譚寶會陶發(fā)玉 朱 強(qiáng) 鐘立鵬 張志貴 陳星明

（1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川綿陽621010；2.金川集團(tuán)股份有限公司龍首礦，甘肅金昌737100）

在廢石散體覆蓋層下進(jìn)行采礦作業(yè)是無底柱分段崩落法的一大特點(diǎn)，這也是確保崩落法采礦作業(yè)安全性的必要條件［1］，但正是由于廢石與礦石的大面積直接接觸，為礦石的過度貧化和損失創(chuàng)造了可能性。為揭示覆蓋層廢石對崩落法礦石回收效果的影響作用，近年來國內(nèi)外眾多學(xué)者通過理論分析［2，3］、物理實(shí)驗(yàn)［4，5］、數(shù)值模擬［6-8］等手段對這一問題展開了深入研究。研究結(jié)果表明，在放礦過程中覆蓋層廢石的塊度分布在空間上存在著自然分級的客觀現(xiàn)象，而且當(dāng)覆蓋層廢石塊度小于礦石塊度時，廢石在移動過程中就容易穿過礦石縫隙超前到達(dá)出礦口，從而造成礦石提前貧化。由此可見，覆蓋層廢石塊度對崩落法的礦石回收指標(biāo)有著顯著的影響作用。

以龍首礦西二采區(qū)下向分層膠結(jié)充填法轉(zhuǎn)無底柱分段崩落法為工程背景，系統(tǒng)研究了冒落膠結(jié)充填體及扇形中深孔崩落礦石的塊度分布規(guī)律，及其在放礦散體移動場中的二次破碎機(jī)理及特性，并提出了防止冒落膠結(jié)充填體過早破碎及提前混入礦石的控制方法，同時在現(xiàn)場開展了工程實(shí)踐，取得了良好成效，可為類似礦山提供參考與指導(dǎo)。

1 工程背景

1.1 生產(chǎn)概況

金川龍首礦西二采區(qū)礦體賦存標(biāo)高為1 058～1 671 m，走向北27°西，傾向南西，傾角70°～80°，厚度28～200 m，沿走向全長463 m，礦體及圍巖均較破碎，礦區(qū)地壓以水平構(gòu)造應(yīng)力為主。盡管礦石品位低，但礦石價值較高，因此礦山采用了下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填法進(jìn)行采礦，為擴(kuò)大產(chǎn)能，實(shí)行雙中段同時回采。截止2016年3月，上部中段已由1 642 m水平回采至1 613 m水平，形成了厚約30 m的膠結(jié)充填體；下部中段已由1 546 m水平回采至1 496 m水平，形成了約50 m厚的膠結(jié)充填體。由于近年來全球礦業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣，礦產(chǎn)品價格持續(xù)走低，采用高成本的膠結(jié)充填法回采低品位礦石使得礦山瀕臨虧損。為了突破生產(chǎn)困境，礦山?jīng)Q定采用生產(chǎn)成本低、采礦效率高的無底柱分段崩落法替換現(xiàn)行的下向分層膠結(jié)充填法，并率先在上部中段進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。根據(jù)采礦條件，上部中段共布置4個回采分段，分別位于1 595 m、1 580 m、1 565 m及1 546 m水平。在無底柱分段崩落法正?；夭汕?，先利用誘導(dǎo)冒落法形成覆蓋層，即通過1 595 m首采分段的采礦在膠結(jié)充填體下形成大規(guī)模的連續(xù)采空區(qū)，誘導(dǎo)上部膠結(jié)充填體及頂板圍巖冒落形成覆蓋層。圖1給出了礦山無底柱分段崩落法采場布置形式。

