誘導冒落技術在無底柱分段崩落法放頂中的應用

【摘 要】 誘導冒落放頂技術是一種操作相對簡單、工程量較少、放頂使用的成本較低的優化放頂方案。本文分析了誘導冒落技術的技術特點和原理，根據北洺河鐵礦的情況，介紹了在無底柱分段崩落法放頂中誘導冒落技術的操作及應用過程，通過合理的圖形展示，對操作技術進行優化，從而能夠使放頂效果達到最好。

【關鍵詞】 誘導冒落技術 無底柱 分段崩落法 放頂

無底柱分段崩落法近幾年來發展非常迅速，相對來說，這種采礦技術操作方法比較簡單、成本投入低、采礦效率高、工作強度高、生產環境安全。而傳統的填充法、空場法、有底柱崩落法等方法的都是留有底柱的，這樣在采礦時會產生以下問題：在采準巷道作業時，由于其內部的布置非常復雜，條件較差，不但不利于高度的開展機械化作業，還無端地增大了工作量；在對底柱進行回采時，使礦石的損失較大，浪費了資源；在遇到穩定性較差的礦石時，有可能將底柱崩壞，這樣反而不利于發揮有其回采強度和效率高的優點。而無底柱分段崩落法在施工時就不會出現以上的問題，這種采礦方法去掉了頂柱和間柱，還有結構復雜、問題多的的底柱，這樣使采區的結構變得比較簡單明朗，在采礦過程中由于有裝運機、鏟運機、鑿巖臺車等設備的輔助，使機械化得到了很大的發揮，提高了采礦效率。

1 誘導冒落技術分析

放頂是采礦工序中比較關鍵的一步，是礦井擁有較大覆蓋面的前提操作，其效果怎樣，將直接影響接下來的工作的開展進度。怎樣優化放頂方案是采礦行業需要研究的問題。采用誘導冒落技術放頂就是一種很有前景的放頂方案。由于無底柱分段崩落法是將礦井進行分段后采用連續回采技術的方法，所以只要留有足夠大面積的回采空間時，就可以在前一分段的連續采空區誘導上部礦巖安全冒落。所以說誘導冒落技術在無底柱分段崩落法放頂技術中是完全可行的，通過分析采空區頂部巖體的冒落規律，發現當采空區的埋深較大、規模較大、內部無礦柱支撐、頂板沒有較大的破壞面時，采空區頂板的變形冒落過程主要受重力場控制，冒落線的形態就能夠較好地近于拱形，此時頂板圍巖受到水平壓力T的作用（見圖1）。

由圖1可以看出，當T增大到一定程度時，臨空面的巖體向橫向變形產生拉應力，拉應力使空區的頂板受拉變形，并使表層巖體裂縫擴張、貫通。當巖塊之間的粘合力不能夠抵擋自身的重力時，塊體就從母巖上自然掉落，就出現了單塊斷續零星冒落的現象。T值的表達式為：

式中：T為作用在平衡拱邊緣上的水平壓力，N；q為單位長度上的上覆巖層重力，N／m；h為空區高度，m；L為空區的半跨度，m。可見空區跨度越大，T增大的速率就越大。

由式（1）可以導出，引起頂板圍巖破壞的空區半跨度為：

式中：為頂板巖體的極限抗壓強度，MPa；為上覆巖層容重，；H為空區頂板埋深，m；K為量綱因子，K=lOg≈100S2。當采空區的寬度超過2L時，無論增大采空區的寬度還是長度，都能夠使有效暴露面積增大，而當有效暴露面積超過臨界冒落面積時，采空區頂板圍巖便會發生冒落。當有效暴露面積超過臨界持續冒落面積時，采空區頂板圍巖便會發生持續冒落。所以，采用擴大采空區的有效暴露面積的辦法，就能夠很好的控制冒落進程。在無底柱分段崩落法施工時，將礦體從上往下劃分成分段開采，在分段回采過程中，形成連續采空區，因此，只要首采分段的回采面積，足以超過采空區頂板礦巖的臨界冒落面積，就可誘導頂板礦巖自然冒落。

圖1 平衡拱受力分析

2 誘導冒落技術在無底柱分段崩落法放頂中的應用實例

以板石溝鐵礦為例，板石溝鐵礦上青礦是一座大規模的地下礦山，其地質條件比較復雜，主礦體掩埋較深，面積較大，厚度較大，為提高采礦的生產效率，上青礦以誘導冒落技術為核心，開展了無底柱分段崩落法放頂方法，在比較復雜自然地質條件下，創造了很好的國內生產能力記錄。可以說誘導冒落技術，對礦山前期順利放頂有重要的作用。

上青礦以780 m中段為首采中段（見圖2），該部位礦體埋深約306m，礦石抗壓強度為33～46MPa，上覆巖層平均容重Y=2.7 t／m3，取h=15m，由式（2）計算可得：，對應的臨界冒落面積為380～530 m2。按15m分段高度從750 m水平向上劃出3個分段，每一分段的礦體面積，均遠遠超過530 m2，因此，無論首先開采哪一分段，其回采面積都足以誘導上部礦體自然冒落。

圖2 上青礦首采區段礦體形態

總之，上青礦礦體上半部分一定厚度的礦石完全可以用誘導冒落法落礦，冒落的大塊礦石，可以逐步從下部回采進路的端部口放出來，而且隨著分段的下移，經流動擠壓后，冒落礦石的塊度可接近于崩落礦石的塊度。上青礦采用誘導冒落技術，同時應用大結構參數無底柱分段崩落法，由此形成高效率開采工藝，使礦山投產后一年零7個月即達到15萬t／m的生產能力，比設計提前1 a達產，開創了國內大型地下金屬礦山快速達產的歷史記錄。

3 結束語

誘導冒落法在采礦行業中有很大的發展前景，其運用到無底柱分段崩落法放頂中，對改善采礦行業的地下開采條件，確保安全生產環境，提高資源的回收和開采率，具有重要的意義，這種技術極大地提高了采礦行業的工作效率和經濟效益，在我國采礦業有很廣闊的發展前景。

參考文獻

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