某水泥于2009年投產，現有一條5000t/d熟料生產線(年產水泥約200萬t)，一條年產100萬t的骨料線，礦山由公司承包。蔣源礦區面積1.17km2，礦區所在區域屬于亞熱帶季風氣候，雨量充沛，年平均降水量1600mm。地質報告披露：礦體內巖溶一般發育，分布不均，有時為大的溶洞，有時為構造裂隙溶蝕。溶洞發現位置在礦區西部剝離區+205m平臺，北面緊靠舊采坑，此處剝離已接近尾聲，礦體即將揭露。

當時鉆機在此區域穿孔，施工作業人員發現好幾個鉆孔穿孔時吹不出鉆渣，鉆孔內投石無回聲，立即將現場情況反饋給管理人員，預判現場有大溶洞。由于礦體裂隙較多，地表覆蓋層厚，雨水多，平時可見的溶洞基本都被地表土充填，對施工沒有造成太大的影響，這是投產十余年來礦山首次發現有大的空體溶洞。爆破檢查溶洞口直徑約3m，屬于大溶洞，深不見底，由于爆渣覆蓋，不能判斷溶洞有多大規模及延伸情況。

出于對施工人員、設備安全考慮，立即停止此區域所有施工，所有人員設備立即撤離，并設置警戒隔離區域、警示牌，以防人員、設備誤入。待查明溶洞，制定切實可行的方案再恢復施工。

根據現場情況并結合以往施工經驗，項目部最終決定從公司調空洞儀對溶洞進行詳細探測，依據探測情況再制定下一步施工方案。

2.1 探測設備簡介

采用PQWT-KD-50型自動成圖空洞儀對溶洞空間分布信息數據進行采集，利用X9型RTK對探測范圍實測，并對探測區域內每個方格網點進行放樣，以及對溶洞平面分布的坐標數據進行采集。

該型空洞儀有效探測深度為50m，是以大地電磁場為場源，以地下不同地質結構的導電性差異為基礎，通過測量不同頻率的電場分量的變化規律，來研究地質構造及變化情況，尋找地下采空區、空洞等地質體。儀器可通過檢測不同頻率段天然電場強度來分析和定位地下空洞位置。空洞儀測量數據無需導入電腦，即可實時在儀器上自動進行計算和分析，并可以自動繪制出空洞位置及深度的地質曲線圖和剖面圖。

2.2 探測過程

先利用RTK詳測擬探測范圍內的地形圖，通過實測得知，擬探測范圍長約64m，寬約28m，然后編制1m×1m方格網探測方案。根據探測方案繪制出1m×1m方格網圖，對每個方格點進行編號，將每個方格點的編號及對應坐標數據整理到一張表格，打印或以電子文檔直接存人RTK手簿，以備放樣使用。通過RTK逐個放樣，然后利用空洞儀對每個放樣出的方格點逐個進行探測，這樣能確保探測范圍全覆蓋。由于探測范圍方格網點較多，不便于全局展示，現僅以一幅示意圖體現探測方案，詳見圖1。

空洞儀電極間距2m，探測點距1m，通過1m× 1m方格網高密度布點探測。凡是有溶洞發現的位置，在現場做出明確標記并寫明編號，同時在方格網圖紙上對應編號位置做出醒目標記，確保該點編號與該點處探測到的溶洞剖面編號一致，并利用RTK測量存儲該點坐標、高程數據，切記不要遺漏任何點，并確保前后編號的一致性、唯一性。由于編號繁多且數據量較大，參與探測的人員要分工明確。經過現場數天的地毯式探測，共探測到兩段溶洞，分別命名為L1和L2。溶洞平面分布圖見圖2。

2.3 數據分析及成圖

通過對溶洞發現處各方格點空洞儀成像分析得知，L1、L2溶洞空間分布均具有一定的規律。由于成像數據龐大，在此僅選兩幅有代表性的成像圖以供參閱，見圖3，4。

結合現場查勘及對空洞儀數據分析可知：溶洞L1段在+195m平臺以狹溝形式出露，走向長度約10m，急傾斜向下延伸，且從上至下貫通，垂直深度約36m，水平寬度約2m；溶洞L2段深埋在+205m平臺約40m之下，發育成洞穴形式，走向長度約27m，水平寬度約3.5m，垂直高度約6m。后經實地查看發現，L2溶洞出口在舊采坑(水塘)上方邊坡處出露(此處海拔約為+155m)，降雨時可見滲入溶洞的雨水從溶洞口流出。L1、L2溶洞平面分布詳見圖1。