1.2 問題的提出

經(jīng)現(xiàn)場取樣測試，膠結(jié)充填體的抗拉強(qiáng)度僅為0.5 MPa，抗剪強(qiáng)度為2 MPa，抗壓強(qiáng)度為4.8 MPa，可見其單體強(qiáng)度十分低，大約僅為礦巖體強(qiáng)度的1/10～1/20，同時由于充填沉縮、離析分層以及不完全接頂?shù)纫蛩氐挠绊?，膠結(jié)充填體內(nèi)部還存在著復(fù)雜的裂隙和層理面，進(jìn)一步降低了膠結(jié)充填體的強(qiáng)度。在以往的工程案例中，誘導(dǎo)冒落的對象大多是礦巖體，在預(yù)測冒落塊度時有先例可以參考，而本次誘導(dǎo)冒落的對象是在材料組成、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)等方面均與礦巖體有著較大差異的膠結(jié)充填體，因而在本次研究中需要率先探明以下兩個問題：

（1）由于膠結(jié)充填體強(qiáng)度較小，若其在初始冒落時產(chǎn)生了大量尺寸過小的塊體甚至直接冒落成粉，則小塊膠結(jié)充填體就可能在放礦過程中快速穿過礦石縫隙率先到達(dá)出礦口，造成礦石提前貧化，甚至導(dǎo)致無底柱分段崩落法在礦山的應(yīng)用失敗。

（2）即便膠結(jié)充填體的初始冒落塊度較為理想，但因其強(qiáng)度較小，若在放礦散體移動場中受外力作用而過早或過度發(fā)生破碎（破碎后的塊度稱之為次級塊度），產(chǎn)生大量的小塊或者粉末，也可能會造成礦石的提前貧化。

文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明，以上問題幾乎沒有工程先例可以參考和借鑒，因此需要在工程實(shí)施前對膠結(jié)充填體的冒落塊度及其在放礦過程中的二次破碎特性進(jìn)行深入分析和研究，并制定相關(guān)的礦石貧化防治措施，確保無底柱分段崩落法在礦山的成功應(yīng)用。

2 膠結(jié)充填體及礦石破碎性能對崩落法應(yīng)用的影響

2.1 膠結(jié)充填體的初始冒落塊度統(tǒng)計(jì)與分析

目前對于初始冒落塊度組成的研究方法有篩分法、測量法、圖像處理法、軟件模擬法等。篩分和實(shí)際測量是最準(zhǔn)確的研究方法，但操作起來相對復(fù)雜、成本較高，對生產(chǎn)的影響也較大［9］；圖像處理法是通過采集有代表性的圖片為樣本，統(tǒng)計(jì)分析獲得冒落塊度數(shù)據(jù)，相對簡單而且對生產(chǎn)影響小，所得數(shù)據(jù)也較為準(zhǔn)確，但處理工作量大［10］；軟件模擬主要是借助三維節(jié)理軟件系統(tǒng)對原巖塊度進(jìn)行預(yù)測［11］，對冒落塊度的測量和預(yù)測研究比較少。為了獲得科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)，本次以礦山充填采場頂板膠結(jié)充填體因地壓活動而發(fā)生冒落后的散塊為研究對象，采用圖像處理法對膠結(jié)充填體的初始冒落塊度組成進(jìn)行了研究?，F(xiàn)場冒落的膠結(jié)充填體散塊見圖2所示。

為了使所采集的數(shù)據(jù)更具代表性，在充填采場選擇了3處頂板膠結(jié)充填體發(fā)生冒落的地點(diǎn)采集圖像并進(jìn)行矢量化處理。最后根據(jù)圖像矢量化處理結(jié)果測算出不同尺寸塊體的占比，結(jié)果見表1所示。

通過現(xiàn)場實(shí)際觀測和統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，膠結(jié)充填體在空場條件下自然冒落的塊體呈不規(guī)則形態(tài)，且以大塊（＞0.6 m）和中等塊度（0.3～0.6 m）居多，占比達(dá)59%，次中塊（0.3～0.1 m）占23%，小塊（＜0.1 m）占18%?，F(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，雖然膠結(jié)充填體的強(qiáng)度要比礦巖體低，但其在發(fā)生自然冒落時并不會產(chǎn)生大量的粉狀物，更不會全部冒落成粉。

