曹文剛

（北方銅業(yè)銅礦峪礦，山西 運(yùn)城 043700）

1 自然崩落采礦法優(yōu)缺點(diǎn)

自然崩落采礦法，優(yōu)點(diǎn)是采礦成本低，勞動生產(chǎn)率高，炸藥、木材等消耗少，工作安全，礦山生產(chǎn)能力大，條件合適時開采強(qiáng)度大，如果放礦控制好，礦石損失貧化小。缺點(diǎn)是初期基建投資大，建設(shè)周期長，適用的條件苛刻，條件不太合適時可能造成很大的損失，對施工質(zhì)量和管理要求嚴(yán)格，否則無法控制礦石的損失貧化，產(chǎn)量調(diào)節(jié)比較困難，增加產(chǎn)量需要較長的生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。

2 自然崩落采礦法應(yīng)用現(xiàn)狀

自然崩落采礦法因其具備其他采礦方法不可比擬的優(yōu)勢，在國內(nèi)有條件的大型地下開采礦山得到了越來越多的應(yīng)用。但自然崩落采礦法，礦石是依靠在礦體底部進(jìn)行拉底后，巖體內(nèi)部應(yīng)力重新分配而誘使巖體節(jié)理不斷發(fā)育，在拉底面積不斷增大的過程中而自然崩落。應(yīng)力重新分配的過程，在無有效監(jiān)測和控制手段的情況下，在臨近拉底的區(qū)域極易造成各類井巷工程的破壞，甚至是區(qū)域性的連續(xù)破壞。目前在國內(nèi)自然崩落法地下礦山，因拉底速度、放礦管理、爆破質(zhì)量等出現(xiàn)技術(shù)管理偏差，或因地質(zhì)構(gòu)造等因素，導(dǎo)致地壓過度集中，對采區(qū)底部結(jié)構(gòu)造成扭曲變形、坍塌等形式的惡性破壞，給后續(xù)的生產(chǎn)帶來阻斷性影響和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在國內(nèi)運(yùn)用自然崩落采礦法進(jìn)行采礦的礦山，階段高度已經(jīng)達(dá)到了120m以上，采用鏟運(yùn)機(jī)出礦底部結(jié)構(gòu)，出礦設(shè)備采用大功率的電動鏟運(yùn)機(jī)，礦山生產(chǎn)能力大幅攀升。但對于地壓的監(jiān)測與研究，很大程度上局限于理論研究，實際生產(chǎn)中鮮有實踐，尚談不上合理的利用與控制，使其向惡性破壞趨勢發(fā)展。這一點(diǎn)應(yīng)足夠引起管理者與相關(guān)從業(yè)人員的高度重視。

3 幾種常見的底部結(jié)構(gòu)地壓破壞形式與原因淺析

（1）巷道支護(hù)工程首先從拱角區(qū)域持續(xù)開裂、剝落并呈區(qū)域性擴(kuò)張。在此階段尚處于地壓破壞的初期，如不存在其他技術(shù)性問題，應(yīng)適當(dāng)加大區(qū)域內(nèi)的出礦泄壓，一般是可以控制破壞力的持續(xù)向惡發(fā)展。如圖1。

（2）若進(jìn)行區(qū)域性松動泄壓尚不能緩解或阻斷地壓的持續(xù)性破壞，一般應(yīng)對來壓原因進(jìn)行調(diào)查，排除爆破質(zhì)量導(dǎo)致的巖墻巖柱、放礦管理的均衡性以及超標(biāo)大塊過度積壓等因素。如不能及時處理，應(yīng)力的惡性破壞會快速向臨近區(qū)域發(fā)展，并對底部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體性破壞，致使井巷工程失去服務(wù)功能，生產(chǎn)活動出現(xiàn)停滯。如圖2。

（3）自然崩落采礦法底部結(jié)構(gòu)因各類問題交織，而導(dǎo)致的應(yīng)力破壞達(dá)到一定程度后，巷道出現(xiàn)扭曲變形甚至坍塌，在當(dāng)前尚無快速有效的技術(shù)措施及處理手段，地壓的破壞會導(dǎo)致承壓段區(qū)域性坍塌，給后續(xù)的生產(chǎn)活動造成礦量永久性損失或拉底爆破中斷等嚴(yán)重后果，或?qū)е碌貕簮盒云茐某蚀竺娣e區(qū)域性發(fā)展。如圖3。

圖1 礦洞頂板結(jié)構(gòu)

圖2 礦洞內(nèi)具體結(jié)構(gòu)

圖3 礦洞坍塌現(xiàn)象

4 淺談自然崩落采礦法實際生產(chǎn)中底部結(jié)構(gòu)地壓破壞防控措施

對于尚未建立有效的地壓監(jiān)測系統(tǒng)的自然崩落采礦法地下礦山，為保證各類生產(chǎn)的正常組織及礦產(chǎn)資源的回收。通過長期的生產(chǎn)實踐總結(jié)，應(yīng)從以下幾個方面加強(qiáng)管理，降低應(yīng)力的不良破壞，提高底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.1 嚴(yán)格控制拉底推進(jìn)方向與主應(yīng)力方向的關(guān)系

拉底工作是自然崩落法產(chǎn)生自然崩落的前提條件，也是控制地壓最為有效的手段。它對礦巖的崩落影響很大。其實拉底是在出礦工程的上部，整體礦巖的下部，進(jìn)行定期爆破從而建立空間，待該空間的面積變得足夠大時，礦巖發(fā)生崩落現(xiàn)象。礦塊大面積拉底后，會破環(huán)礦巖內(nèi)部應(yīng)力平衡，這時候需要對拉底推進(jìn)的方向應(yīng)和主力的方向保持一致，拉底推進(jìn)線應(yīng)與主應(yīng)力方向垂直進(jìn)而對應(yīng)力發(fā)展進(jìn)行合理控制。拉底推進(jìn)線在平面上以階梯狀布置，且每個臺階均勻向前，相隔間距不可過大。

