露天强化开采与空区探测及其处理同步进行技术，以实现露天强化开采为目标，将露天采场按空区分布进行了区域划分，对整个地下空区按危险等级和处理难易程度进行了系统科学的分类，对露天开采和空区处理进行统筹规划，按分期、分段进行；创新开发了探测、监测、采矿、处理并举，探测先行系统作业法，对空区顶板先行探测，确认空区顶板原岩厚度，同时对高危空区进行岩移监测，建立空区安全预警系统，形成了集探测、监测、开拓、采矿、铲装、运输、空区处理、安全预警为一体同步进行，依实施法，分期分段的强化开采技术系统，解决了在复杂联贯地下采空区条件下露天强化开采的科学技术问题，实现了露天强化开采与地下空区探测及其处理同步进行。
（2）、研究开发了斜孔逐渐推进法。从空区侧翼台阶边部采用边铲装边探测的方式揭露空区，在空区侧翼台阶交汇处布置倾斜中深孔，以空区为自由面进行爆破。崩落矿石部分充填采空区后，当空区仍有大面积敞空，顶板仍有原岩裸露时，再次将台阶推进至未充填空区侧翼，采用斜孔爆破处理，依此逐渐推进，直至空区顶板全部崩落。该技术成功的解决了大型联贯空区顶板原岩厚度小于最小安全厚度，人员设备不能在空区顶板作业，露天台阶难以推进的技术难题，为高危空区处理和露天安全开采提供了新的方法。
（3）、研究开发了同步竖拉槽爆破技术，在露天无可利用的侧向自由面，只有其下部存在空区自由面，并且地表与空区顶板之间的厚度较大而又因安全需要不能减少其厚度，只能用露天深孔爆破，进行采矿与空区处理的时，在整体爆破的同时，利用空区为自由面，前段中深孔垂直孔面一次竖向拉槽，使无自由面的深孔爆破转换成侧向爆破，解决了无露天台阶侧向自由面的露天深孔处理地下空区和采矿的技术难题。
参考文献
[1]聂永祥，复杂联贯空区条件下露天开采技术研究，中国科技纵横，2012，23
[2]陈庆发，隐患资源开采与空区处理协同技术，中南大学出版社。
[关键词] 露天开采 ；连贯地下空区；协同技术
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）25-0089-01
一、 项目研究的背景
南泥湖钼矿的开采始于上世纪80年代，最早由栾川县三强公司采用平硐或斜井开拓方式，浅孔留矿法或房柱式采矿方法进行“肥水快流式”地下开采。后来受到利益驱动，民采队伍也参与进来，并且规模逐步扩大，在上世纪80年代钼价高涨时南泥湖钼矿矿区内采矿单位众多，同时开拓与生产的坑口达20多个，集体、个人都进入矿区大肆掠夺资源，他们进入井下，自行在矿区内乱采乱挖，或在矿区内相互争资源，或在矿区顶板上打眼放炮，或对采场中预留矿柱进行开挖，采富弃贫，采少丢多，严重地破坏了矿区资源，打乱了地下开采的正常秩序与回采顺序。
由于大规模采空区存在于当前生产的露天境界内，空区长期存放，长时间受到地压、岩石风化及爆破震动的影响，原来预留的大量矿柱发生了破坏，空区面积大小、高度以及顶板稳定性均发生了改变。民采多年来的乱采乱掘，残留多层采空区极其复杂，大量不规则、多层重叠采空区的存在地表随时面临坍塌的可能，严重影响了矿山的正常生产，给矿山施工的人员和设备带来了极大的安全威胁。自2005～2008年以来，首采区区内共发生12次规模塌陷，面积达7000 m2，虽然没有发生人员和设备事故，但是影响极大。
二、 项目研究的必要性和意义
（1）地下采空区为南泥湖露天矿最大的危险源
南泥湖矿区井下采空区面积40.6万m2，体积426万m3，为南泥湖露天矿最大的危险源。大量不规则的采空区，部分矿柱遭到盗采、抽采或不同程度的破坏，矿柱垮落后与周边、上下空区连成一片，形成规模宏大的空区；部分空区边界与位置受地压和爆破影响，空区面积和高度均发生了变化。基建剥离后，露天台阶面接近采空区群，采空区对露天开采人员和设备带来极大的隐患与危险。经观测与分析，露天矿因采空区存在，可能导致或造成的事故与灾害有：
①采空区顶板岩石冒落，矿柱变形，引发大面积地压活动；
②采空区沉陷，造成台阶作业人员与设备伤亡或损失；
③露天边坡坍塌，引发大面积滑坡；
④穿孔作业困难，容易造成穿孔设备卡钻或钻头掉入空区；
⑤露天生产系统破坏。
因此，为了避免发生以上事故与灾害，保证矿山的安全发展，迫切需要开展“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”。
（2）地下采空区限制着南泥湖露天矿资源开发与利用
地下采空区存在于南泥湖矿床北区，首采区全部受其影响而无法开采。受空区影响的资源约占南泥湖矿床资源的1/4，同时地下空区均存在于富矿段，矿体品位高，为 0.1%左右。因此，必须开展“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”项目研究，提高资源的回收利用。