2.2 冒落膠結(jié)充填體的次級塊度組成研究

2.2.1 冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動場中的破碎機(jī)理及過程分析

在首采分段回采過程中，由于采空區(qū)頂板滯后回采工作面一段距離而發(fā)生冒落，因此冒落下來的膠結(jié)充填體基本不受本分段出礦影響而存留于采場之中，此時冒落膠結(jié)充填體的塊度幾乎不受放礦散體移動場影響，而后續(xù)冒落體擠壓和中深孔爆破沖擊的作用影響范圍也不會很大，因而在這一階段可認(rèn)為冒落的膠結(jié)充填體保持初始塊度不變。而當(dāng)下部分段開始回采出礦時，冒落膠結(jié)充填體將隨放礦而發(fā)生下移運(yùn)動。冒落膠結(jié)充填體在移動過程中不僅受到塊體之間的擠壓、碰撞及研磨作用，還將受到放礦散體移動速度場中的剪切破壞作用，這是因?yàn)樵诜诺V過程中，越靠近出礦口部位的散體移動速度越快，而離出礦口較遠(yuǎn)部位的散體移動速度較慢，因此在放礦散體移動速度場中不同部位的散體流動速度是不一致的，散體流速差異較大的界面上將產(chǎn)生剪切力，就可能使強(qiáng)度較小的膠結(jié)充填體發(fā)生剪切破壞，而且速度差越大，剪切力越大［12，13］，此外，越靠近出礦口流軸的散體移動速度越快，塊體之間的碰撞擠壓作用也更明顯。因而，放礦截止時間越晚，膠結(jié)充填體就越靠近流速較快的放礦口部位，所受的各種破壞作用也就越明顯。由于無底柱分段崩落法以步距為最小回采單元，在生產(chǎn)過程中步距放礦循環(huán)數(shù)量大，因此覆蓋層膠結(jié)充填體將頻繁受到放礦散體移動場中的各種破壞作用。圖3給出了放礦過程中覆蓋層膠結(jié)充填體的流動過程。

2.2.2 冒落膠結(jié)充填體二次破碎性能研究

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x。要研究冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦散體移動場中發(fā)生破碎后的塊度變化規(guī)律，最可靠的辦法就是在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地測量，但現(xiàn)場測量通常具有滯后性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)膠結(jié)充填體散塊的二次破碎性能不理想時，已經(jīng)造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。因此需要提前對冒落膠結(jié)充填塊體的次級塊度組成進(jìn)行研究和預(yù)測。本次采用物理實(shí)驗(yàn)的手段來揭示冒落膠結(jié)充填體的二次破碎性能以及二次破碎后的塊度組成，這對于掌握冒落膠結(jié)充填體是否會造成礦石提前貧化，以及可能造成的貧化程度具有重要意義，同時可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提前制定礦石損失貧化控制方法。

（2）實(shí)驗(yàn)原理及過程。冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦過程中因受到周圍塊體的不斷碰撞、擠壓及研磨等作用而發(fā)生二次破碎，這種破碎作用與其在破碎機(jī)中受的擠壓、研磨破碎作用基本類似，因而本次物理實(shí)驗(yàn)研究采用顎式破碎機(jī)對冒落膠結(jié)充填體進(jìn)行機(jī)械破碎，以模擬冒落膠結(jié)充填體在放礦移動場中的破碎過程。實(shí)驗(yàn)前先從現(xiàn)場取樣50 kg，通過人力對其粗破至能夠放入破碎機(jī)，粗破后塊體命名為實(shí)驗(yàn)樣品1，然后利用顎式破碎機(jī)對實(shí)驗(yàn)樣品1進(jìn)行中破，中破的目標(biāo)塊度尺寸控制在4.5 cm左右，利用4組網(wǎng)格尺寸分別為4.5 cm×4.5 cm、3 cm×3 cm、1.5 cm×1.5 cm、0.5 cm×0.5 cm的格篩對中破后的樣品進(jìn)行篩選，再按照現(xiàn)場實(shí)測的塊度比例進(jìn)行級配，配好的膠結(jié)充填體樣品塊度與實(shí)際中初始冒落塊度相似比為1∶20，稱之為實(shí)驗(yàn)樣品2。隨后將實(shí)驗(yàn)樣品2放入破碎機(jī)再次進(jìn)行細(xì)破，目標(biāo)塊度控制在0.9 cm左右，細(xì)破后的目標(biāo)塊度與實(shí)際中膠結(jié)充填體的初始冒落塊度相似比為1∶100，完成后利用4組網(wǎng)格規(guī)格分別為0.9 cm×0.9 cm、0.6 cm×0.6 cm、0.3 cm×0.3 cm、0.1 cm×0.1 cm的格篩對破碎料進(jìn)行篩分分級，最后分別對每一級的物料進(jìn)行稱重并記錄，實(shí)驗(yàn)步驟見圖4所示。

