邱振華,林秀云
(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司, 廣東 韶關(guān)市 512128)
廣東省大寶山礦區(qū)位于韶關(guān)市曲江區(qū)沙溪鎮(zhèn)境內(nèi),是以鐵、銅、鉛鋅礦為主的大型多金屬露天礦山。+750m以上主要為褐鐵礦,以下為黃銅礦、磁黃銅礦、硫、鉛鋅礦。褐鐵礦已于2015年采完,目前主要開(kāi)采銅硫礦,年產(chǎn)量為330萬(wàn)t,礦區(qū)最高開(kāi)采標(biāo)高為865m,最低標(biāo)高為637m,臺(tái)階高度為12m,開(kāi)采范圍在0~63勘探線之間。目前開(kāi)采水平為+637m~+793m,+793m以上為基建剝離。
大寶山礦業(yè)有限公司銅硫鉛鋅多金屬礦區(qū)原為露天?井下聯(lián)合開(kāi)采,由于民采的歷史原因,采坑境界內(nèi)+730m~+400m之間遺留大量采空區(qū),范圍涉及整個(gè)采場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),礦山每年發(fā)生采空區(qū)塌陷險(xiǎn)情數(shù)十起,僅2019年就發(fā)生78起,嚴(yán)重威脅正常生產(chǎn)。因此,亟待開(kāi)展深埋隱蔽采空區(qū)空間形態(tài)探測(cè)技術(shù)的研究,以降低事故發(fā)生概率。
礦山采空區(qū)三維激光探測(cè)系統(tǒng)選用C-ALS空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由C-ALS探頭、連接加長(zhǎng)件、主電纜線、鉆孔跟蹤桿架、地面單元、供電電源線、筆記本電腦等構(gòu)件組成。
C-ALS采用雙軸掃描探頭,掃描范圍為0.5m~150m,以覆蓋整個(gè)空區(qū)。儀器有線遙測(cè)系統(tǒng)可將測(cè)量數(shù)據(jù)傳回地面的控制單元,利用MDL的控制軟件實(shí)時(shí)獲取激光掃描生成的三維空區(qū)圖像,ALS掃描系統(tǒng)具有垂直掃描和水平掃描兩種功能(見(jiàn)圖1)。亦可建立空區(qū)三維模型,然后將空區(qū)模型與礦體模型復(fù)合,得到礦區(qū)三維實(shí)體模型。
圖1 掃描軌跡
采空區(qū)經(jīng)過(guò)C-ALS三維激光掃描后,利用C-ALS控制軟件得到采空區(qū)三維掃描數(shù)據(jù)。對(duì)采空區(qū)三維掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到采空區(qū)相關(guān)空間參數(shù):方位坐標(biāo),頂板標(biāo)高,底板標(biāo)高,采空區(qū)高度、跨度、面積、體積等。C-ALS控制軟件可以將三維掃描圖轉(zhuǎn)換為CAD版本,運(yùn)用CAD軟件將采空區(qū)三維俯視圖繪制成采空區(qū)平面圖。
2020年4月2日,通過(guò)水平掃描方式獲取采場(chǎng)512線709m層面下方689采空區(qū)三維掃描圖像及CAD平面圖,如圖2所示。掃描采空區(qū)參數(shù)見(jiàn)表1。
圖2 689采空區(qū)掃描結(jié)果
表1 51-689采空區(qū)參數(shù)
2020年5月8日,通過(guò)垂直掃描方式獲得采場(chǎng)37線649m層面下方632采空區(qū)三維掃描圖像及CAD平面圖,如圖3所示。掃描采空區(qū)參數(shù)見(jiàn)表2。
圖3 632采空區(qū)掃描結(jié)果
表2 632采空區(qū)參數(shù)
為了校驗(yàn)C-ALS三維激光探測(cè)的深埋隱蔽采空區(qū)空間形態(tài)精度,2020年5月13日,在685層面45線對(duì)即將處理的658采空區(qū)進(jìn)行三維激光掃描。經(jīng)三維激光掃描獲取的該采空區(qū)三維模型及平面圖如圖4所示,采空區(qū)參數(shù)見(jiàn)表3。
圖4 658采空區(qū)掃描結(jié)果
5月15日,在685m層面對(duì)658采空區(qū)實(shí)施崩落頂板爆破處理,結(jié)果見(jiàn)表4。
表3 658采空區(qū)參數(shù)
表4 658采空區(qū)爆破處理實(shí)際鉆孔參數(shù)表
通過(guò)表1可以看出:
(1)根據(jù)掃描參數(shù)設(shè)計(jì)的采空區(qū)炮孔深度與實(shí)際穿孔深度基本相符,孔深存在誤差的原因主要是實(shí)際層面標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高+685m有差異;
