無底柱分段崩落法懸頂發生原因及處理措施

劉 建 超

(陜西鳳縣四方金礦有限責任公司，陜西 寶雞 721000)

無底柱分段崩落法因其安全高效、機械化程度高、產能大以及成本低等優點廣泛應用于礦巖穩固的直立厚大礦體地下開采之中。懸頂是無底柱分段崩落法在生產過程中不可避免的一種生產事故[1]。據統計，無底柱分段崩落法礦山的懸頂率通常在5%～30%之間(按進路條數計算)。懸頂的發生不僅嚴重影響了回采進路的正常采礦，而且一旦懸頂規模達到一定程度時，將出現大規模空場，若不能及時處理懸頂，空場一旦垮塌將為采礦作業帶來巨大災難。因而，對于無底柱分段崩落法礦山而言，分析懸頂的發生原因，并探索出幾條實用有效的懸頂處理措施是十分必要的。

1 懸頂發生原因

導致懸頂發生的原因是多種多樣的，但綜合礦山實際調研情況來看，造成無底柱分段崩落法礦山發生懸頂的原因主要有以下幾點。

1.1 炮孔質量不過關

炮孔質量不過關主要是指扇形中深孔的鑿巖角度及深度未達到設計要求，通過實地調查分析，部分礦山在分段高度達到15 m或以上時，仍然采用的是YGZ-90鑿巖機進行中深孔的施工。分析可知當分段高度達到15 m時，扇形排面的中心孔通常超過了20 m，而采用YGZ-90鉆機進行鑿巖時，一旦炮孔深度超過了10 m，鑿巖效率和精度則會大大降低[2]，此時若繼續采用這種鑿巖機進行中深孔的鑿巖施工，則很難保證鉆孔的深度和精度，從而為后續中深孔爆破后出現懸頂埋下了隱患。

1.2 炮孔空置時間過久

當無底柱分段崩落法的采礦與采準作業在時間上不能良好的協調起來時，就會出現中深孔空置時間過久的現象，空置的炮孔受到反復爆破震動、原始地壓以及采動地壓等聯合作用，極易發生炮孔變形、堵塞等現象[3]，從而造成無法裝藥，嚴重的時候，甚至會出現一個排面的11個炮孔中只有1個～2個炮孔可以進行裝藥的現象，其余炮孔均無法正常裝藥，此時若不采取其他措施就直接爆破，出現懸頂事故便是難免的。

1.3 切割槽質量不達標

當回采進路垂直礦體走向布置時，切割槽一般會布置在上盤礦巖交界部位，而上盤礦巖交界部位通常由于地質成因變得十分破碎，當切割槽布置在破碎帶時，不利的地質條件便為切割井及切割槽的形成帶來了困難，一旦切割槽的高度未達到設計要求，則在后續扇形中深孔排面爆破時則會因為夾制作用產生懸頂，懸頂若得不到及時處理，則在爆破夾制作用下，懸頂的規模會變得越來越大。

1.4 其他原因

此外，造成懸頂的原因還有相鄰進路退采速度不一致，爆破管理不善、炸藥性能不穩定等原因[4]。總之，無底柱分段崩落法礦山發生懸頂的原因是多樣化的，應根據實際情況具體分析造成礦山懸頂的真正原因。

2 懸頂處理措施

當礦山發生懸頂后應該及時采用合理有效的技術措施對懸頂進行處理，以防懸頂規模的進一步擴大，為安全生產造成威脅，大致來說，懸頂的處理措施通常有以下幾種措施。

2.1 自然冒頂法

所謂自然冒頂法是指當懸頂事故出現后，不做任何措施，而是繼續退采，待空場面積達到一定程度后，使懸頂在自重和地壓作用下自然垮塌冒落，這種處理方法適用于破碎不穩固的礦巖情況，其優點是成本低，缺點是可靠性和安全性較差。