圖5展示了實(shí)驗(yàn)過程，為了確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)、可靠，共進(jìn)行了2次實(shí)驗(yàn)，分別命名為實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，每次實(shí)驗(yàn)用料25 kg。在實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)觀察膠結(jié)充填體散塊在破碎過程中是否會產(chǎn)生大量的粉狀物，并對破碎前后的樣品塊度變化規(guī)律做分析。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所示。根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，與初始冒落塊度組成相比，膠結(jié)充填體散塊經(jīng)過破碎機(jī)模擬的采場放礦破碎行為后，大塊（＞0.6 cm）比例由29%降低為18.4%，減小10%，中塊（0.3～0.6 cm）比例由30%變?yōu)?0.1%，基本保持不變，次中塊（0.1～0.3 cm）比例由23%變?yōu)?6%，增加3%，小塊（＜0.1 cm）比例由18%增加至25.5%，增長7.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦過程中經(jīng)過二次破碎后，大塊比例將得到減小，中塊和次中塊的比例變化不明顯，小塊比例將得到一定程度的增加，但增幅不大，更不會全部變?yōu)樾K或粉末。

2.3 扇形炮孔崩落礦石塊度及其次級塊度研究

由于金川礦區(qū)過去一直采用的是下向分層進(jìn)路式膠結(jié)充填法，充填采場內(nèi)采用淺孔落礦，其崩落礦石塊度及塊度組成與無底柱分段崩落法扇形中深孔崩落的礦石塊度及塊度組成有本質(zhì)上的差異，故無法直接采用充填法淺孔崩落礦石塊度參數(shù)作為崩落法扇形中深孔崩落礦石塊度及塊度組成的參考數(shù)據(jù)。為了更精確地預(yù)測西二采區(qū)無底柱分段崩落法扇形中深孔崩落的礦石塊度及塊度組成，此處通過采集若干類似礦山（即采礦方法相同、結(jié)構(gòu)參數(shù)相近的礦山）扇形中深孔實(shí)際崩落的礦石塊度組成情況，作為西二采區(qū)無底柱分段崩落法扇形炮孔崩落礦石塊度組成的參考數(shù)據(jù)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3所示。

分析表3中3個無底柱分段崩落法生產(chǎn)礦山的實(shí)際崩落礦石塊度及塊度組成情況可以發(fā)現(xiàn)，扇形中深孔爆破崩落的礦石，超過0.6 m的大塊占比十分微?。?.1%），即便是塊度在0.3～0.6 m間的中等塊度比例也很低（9.3%），而0.3 m以下的次中塊及小塊比例相對較高（88.6%），幾乎占據(jù)了崩落礦石的絕大部分。而且需要強(qiáng)調(diào)的是，西二采區(qū)礦石松軟破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，其強(qiáng)度和完整性均要遠(yuǎn)小于以上幾座鐵礦山礦體的強(qiáng)度和完整性，由此可以預(yù)測西二采區(qū)礦石在利用扇形中深孔崩落后的塊度將更小。此外，由于冒落的膠結(jié)充填體位于崩落礦石上方，崩落礦石將會比冒落膠結(jié)充填體受到更頻繁、更劇烈的爆破沖擊作用以及放礦擠壓破碎作用，因此崩落礦石的次級塊度可能會更小。