因此，为了实现露天开采15000t/d的生产规模，保证矿石质量，降低生产成本，使企业获得较好的经济效益，迫切需要进行“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”。
三、 项目研究的主要业绩
在大量技术分析与现场工业试验的基础上，通过试验组人员的共同努力和艰苦奋斗，在南泥湖露天矿开展的“复杂联贯地下空区条件下露天强化开采协同技术研究”项目取得了以下主要工作业绩：
（1）、在地表和井下对矿区地质、矿床地质、水文地质和现场工程地质进行了调查和测试，主要包括节理裂隙调查统计、岩体质量RQD值统计与研究、岩体声波速度测试，掌握了南泥湖矿区的工程地质复杂程度情况。
（2）、现场取样加工，完成矿山具有代表性的典型矿岩物理力学参数试验，为采矿安全分析提供了基本力学参数；
（3）、根据露天开采现状、空区实测资料、矿岩物理力学参数及地质情况，建立理论模型，采用因果自变量分析计算法，对暴露面积大小不同的采空区分别确定了其露天开采顶板的安全隔离层厚度。在动、静等不同载荷条件下，针对采空区的跨度、高度、顶板岩石性质、构造带、矿柱与空区的关联度等因素，对各因素和条件通过自变量分析，反复计算，获得正确、全面的计算结果，避免理论与普通数值模拟方法的不足，现场工业试验表明，其计算结果能反映矿山实际情况，能满足矿山露天安全生产要求；
（4）、根据矿区地质情况、空区类型、矿柱与空区的相互关联要素、空区处理难易程度，将露天采场按空区分布进行了区域划分，对整个地下空区按危险等级和处理难易程度进行了系统科学的分类，对采空区处理进行统筹规划，按分期、分段进行，为南泥湖露天矿提供了一种新的管理和处理方法；
（5）、针对不同类别的空区，全面系统的提出了地下采空区的治理方法与技术措施，开发了露天强化开采与空区探测及其处理协同技术，实现了空区处理与露天开采同步进行，解决了危及露天矿开采安全的重大技术难题；
（6）、针对南泥湖矿区地下采空区密集、集中、相互重叠，且上下空区之间隔层厚度小的特点，创新开发了斜孔逐渐推进法，从空区侧翼台阶边部铲装揭露，在空区侧翼台阶交汇处布置倾斜中深孔，以空区为自由面进行爆破，崩落矿石部分充填采空区后，继续对未充填的空区采用采用边部揭露斜孔爆破处理，依此逐渐推进，直至空区顶板全部崩落。该法成功的解决了大型联贯空区顶板原岩厚度小于最小安全厚度，人员设备不能在空区顶板作业，露天台阶难以推进的技术难题。
四、 结论
本项目通过大量的研究分析、现场工业试验，取得了如下重要技术成果与结论：
（1）、创新开发了露天强化开采与空区探测及其处理同步进行技术，以实现露天强化开采为目标，将露天采场按空区分布进行了区域划分，对整个地下空区按危险等级和处理难易程度进行了系统科学的分类，对露天开采和空区处理进行统筹规划，按分期、分段进行；创新开发了探测、监测、采矿、处理并举，探测先行系统作业法，对空区顶板先行探测，确认空区顶板原岩厚度，同时对高危空区进行岩移监测，建立空区安全预警系统，形成了集探测、监测、开拓、采矿、铲装、运输、空区处理、安全预警为一体同步进行，依实施法，分期分段的强化开采技术系统，解决了在复杂联贯地下采空区条件下露天强化开采的科学技术问题，实现了露天强化开采与地下空区探测及其处理同步进行。
（2）、研究开发了斜孔逐渐推进法。从空区侧翼台阶边部采用边铲装边探测的方式揭露空区，在空区侧翼台阶交汇处布置倾斜中深孔，以空区为自由面进行爆破。崩落矿石部分充填采空区后，当空区仍有大面积敞空，顶板仍有原岩裸露时，再次将台阶推进至未充填空区侧翼，采用斜孔爆破处理，依此逐渐推进，直至空区顶板全部崩落。该技术成功的解决了大型联贯空区顶板原岩厚度小于最小安全厚度，人员设备不能在空区顶板作业，露天台阶难以推进的技术难题，为高危空区处理和露天安全开采提供了新的方法。
（3）、研究开发了同步竖拉槽爆破技术，在露天无可利用的侧向自由面，只有其下部存在空区自由面，并且地表与空区顶板之间的厚度较大而又因安全需要不能减少其厚度，只能用露天深孔爆破，进行采矿与空区处理的时，在整体爆破的同时，利用空区为自由面，前段中深孔垂直孔面一次竖向拉槽，使无自由面的深孔爆破转换成侧向爆破，解决了无露天台阶侧向自由面的露天深孔处理地下空区和采矿的技术难题。
参考文献
[1]聂永祥，复杂联贯空区条件下露天开采技术研究，中国科技纵横，2012，23
[2]陈庆发，隐患资源开采与空区处理协同技术，中南大学出版社。