2.2 正面壓頂法

正面壓頂法是指當懸頂事故發生后，在進路中向懸頂部位打前傾孔，使這些前傾孔布置于懸頂的正面部位，繼而對前傾孔進行裝藥爆破，從而處理掉懸頂，圖1為正面壓頂法處理懸頂的示意圖。

2.3 擴孔處理法

擴孔處理法是指當懸頂發生后，摸清懸頂的拱腳支撐部位，在后續炮排中對懸頂拱腳對應部位進行裝藥擴孔形成藥壺，繼而在藥壺中裝藥，通過爆破使懸頂失去拱腳的支撐[5]，從而處理懸頂，這種處理方法的優點是可靠性好，缺點是工序繁瑣，時間較長。圖2為擴孔處理懸頂法的示意圖。

2.4 側向傾斜炮孔處理

側向傾斜炮孔處理技術是指當發生懸頂事故后，通過現場踏勘摸清懸頂的規模和位置，繼而在相鄰進路中向懸頂部位打側向傾斜孔，使側向傾斜孔孔底達到懸頂的拱腳支撐部位，裝藥時只對孔底進行裝藥從而爆破處理懸頂[6,7]，該法的優點是可靠安全，缺點是鉆鑿側向傾斜孔時會對相鄰進路的生產產生影響，圖3為側向傾斜孔處理懸頂的示意圖。

2.5 下向傾斜孔處理法

下向傾斜孔處理法是指當發生懸頂事故時，在上分段回采進路中從巷道底板向懸頂部位鉆鑿下向傾斜孔，使炮孔穿過懸頂部位，通過在炮孔中裝藥對懸頂進行處理，該法的原理與側向傾斜孔處理懸頂法類似，但對于無底柱分段崩落法而言，往往是上分段回采結束后再開采下一分段，所以利用這種方法處理懸頂時，必須確保上分段有施工部位，比如上下分段同時回采的情形。

3 現場應用

某金礦礦巖穩固性較好，采用平硐—盲豎井的開拓方式，采礦方法為無底柱分段崩落法，采場結構參數為分段高度17 m，進路間距12.5 m，炮孔排距1.7 m，1次崩兩排，崩礦步距為3.4 m，礦山采用YGZ-90鑿巖機進行中深孔的施工。礦山曾經也采用過8 m和12.5 m的分段高度，當時利用YGZ-90鑿巖機施工時，礦山生產還算正常，但當分段高度增加為17 m后，由于礦山中深孔施工質量得不到保證，懸頂事故頻繁發生。由于設計因素導致1 248分段頂板有2.5 m厚的礦體中未鉆鑿炮孔，當崩完第1排炮孔時便發生了懸頂，不過此時懸頂規模較小，由于當時并未對懸頂進行處理，后續退采幾個步距后懸頂規模進一步擴大，且因為先前的懸頂對后續炮排的爆破產生爆破夾制作用，導致懸頂不斷嚴重，頂板持續降低，圖4為懸頂事故發展示意圖。為防止大規模懸頂突然垮塌造成的沖擊危害，礦山決定采用上分段進路下向傾斜炮控處理懸頂，由于上下分段回采進路處于正對位置，雖然不符合菱形布置的正常狀態，但為懸頂的處理提供了便利，礦山通過在上分段正對進路中打下向孔，在孔內全部裝藥，爆破后懸頂順利被除掉，解除了生產安全隱患的威脅。圖5為上分段進路下向傾斜孔處理懸頂的施工示意圖，該法的優點是安全可靠，缺點是鑿巖及爆破時可能對后續中深孔產生破壞。

4 結語

當采用無底柱分段崩落法進行采礦時，難免會出現懸頂事故，懸頂的出現不僅嚴重影響到礦山的正常采礦，而且為安全生產埋下了巨大的隱患。通常來說，中深孔施工不到位、中深孔破壞嚴重、切割槽質量不達標以及爆破管理不善等因素是造成礦山懸頂的主要原因，處理懸頂的方法也有很多種可供礦山借鑒使用，但在實際生產中礦山應根據實際情況，選擇合適有效的措施及時處理懸頂事故，保障礦山安全正常生產。