根據(jù)以上分析可知，無底柱分段崩落法扇形炮孔崩落的礦石平均塊度要遠(yuǎn)小于自然冒落的膠結(jié)充填體平均塊度，甚至也小于在放礦散體移動場中經(jīng)過二次破碎的膠結(jié)充填體塊度。在此情況下，冒落的膠結(jié)充填體提前滲入到崩落礦石中造成貧化的可能性和比例將進(jìn)一步降低。

3 防止冒落膠結(jié)充填體過早破碎及提前混入礦石的措施

3.1 爆破技術(shù)及管理措施

（1）減小崩落礦石塊度。冒落膠結(jié)充填體是否會提前滲入礦石造成貧化，不僅取決于其自身的塊度，還與崩落礦石的塊度有關(guān)。只有當(dāng)膠結(jié)充填體塊度小于礦石塊度時，在放礦過程中廢石才有可能提前滲入礦石而造成貧化，而當(dāng)膠結(jié)充填體塊度大于礦石塊度時，就不易混入礦石造成貧化，也就是說只要保持崩落礦石的塊度小于冒落膠結(jié)充填體的塊度就可以有效阻止廢石提前混入礦石。因而，在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過調(diào)控中深孔的爆破參數(shù)來控制崩落礦石的塊度，利用炸藥使礦石充分破碎，從而使崩落礦石的平均塊度小于覆蓋層冒落膠結(jié)充填體的平均塊度。

（2）提高爆破質(zhì)量。在無底柱分段崩落法生產(chǎn)過程中一旦發(fā)生懸頂、隔墻、推排以及大塊堵漏等事故，將嚴(yán)重影響到礦石的流動性以及放出體的正常形態(tài)，從而可能導(dǎo)致覆蓋層廢石被提前放至出礦口。因此在實(shí)際生產(chǎn)中一旦發(fā)現(xiàn)有以上事故的出現(xiàn)，就應(yīng)立即采取措施對其進(jìn)行處理，防止因礦石流動不暢而引發(fā)覆蓋層廢石提前混入礦石。

3.2 放礦控制及管理措施

3.2.1 多分段組合式放礦

由于越靠近放礦口，礦巖散體所受的擠壓、碰撞和剪切等破壞作用也就越劇烈，因而要防止冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動場中過早破碎成小塊，就要盡可能地延緩膠結(jié)充填體到達(dá)放礦口的時間。基于這一思路，并結(jié)合礦山崩落法采場4個分段各自的生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)出以下放礦方式：

（1）1 595 m分段。該分段的主要目的和任務(wù)并不是采礦，而是通過采礦形成連續(xù)采空區(qū)誘導(dǎo)頂板膠結(jié)充填體安全高效冒落形成覆蓋層。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式［14］計(jì)算，要在礦山預(yù)防空區(qū)頂板冒落帶來的氣浪沖擊危害，至少需要在首采分段空區(qū)底板預(yù)留7.5m厚的松散礦石作為安全緩沖墊層，此時出礦比例需要控制在崩礦量的45%以內(nèi)，以確保出礦口始終處于封堵狀態(tài)，因此首采分段屬于總量控制出礦。

（2）1 580 m分段。由于礦區(qū)水平應(yīng)力相對較大，對膠結(jié)充填體冒落有一定限制作用，因此無法完全排除首采分段結(jié)束后仍有局部地段（如9行勘探線附近礦體厚度最小部位）的頂板沒有完全冒落下來的情況發(fā)生。因此從保證生產(chǎn)安全和延緩覆蓋層廢石到達(dá)出礦口時間的角度考慮，第二分段的崩落礦石也不全部放出，而是繼續(xù)采用總量控制的方式進(jìn)行出礦，同時考慮到產(chǎn)能需求，第二分段的出礦比例可增加至80%。