(2)采空區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)炮孔基本都打穿,10號(hào)孔因?yàn)閹r石破碎無(wú)法穿孔,13號(hào)孔未出現(xiàn)異常,穿孔精準(zhǔn)度為95%;
(3)經(jīng)爆破處理后對(duì)地形進(jìn)行測(cè)量核對(duì)評(píng)估,認(rèn)為爆破后頂板碎石對(duì)采空區(qū)完全充實(shí),效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
658采空區(qū)掃描數(shù)據(jù)及處理情況說(shuō)明C-ALS三維激光掃描儀掃描的采空區(qū)參數(shù)與實(shí)際相符合。
采空區(qū)經(jīng)掃描后對(duì)掃描采空區(qū)進(jìn)行管理,在生產(chǎn)計(jì)劃圖紙上建立采空區(qū)管理檔案,掌握采剝作業(yè)下方采空區(qū)情況,在開(kāi)采過(guò)程中實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。圖5為649m、661m層面33至37勘探線下部已探明采空區(qū)的情況資料。
圖5 33-37線已掃描采空區(qū)資料
(1)確定采空區(qū)保安層安全厚度。根據(jù)采空區(qū)頂板鉆孔巖性情況,保安層最小厚度按h=0.71b?1.02計(jì)算。確定采空區(qū)安全厚度后制定爆破參數(shù)處理采空區(qū),處理臺(tái)階以上的臺(tái)階開(kāi)采正常推進(jìn)。以658采空區(qū)為例,658采空區(qū)爆破崩落處理臺(tái)階為685m,其上方697m、709m、721m臺(tái)階正常推進(jìn)。
(2)揭露采空區(qū)。在685m臺(tái)階上方揭露采空區(qū)時(shí),需對(duì)采空區(qū)上方的爆堆鏟裝作業(yè)制定安全運(yùn)輸方案,以防發(fā)生采空區(qū)垮塌。通常為固定一臺(tái)挖機(jī)設(shè)備,環(huán)繞采空區(qū)外側(cè)對(duì)采空區(qū)上方松石進(jìn)行鏟裝,挖機(jī)需要進(jìn)入采空區(qū)范圍內(nèi)鏟裝時(shí),分析掃描數(shù)據(jù),挖機(jī)機(jī)臺(tái)選擇在頂板較厚位置,運(yùn)輸車(chē)輛一進(jìn)一出?,F(xiàn)場(chǎng)有安全管理人員全程監(jiān)管,直至松石清理完畢。
(3)采空區(qū)管理。對(duì)已經(jīng)探明揭露暫時(shí)不處理的采空區(qū),先進(jìn)行層面警戒,樹(shù)立標(biāo)識(shí)牌,嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員、車(chē)輛設(shè)備進(jìn)入空區(qū)范圍內(nèi);設(shè)置測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)定時(shí)監(jiān)測(cè),日常采空區(qū)管理人員對(duì)該采空區(qū)進(jìn)行測(cè)量、檢查。
(4)處理采空區(qū)。采空區(qū)完全揭露在處理層面后,制定爆破崩落頂板處理方案,對(duì)采空區(qū)進(jìn)行處理,消除采空區(qū)隱患。
(1)深埋隱蔽采空區(qū)嚴(yán)重制約礦山安全生產(chǎn),而C-ALS空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)能夠有效解決此類(lèi)空區(qū)空間形態(tài)探測(cè)難題,該系統(tǒng)具有使用靈活、探測(cè)速度快、三維可視化程度高、精準(zhǔn)三維探測(cè)等優(yōu)點(diǎn),為采空區(qū)處置提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。
(2)大寶山礦運(yùn)用 C-ALS空區(qū)自動(dòng)激光掃描8年來(lái),共探測(cè)161個(gè)隱患密閉采空區(qū),探測(cè)精確度為95%,避免可能發(fā)生的設(shè)備墜落事故138起,取得了良好安全效果。
(3)大寶山礦深埋隱蔽采空區(qū)主要采用爆破崩落頂板處置方法,該方法是在采空區(qū)頂板按一定網(wǎng)度布置炮孔打穿采空區(qū),然后對(duì)孔底進(jìn)行吊裝回填,最后裝藥充填起爆。該處置方法施工簡(jiǎn)單,多年來(lái)大寶山礦共成功處置了96個(gè)采空區(qū),取得了良好效果。