4.2 拉底爆破的質(zhì)量管理

爆破質(zhì)量好壞是保證拉底工作能否有效實施的前提，也是后續(xù)生產(chǎn)能否正常銜接的重要條件，因此對于爆破質(zhì)量管理要高重視。為解決此方面的問題，一是要結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)類型、巖石狀況、施工設(shè)備等進(jìn)一步優(yōu)化中深孔設(shè)計方案，包括孔徑、孔底距、排距等技術(shù)參數(shù)確定及布置形式等。二是盡可能保證拉底前拉底道少掉底或不掉底。確保人行進(jìn)路的暢通，降低爆破前的準(zhǔn)備難度。三是爆破周期內(nèi)中深孔的超前量和積壓量要控制在合理范圍內(nèi)，確保中深孔利用率。四是掌握好爆破前的松動出礦量，確保礦巖擠壓空間合理。五是做好炮孔的施工質(zhì)量以及爆破當(dāng)日炮孔裝藥質(zhì)量的現(xiàn)場監(jiān)控。六是爆破后及時查看爆破效果，出現(xiàn)問題及時處理，杜絕巖柱、巖墻或“樓板”問題。七是要確定合理的拉底爆破周期間隔，避免拉底推進(jìn)線長期停留，而導(dǎo)致應(yīng)力長期集中一處。

4.3 嚴(yán)格的放礦控制與管理

自然崩落采礦的放礦管理是拉底爆破后應(yīng)高度重視的管理工作。首先礦體拉底后，礦巖崩落過程中，僅放出已崩落礦石的碎漲部分（約1/3），并保持礦體下部的自由空間高度不大于5m，以防止大規(guī)模冒落或形成空氣沖擊。再者當(dāng)拉底爆破后，要計算拉底區(qū)域理論的崩落高度，得出應(yīng)進(jìn)行的松動礦量，制定合理的放礦計劃。另外在覆巖下放礦必須遵循同等比例均衡放礦，并確保區(qū)域范圍內(nèi)放礦均衡。而且在整個生產(chǎn)區(qū)域，要加強(qiáng)底部結(jié)構(gòu)監(jiān)測，在個別放礦點(diǎn)出現(xiàn)地壓破壞跡象時，要及時恢復(fù)出礦，避免出現(xiàn)應(yīng)力破壞區(qū)域性蔓延。最后應(yīng)注意的是，當(dāng)局部出現(xiàn)應(yīng)力破壞時，利用周圍區(qū)域出礦達(dá)到泄壓的手段，不但收效甚微，甚至?xí)?dǎo)致首現(xiàn)破壞的區(qū)域發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的徹底坍塌，這一點(diǎn)要絕對重視。

4.4 積極處理超標(biāo)大塊

自然崩落法超標(biāo)大塊產(chǎn)出率較高，在放礦過程中大塊擠壓在放礦口上部出現(xiàn)拱棚效應(yīng)，致使礦巖在寬度上和高度上過量積存，形成采場壓力而破壞底部結(jié)構(gòu)。在日常生產(chǎn)中要及時發(fā)現(xiàn)積極處理。

4.5 底部結(jié)構(gòu)的支護(hù)形式多樣化

底部結(jié)構(gòu)服務(wù)于整個階段生產(chǎn)始末，在支護(hù)形式選擇上，有條件的礦山可采取剛?cè)岵⑴e的聯(lián)合形式進(jìn)行支護(hù)。對于巖石結(jié)構(gòu)完整且較為穩(wěn)固的礦山，首推噴錨網(wǎng)等積極支護(hù)類型，但在放礦口區(qū)域要進(jìn)行加固處理，以應(yīng)對礦巖的長期沖擊磨損。

4.6 優(yōu)化底部結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)提高其穩(wěn)定性

自然崩落法采礦工藝在設(shè)計之初，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)、巖石力學(xué)、礦山壓力等方面的研究成果，確定底部結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，適當(dāng)加大底部結(jié)構(gòu)的規(guī)格，以提高其穩(wěn)定性。

4.7 積極探索、研究地壓的監(jiān)測技術(shù)與形式

隨著淺表礦產(chǎn)的逐步減少，采礦作業(yè)不斷地向深部轉(zhuǎn)移，為保證各類采礦工程安全及可持續(xù)利用，積極有效的地壓監(jiān)測工作必不可少。當(dāng)前各種地壓監(jiān)測技術(shù)不斷前行，對于地下礦山而言，應(yīng)積極探索尋找適合自身條件的監(jiān)測手段，切莫忽視。

5 小結(jié)

近些年，伴隨著礦山生產(chǎn)由淺層的開采慢慢地向深部進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在地下礦山回采過程中，頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象是越來越明顯的，采區(qū)工程遭受一定的地壓破壞頻次也在不斷地增加，同時強(qiáng)度也大幅增強(qiáng)。對地壓進(jìn)行一定的防治，對于采礦業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。因此，充分結(jié)合地壓防控工作研究的理論性知識及經(jīng)驗總結(jié)，進(jìn)一步進(jìn)行實質(zhì)性的分析和改善，相信自然崩落法采礦在未來采礦業(yè)的發(fā)展道路上越來越寬廣。