（3）1 565 m分段。在前2個分段回采結(jié)束后，基本可以保證其上部的膠結(jié)充填體及覆巖已經(jīng)完全冒落，在采場中形成了預(yù)留崩落礦石+冒落膠結(jié)充填體+冒落覆巖的覆蓋層。因此，第三分段可以視作正常條件下的礦石回收，其主要任務(wù)就是充分有效、高質(zhì)量地回收礦石，同時避免放礦過程中覆蓋層廢石與礦石過度混雜，因而該分段采取低貧化放礦。由于第一、二分段通過總量控制放礦后在采場中留下了相當(dāng)數(shù)量的崩落礦石隔離層，隔離層在放礦過程中可以有效阻隔覆蓋層廢石提前混入，這也為第三分段實(shí)施低貧化放礦創(chuàng)造了極大的便利。本分段在出礦時一旦發(fā)現(xiàn)廢石正常到達(dá)出礦口，就可立即停止出礦，由于冒落膠結(jié)充填體與礦石的色差及密度差異明顯，便于低貧化放礦管理。

（4）1 546 m分段。是礦山上部中段無底柱分段崩落法采場的最后一個回采分段，因而該分段是采場中礦石回收的最后機(jī)會，同時也不必再考慮冒落膠結(jié)充填體是否會過早破碎及過度混雜的問題，因此在該分段采用截止品位放礦方式，以實(shí)現(xiàn)礦石的充分回收。

由此，便在礦山上部中段無底柱分段崩落法采場構(gòu)建了一種組合放礦方案，這種組合放礦方案可極大限度地延遲覆蓋層膠結(jié)充填體達(dá)到放礦口的時間，避免覆蓋層冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動場中發(fā)生過早破碎和過度礦巖混雜，有效減少礦石損失與貧化。

3.2.2 單分段多點(diǎn)位均衡出礦

在無底柱分段崩落法中，同一分段內(nèi)通常會有多條進(jìn)路在同時進(jìn)行采礦，此時應(yīng)盡可能地使這些進(jìn)路按階梯式均勻退采擴(kuò)展采空區(qū)，同時在同一進(jìn)路內(nèi)，各步距嚴(yán)格按照比例進(jìn)行出礦，出礦時鏟運(yùn)機(jī)在進(jìn)路斷面上按照左—中—右三點(diǎn)均衡出礦，避免出礦欠量或過量，從而使覆蓋層均勻下沉，保持礦廢界面的相對平整。

此外，由于放礦作業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，在實(shí)際生產(chǎn)中也要不斷提高技術(shù)人員及現(xiàn)場工人的專業(yè)素質(zhì)及技能，做好出礦記錄、管理及交接工作，加強(qiáng)現(xiàn)場管理及考核，確?，F(xiàn)場工作按序開展。

4 工程實(shí)踐

2019年5月底礦山在1 595 m水平9行勘探線以東施工了18條垂直礦體走向的回采進(jìn)路，進(jìn)路間距為15 m。為使頂板膠結(jié)充填體及時冒落，并保持具有平整的礦巖分界面，采取階梯式退采模式均勻擴(kuò)展采空區(qū)，1 595 m首采分段的初始回采位于4#～6#進(jìn)路部位，這3條進(jìn)路同時退采，然后逐步均勻擴(kuò)展工作面，首采分段出礦比例嚴(yán)格控制在45%以內(nèi)。1 595 m首采分段工程布置及回采順序見圖6所示。

1 595 m首采分段正排炮孔爆破后礦石塊度見圖7（a）所示，可以看出崩落的礦石以中小塊為主，其尺寸大多在0.3～0.6 m之間，出礦過程中很少發(fā)現(xiàn)有大于0.6 m的礦石塊體。在2019年8月15日礦山對5#進(jìn)路的第25排和第26排炮孔同時裝藥爆破，爆破后按照2排炮孔崩礦量的45%進(jìn)行出礦控制，在出礦至第75鏟時有冒落的膠結(jié)充填塊體被放出，這些被放出的膠結(jié)充填塊體尺寸較大，最長邊大多超過了0.6 m，有的塊體最長邊甚至超過了2 m，見圖7（b）所示。由此可以證明，首采分段采空區(qū)頂板膠結(jié)充填體基本在沒有人為控制的情況下安全地發(fā)生了冒落，表明回采范圍內(nèi)的覆蓋層正在安全高效地形成，同時現(xiàn)場情況也再次說明，空場條件下膠結(jié)充填體自然冒落的塊度的確要遠(yuǎn)大于崩落礦石的塊度，礦—廢塊度組成達(dá)到理想預(yù)期。

