謙比希銅礦無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)懸頂?shù)奶幚砑邦A(yù)防

王 明,康偉權(quán),高 忠

(1.金誠(chéng)信礦業(yè)建設(shè)贊比亞有限公司， 贊比亞 基特韋 22592；2.西北礦冶研究院， 甘肅 白銀市 730900)

0 引 言

自從20世紀(jì)的60年代無(wú)底柱分段崩落法在我國(guó)使用以來(lái)，因其成本低、回采效率高等突出優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用[1]。謙比希銅礦隸屬于中色非洲礦業(yè)有限公司(NFCA)，坐落于贊比亞銅帶省，距基特韋市( Kitwe) 28 km，是中國(guó)有色最早在國(guó)外經(jīng)營(yíng)的一座大型地下礦山[2-3]。該銅礦主礦體使用的采礦方法有無(wú)底柱分段崩落法、空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ê蜕舷蜻M(jìn)路分層充填法。其中由于無(wú)底柱分段崩落法的回采工藝簡(jiǎn)單可靠，能夠大幅度提高礦山生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)改善經(jīng)濟(jì)效益，因此該方法在謙比希銅礦主礦體得到逐步擴(kuò)大使用[4]。但是在崩落法的回采過(guò)程中，會(huì)發(fā)生懸頂現(xiàn)象，給礦山的安全和生產(chǎn)工作造成了不良影響。文獻(xiàn)[5]對(duì)無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)崩落出現(xiàn)的懸頂現(xiàn)象進(jìn)行了分析，介紹了氣球法爆破及側(cè)向孔底微差起爆法處理懸頂。文獻(xiàn)[6]針對(duì)云南某鐵礦無(wú)底柱分段崩落法實(shí)際生產(chǎn)中的懸頂情況，分析原因后，采取補(bǔ)打傾斜炮孔、增加回采進(jìn)路等措施處理懸頂，提出加強(qiáng)鉆孔施工作業(yè)管理與驗(yàn)收、合理布置采場(chǎng)參數(shù)、增加裝藥驗(yàn)收等措施來(lái)預(yù)防懸頂現(xiàn)象的發(fā)生。文獻(xiàn)[7]在分析四川某鐵礦無(wú)底柱分段崩落法懸頂原因后，提出了提高切割槽和中深孔的施工質(zhì)量，采用側(cè)向傾斜孔處理懸頂?shù)募夹g(shù)方案。

本文對(duì)謙比希銅礦所采用崩落法采礦出現(xiàn)懸頂?shù)脑蜻M(jìn)行了分析，介紹了生產(chǎn)中處理懸頂?shù)姆椒ǎ⑻岢隽祟A(yù)防措施，為采用崩落法的礦山在處理懸頂問(wèn)題時(shí)提供借鑒。

1 回采工藝

謙比希銅礦年采選礦石150萬(wàn)t，日均4600 t，采用主混合井和斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓方案，包括主礦體、西礦體及東南礦3個(gè)主要礦體，其中主礦體近東西走向，傾向?yàn)槟希瑸榧眱A斜層狀沉積泥巖，礦體在700 m以下的傾角在60°～80°之間，沿礦體走向長(zhǎng)兩千多米，平均厚度7.4 m，平均品位2.7%。礦體上盤(pán)是發(fā)育的含水層，造成頂板淋水嚴(yán)重；礦體上下盤(pán)圍巖破碎，尤其是緊鄰下盤(pán)的破碎礫巖層，導(dǎo)致開(kāi)采難度較大[8]。主礦體700 m水平以下采用無(wú)底柱分段崩落法回采，采場(chǎng)礦塊長(zhǎng)度100 m，采場(chǎng)分段高度10～16 m，采場(chǎng)中部布置采聯(lián)，沿礦體走向的脈外底盤(pán)布置鑿巖道，用Simba1354打上向或垂直中深孔，孔徑76 mm，正常排距2 m。

中深孔爆破使用散裝多孔粒銨油炸藥或者65 mm卷裝藥，BQF-100型裝藥器及人工裝藥，孔底、孔口導(dǎo)爆管雷管雙向起爆，從采場(chǎng)的兩端分別向采場(chǎng)中部的采聯(lián)方向后退式回采，每次爆破1排，待回采至接近采聯(lián)位置時(shí)，預(yù)留3排左右中深孔同時(shí)裝藥爆破。

2 懸頂產(chǎn)生的原因

在崩落法采場(chǎng)回采的過(guò)程中，很多的消極因素會(huì)造成爆破效果較差，頂部覆蓋巖沒(méi)有落下，即形成懸頂。一排爆破不好往往很難發(fā)現(xiàn)，兩排或多排懸頂發(fā)生以后，形成空區(qū)，使得采場(chǎng)后續(xù)的回采作業(yè)比較困難，增大礦石損失率，同時(shí)也給礦山的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。

根據(jù)崩落法采場(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)產(chǎn)生懸頂?shù)脑蜻M(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生懸頂?shù)脑蛑饕幸韵?個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)條件因素