通過對空洞儀成像分析，結合現場實際情況，并加以科學推斷，利用CAD繪出更簡易明了的溶洞剖面圖，用以指導礦山施工，詳見圖5。

圖5 L1、L2溶洞斷面圖

3.1 溶洞處理

L1溶洞已在+195m平臺出露，人員、設備時刻有墜人溶洞風險，經項目部討論決定對L1溶洞進行充填，充填材料使用水泥廠自產的骨料，預估需用約720m3。安排挖掘機對溶洞口周圍爆渣進行清理，并對溶洞出露區域所在+195m平臺進行場地平整，便于充填材料運輸至溶洞附近，一臺挖掘機、一臺裝載機配合往溶洞內回填骨料，回填邊界應作出標記，便于后期穿孔爆破等施工作業。溶洞區域應做出警示標志，提醒注意施工安全，人員、設備禁止在回填區停留。隨著開采降段，應對該區域溶洞跟蹤探測，實時掌握溶洞的變化情況。

L2溶洞以洞穴形式發育，深埋+205m平臺約40m之下，預判對施工暫無影響，現階段先不處理。隨著開采降段，應及時進行跟蹤探測，進一步探明溶洞發育情況，以便超前采取措施。

3.2 鑿巖爆破

對于L1溶洞，雖然已回填，仍需明確范圍邊界。鉆機站位應避開溶洞回填區，以免突然塌陷造成危險，布孔、穿孔也應避開溶洞回填區，穿孔位置距溶洞邊界應保持2m以上距離。布孔完成后，可利用空洞儀對靠近溶洞的布孔點進行詳探，確定布孔點距溶洞頂板距離，以便合理設計鉆孔深度。合理選擇穿孑L角度，避免穿透溶洞頂板或孔底過于接近溶洞頂板，導致炸藥泄能，影響爆破效果。此外應合理選擇起爆方向，充分考慮溶洞位置，選擇最佳的起爆方向。

對于L2溶洞，當施工至距溶洞頂板約一個臺段厚度時，利用空洞儀對溶洞進行詳探(方格網法)，圈定溶洞范圍。在溶洞圈定范圍內布孔，再利用空洞儀探測每個布孔點距溶洞頂板的距離，設計鑿巖孔深，安排輕型鉆機(穿孔直徑90mm)進行鑿巖作業，鉆孔完成后，確保孔底距溶洞頂板的距離不少于1～1.5m，避免爆破擊穿溶洞頂板，以達到溶洞區整體爆破崩落的效果，徹底消除溶洞隱患。

3.3 挖裝運輸

挖裝作業前，應明確溶洞范圍，并做出醒目標記。因爆破等施工因素造成溶洞范圍不明確的，禁止開展一切作業，先利用空洞儀探測出溶洞范圍，并做出醒目標記后，方可開始施工作業。在溶洞區挖裝作業時，挖掘機應避免在溶洞區站位作業，保持距溶洞邊界有5m以上的安全距離。

車輛在溶洞附近區域運輸作業時，載重車輛禁止在溶洞回填區穿行或靠近溶洞回填區行走，車輛應行走在距溶洞邊界5m之外范圍。避免塌陷造成車輛側翻等危險發生。

剝離區溶洞發現后，項目部果斷停止該區域的所有施工，撤離所有人員、設備，封鎖施工區域，最大限度保障了安全生產。從公司調空洞儀進行溶洞探測，經過數天的詳細探測，基本查清了該區域的溶洞發育規模、空間延伸狀態，為編制溶洞區礦山開采方案、制定應急預案、恢復生產等提供了有力的科學依據，為后續的安全施工提供了可靠保障，也為處理其他巖溶區石灰石礦山溶洞探測及礦山安全開采等問題積累了寶貴經驗。

此次選用的空洞儀有效探測距離為50m，隨著開采降段，應注意加強跟蹤探測，以及時掌握深部地層中溶洞發育情況，為礦山開采編制應對預案提供依據，為礦山持續的安全生產提供強有力的保障。

作者：田書軍1，呂波1，全壽福2，彭炳洋2

來源：《1兗州中材建設有限公司；2江西南城南方水泥有限公司》

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