西二采區(qū)在2020年1月結(jié)束了1 595 m首采分段的回采作業(yè)，并于2020年5月28日開始了第二分段1 580 m水平的回采工作，1 580 m水平初始回采面選擇在5#～9#進(jìn)路位置，按照扇形中深孔排面崩礦量的80%進(jìn)行控制出礦。從現(xiàn)場情況來看，第二分段扇形炮孔崩落的礦石塊度基本為0.3～0.6 m之間，見圖8（a）所示，回采進(jìn)路在出礦至炮排崩礦量的80%時礦堆上幾乎沒有出現(xiàn)冒落的膠結(jié)充填體。在個別進(jìn)路中，由于前一排中深孔爆破后眉線被破壞導(dǎo)致后排炮孔被埋，在清理炮孔過程中使前一排出礦量達(dá)到了110%～130%，此時有個別冒落膠結(jié)充填體被放出，見圖8（b）所示，可見在第二分段被放出的冒落膠結(jié)充填體仍然保持了較大的塊度，很容易與礦石區(qū)分被挑揀出來。1 580 m第二分段的實(shí)際生產(chǎn)情況表明，冒落的膠結(jié)充填塊體在經(jīng)過2個分段的放礦作用后，仍能保持較大塊體形態(tài)，這不僅打消人們擔(dān)心膠結(jié)充填體會直接冒落成粉的疑慮，也說明冒落的膠結(jié)充填體在放礦散體移動場中并不會被過度粉碎，這為西二采區(qū)崩落法的礦石損失貧化控制創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)論

以龍首礦西二采區(qū)下向分層膠結(jié)充填法轉(zhuǎn)無底柱分段崩落法為工程背景，通過現(xiàn)場調(diào)查、物理實(shí)驗(yàn)、理論分析以及工程實(shí)踐等方法，系統(tǒng)研究了冒落膠結(jié)充填體對無底柱分段崩落法礦石損失貧化的影響作用，并得到以下幾項(xiàng)主要結(jié)論：

（1）膠結(jié)充填體在空場條件下發(fā)生冒落后呈不規(guī)則塊體形態(tài)，其尺寸以中等塊度（＞0.3 m）以上為主，這表明盡管膠結(jié)充填體強(qiáng)度較低，但其發(fā)生自然冒落形成覆蓋層時并不會產(chǎn)生大量的小塊，更不會全部冒落成粉。

（2）冒落的覆蓋層膠結(jié)充填體在放礦散體移動場中主要因受到擠壓和剪切作用而發(fā)生二次破碎，物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冒落的膠結(jié)充填體在受到外力二次破碎后其小塊比例會得到一定程度的增加，但不會大幅增加，更不會全部破碎成粉。

（3）無底柱分段崩落法扇形炮孔崩落的礦石平均塊度要遠(yuǎn)小于自然冒落的膠結(jié)充填體平均塊度，甚至也小于在放礦散體移動場中經(jīng)過二次破碎的膠結(jié)充填體塊度，崩落礦石塊度與覆蓋層冒落膠結(jié)充填體塊度在空間分布上存在“上大下小”的客觀規(guī)律，這是確保西二采區(qū)崩落法成功應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

（4）現(xiàn)場工程實(shí)踐表明，通過采取減小崩落礦石塊度與低貧化放礦相結(jié)合的技術(shù)方案，可有效防止冒落膠結(jié)充填體過早破碎和提前混入礦石造成貧化。