2.1.1 礦巖體節(jié)理裂隙發(fā)育

礦體及上下盤(pán)礫巖節(jié)理裂隙發(fā)育，特別是礦巖接觸面為典型的弱節(jié)理面。礦體位于泥質(zhì)板巖中，遇水崩解，穩(wěn)定性差，部分地段很差[9]。在施工中深孔后，一些破碎的小石子會(huì)堵塞炮孔，加之礦體上部的含水層，施工完后的部分中深孔有水流出，使得散裝藥的使用受限，給裝藥效率與爆破效果帶來(lái)消極影響。

放炮回采過(guò)程中，在前排爆破震動(dòng)的影響下，會(huì)使后排爆破作業(yè)的炮孔被碎石堵住，也可能使礦體下盤(pán)底礫巖沿礦巖接觸面錯(cuò)動(dòng)，造成炮孔錯(cuò)位，導(dǎo)致無(wú)法正常裝藥。繼而使爆破參數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致出現(xiàn)懸頂現(xiàn)象。另外，由于節(jié)理裂隙較為發(fā)育以及地質(zhì)弱面存在的情況下，也會(huì)造成一定的爆破能量損失而引發(fā)懸頂現(xiàn)象。

2.1.2 眉線破壞

鑿巖巷道布置在礦體下盤(pán)脈外，為了盡量降低損失貧化，拱頂緊貼底板礫巖，使得鑿巖巷道頂板裂隙發(fā)育，加之有些巷道施工成型不好，導(dǎo)致拱頂部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，使巷道更易破壞。同時(shí)，在爆破振動(dòng)影響下，眉線遭到嚴(yán)重破壞，后排的部分中深孔被爆堆埋住，導(dǎo)致其無(wú)法裝藥，若進(jìn)行后續(xù)爆破作業(yè)，則需舍棄部分炮孔，相對(duì)增大了爆破抵抗線，影響爆破效果，也可能造成懸頂。

2.2 爆破設(shè)計(jì)因素

有時(shí)爆破設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況考慮不周全，在穿過(guò)破碎或裂隙地帶時(shí)沒(méi)有保護(hù)措施，如增大排面或填塞長(zhǎng)度，使得爆破后采場(chǎng)眉線破壞嚴(yán)重，下次爆破的炮孔遭到掩埋，無(wú)法正常裝藥，極易造成懸頂。

2.3 施工質(zhì)量因素

2.3.1 中深孔施工

無(wú)底柱分段崩落法中，中深孔的施工質(zhì)量，施工角度及深度是保證采場(chǎng)爆破效果的最基本條件。在中深孔的施工過(guò)程中，由于測(cè)量和設(shè)計(jì)等原因，一些中深孔透孔，致使覆蓋層中的塊石掉入炮孔，造成炮孔堵塞。在裝藥爆破時(shí)，如果得不到很好的處理，將增大懸頂現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

2.3.2 裝藥施工

BQF-100型裝藥器裝藥，人工操作裝藥管。由于人工操作的自主性過(guò)強(qiáng)，當(dāng)作業(yè)時(shí)間緊迫或者勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，致使單孔的裝藥量在裝藥過(guò)程中無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可能會(huì)導(dǎo)致裝藥柱不連續(xù)或者局部裝藥密度過(guò)大，造成爆轟的不連續(xù)，部分炮孔不能完全傳爆，出現(xiàn)懸頂。

3 懸頂?shù)奶幚?/h2>

當(dāng)崩落法采場(chǎng)發(fā)生懸頂后，會(huì)形成一定面積的空區(qū)，需采區(qū)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)查看后，用紅外測(cè)距儀測(cè)出懸頂?shù)木唧w高度，并結(jié)合中深孔的原有設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄表，制定合理的處理方案。

3.1 藥包直接爆破法

由于散裝藥的爆破效果不均衡，爆破后大塊產(chǎn)出率較高，出礦一段時(shí)間后，大塊相互之間作用，形成“雞窩狀”空?qǐng)鯷1]，這時(shí)可以直接用毛竹捆綁藥包的方式直接進(jìn)行爆破處理。

若懸頂高度較高，和炮孔設(shè)計(jì)高度相差不大的情況下，也可采取用長(zhǎng)毛竹捆綁炸藥包，直至懸頂高度，然后直接爆破。

3.2 補(bǔ)孔爆破法

當(dāng)懸頂厚度較大，藥包直接爆破受阻時(shí)，此時(shí)需采用補(bǔ)打前傾中深孔，從正面壓頂?shù)姆绞絹?lái)處理懸頂，補(bǔ)孔的方式如圖1所示。使用中深孔鑿巖臺(tái)車(chē)，在產(chǎn)生懸頂?shù)蔫弾r巷道里，依據(jù)懸頂高度和位置，退后幾排補(bǔ)打前傾的炮孔，使前傾中深孔直達(dá)懸頂位置。通常補(bǔ)打3～5排的前傾孔，具體數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體懸頂情況而具體確定。補(bǔ)打的中深孔裝藥只需裝懸頂部分的長(zhǎng)度，后面長(zhǎng)度用炮泥進(jìn)行堵塞，然后實(shí)施補(bǔ)孔爆破，進(jìn)而有效的處理懸頂。

圖1 前傾炮孔壓頂?shù)姆绞教幚響翼?/p>

3.3 自然崩落法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可采取自然崩落懸頂?shù)姆绞健Ｓ捎趹翼敻叨群驮O(shè)計(jì)相差不大，礦體及圍巖穩(wěn)固性較差，加之上部已崩落覆巖的自重作用，因此可以繼續(xù)后排中深孔的裝藥爆破，使懸頂空間進(jìn)一步加大，繼續(xù)防爆3～5排后，懸頂不能自穩(wěn)從而冒落。但是需要強(qiáng)調(diào)的是這種處理方法，人員不知空區(qū)何時(shí)冒落，處理方式較為被動(dòng)，需要特別注意處理時(shí)的安全防護(hù)。

4 懸頂?shù)念A(yù)防

4.1 改善炮孔設(shè)計(jì)

當(dāng)鑿巖巷道穿過(guò)破碎帶時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可在破碎帶前或破碎帶后多打一定量的中深孔，即加強(qiáng)排。放炮時(shí)，加強(qiáng)排和正常排在同時(shí)裝藥后微差爆破，從而最大化避免懸頂?shù)陌l(fā)生。

4.2 強(qiáng)化中深孔的裝藥管理

(1) 裝藥前，根據(jù)炮孔設(shè)計(jì)，對(duì)施工的中深孔進(jìn)行復(fù)測(cè)，同時(shí)用高壓風(fēng)進(jìn)行吹洗，清理孔中堵塞的碎石，對(duì)錯(cuò)位的孔口采用少量的炸藥先把錯(cuò)位部分的孔口巖石崩掉，使施工的中深孔完全揭露出來(lái)，為中深孔裝藥創(chuàng)造良好的條件。

(2) 裝藥時(shí)，采用合理的炸藥種類，采用散裝藥和卷裝藥相結(jié)合的方式，以合理規(guī)避部分中深孔出水較大的情況，裝完藥后及時(shí)放炮，最大化避免水對(duì)散裝藥影響。

采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)，保護(hù)眉線不被破壞。當(dāng)鑿巖巷道揭露巖體結(jié)構(gòu)完整性較差，節(jié)理裂隙較為發(fā)育時(shí)，適當(dāng)增加空孔的長(zhǎng)度，并用炮泥堵塞，以減少對(duì)后排鑿巖巷道圍巖的破壞，保護(hù)眉線，使后排的裝藥能順利進(jìn)行。

中深孔裝藥時(shí)一定要注意反粉率是否正常，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，中深孔裝藥工應(yīng)適當(dāng)控制退管速度，保證裝藥密度的統(tǒng)一，提高裝藥質(zhì)量高，為爆破質(zhì)量提供保證。

5 結(jié) 論

謙比希銅礦主礦體生產(chǎn)過(guò)程中，懸頂現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生，通過(guò)以上的分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，懸頂發(fā)生后采取藥包直接爆破或者補(bǔ)孔等方式，能夠快速高效的處理，進(jìn)而為采場(chǎng)的順利回采提供強(qiáng)有力保障。總結(jié)懸頂發(fā)生原因，采取預(yù)防為主，防治結(jié)合的方式，目前懸頂率已經(jīng)降到8%以下，增加了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓亞民，張荃婷.無(wú)底柱分段崩落法空?qǐng)龅奶幚砼c預(yù)防[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(9)：78-79.

[2]楊清平，岑佑華.分段卸壓與讓壓崩落法在謙比希銅礦的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2012,12(1)：1-3.

[3]綦曉磊，蘇永定.無(wú)底柱分段崩落法在謙比希銅礦的應(yīng)用[J].金屬礦山，2013(5)：31-33.

[4]張晉軍，陳志敏.Chambishi銅礦卸壓崩落法下分段穿脈穩(wěn)定性研究[J].中國(guó)礦山工程，2014，43(5)：9-10.

[5]王 鵬，杜 強(qiáng)，劉 軻，等.無(wú)底柱分段崩落法落礦懸頂處理技術(shù)[J].礦業(yè)工程，2008，6(4)：29-31.

[6]趙運(yùn)濤.云南某鐵礦無(wú)底柱崩落法懸頂產(chǎn)生原因及治理措施[J].金屬礦山，2015(11)：20-22.

[7]鄭 重，趙云勝，譚寶會(huì).無(wú)底柱分段崩落法懸頂原因分析及預(yù)防處理措施研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2016，36(3)：64-67.

[8]張晉軍.謙比希銅礦主礦體無(wú)底柱分段崩落法改進(jìn)途徑[J].中國(guó)礦山工程，2009，38(5)：10-12.

[9]王文杰，任鳳玉.謙比希銅礦巖體穩(wěn)定性分級(jí)及錨桿支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[J].中國(guó)礦業(yè)，2008，17(7)：58-61.