龍奇軍　張標中

摘 要：社會經濟的不斷發(fā)展對金銅礦的需求量也越來越大，傳統(tǒng)的采礦技術存在回收率低、采場頂板困難等缺陷，易誘發(fā)安全事故。紫金山金銅礦開采中應用頂板誘導崩落技術，有效提高了資源的回收率，并采用安全經濟的手段減少了地質災害的發(fā)生。文章對紫金山金銅礦開采區(qū)具體的施工技術應用進行分析。

關鍵詞：頂板誘導崩落；金銅礦；技術應用

中圖分類號：TD862.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0177-02

社會經濟和科技的進步，對礦體開采的研究也在不斷推進，傳統(tǒng)的地下大型礦體存在很多技術難題。新的時期，為提高資源的整體回收率、減少礦區(qū)安全事故的發(fā)生等，采用頂板誘導崩落綜合施工技術。在工程實踐中，誘導崩落技術在降低采礦成本、安全施工等方面都有很大的技術突破，目前已被很多地下大型礦體開采中應用。

1 頂板誘導崩落技術介紹

誘導崩落技術與傳統(tǒng)的采礦和空區(qū)處理技術不同，它通過人為干預等方法引起礦巖巖石力學系統(tǒng)發(fā)生突變進而失穩(wěn)的一項技術，我國有色金屬大型地下礦區(qū)均有使用。地下礦山采礦區(qū)是一個較為復雜的工程施工系統(tǒng)，其中包含了很多相互作用的子工程，項目構成復雜，而子工程又具有不確定性、突變型、隨機性等特點，施工難度大。尤其是礦山受到多種因素的綜合作用，系統(tǒng)的平衡易被打破，誘導技術便是基于地下礦區(qū)的這一主要特征，并通過人為作用，來改變系統(tǒng)局部平衡，按照事先設定的方向保證這種平衡的發(fā)展，保證空區(qū)處理和殘礦的回收。在地下采礦施工中，先前采礦的過程會影響到空區(qū)頂板和其周圍的殘礦，尤其是礦區(qū)裂隙發(fā)育異常，影響到生產施工的安全性。研究發(fā)現，礦區(qū)系統(tǒng)的失衡狀態(tài)是有規(guī)律可循的，在擾動力學中有關突變理論和時空差異理論的指導下，可知礦區(qū)失穩(wěn)存在兩種效應，即臨界微擾失穩(wěn)、超前強失穩(wěn)。在臨界穩(wěn)定狀態(tài)下，微小的擾動可引發(fā)巖體失穩(wěn)；系統(tǒng)處于臨近臨界穩(wěn)定狀態(tài)時期，可通過強擾作用誘發(fā)巖體失穩(wěn)。因此，在地下礦區(qū)作業(yè)過程中，可進行采空區(qū)頂板處理，來充填空區(qū)，使得該礦體能使用露天采礦，從而為露天采礦剝離到采空區(qū)時掃除安全隱患。

2 頂板誘導崩落技術的具體應用

2.1 工程概況

紫金山金銅礦床是一個特大型上金下銅的金銅共生礦床，金礦體產于600 m標高以上的氧化帶中，為特大型低品位氧化金礦。銅礦床產于600 m標高以下的原生帶中，屬斑巖成礦系列，次火山高硫中低溫熱液礦床，是一個埋藏深、儲量大、品位低的特大型礦床。目前，地下空區(qū)已經成為制約礦山發(fā)展的一個重要難題，隨著露采標高的降低，地下460～570 m標高之間的采空區(qū)制約著露天臺階的向下推移，給露天開采帶來了嚴重的安全隱患，給礦山工作人員和設備帶來了嚴重的威脅。同時金銅礦聯(lián)合開采的方案將無法實施，嚴重影響到銅礦資源的利用、礦山生產能力及效益。為此，必須對銅礦地采460～570 m標高間的采空區(qū)進行處理，既消除了礦山的安全隱患，又能有效地保證露天采場安全、平穩(wěn)、高效地向下推進。

2.2 崩落方案的選擇

通過多種崩落方案的篩選，采空區(qū)處理方案采用先崩落510～530 m水平礦柱以及礦房采場采空區(qū)上部的隔離礦柱充填至460 m中段的采空區(qū)，此時，460 m中段的采空區(qū)與520 m中段的采空區(qū)貫通，然后在露天采場轉運低品位礦石直接充填至余下的采空區(qū)。方案的具體實施過程為：崩落510～520 m水平礦柱充填460～510 m之間的采空區(qū)→崩落570 m以上采場上部隔離礦柱充填460～510 m之間余下的采空區(qū)以及520～570 m之間的采空區(qū)→在露天采場轉運低品位礦石直接充填至余下的采空區(qū)。爆破崩落礦柱通常有兩種方案可供選擇：側向垂直扇形中深孔崩落法、水平扇形深孔崩落法。紫金山金銅礦綜合考慮兩種方案的特點后，為確保施工的安全和降低投資費用，根據該礦柱所處的位置及相鄰采場采切工程的布置，采用側向垂直扇形中深孔崩落法處理510～530 m的水平礦柱。

2.3 爆破參數

爆破參數包括炮孔直徑、最小抵抗線兩項指標。鉆孔設備的選擇會影響炮孔直徑的大小，最小抵抗線可按公式計算，也可參照孔徑數值或者礦山類似資料選取，礦山類似最小抵抗線資料表見表1。

本次設計采用T-100型高氣壓環(huán)形潛孔鉆機，選取炮孔直徑為76 mm，最小抵抗線W=1.8～2.5 m。

2.4 頂板誘導崩落主要施工技術要點分析

①預裂孔與中間強制崩頂孔處理技術。在具體操作中，要分別對預裂模型進行計算分析，其正確處理順序一般是先處理預裂孔后進行放頂，這樣能充分發(fā)揮預裂孔的作用，有效控制與裂空所形成的塑性區(qū)范圍，同時有利于誘導放頂崩落的技術效果；②頂板處理過程中地壓監(jiān)測技術。地壓監(jiān)測是頂板誘導崩落等綜合施工技術中的重要環(huán)節(jié)，能準確了解采礦活動與頂板冒落的規(guī)律，保證生產的安全性；③做好礦井通風工作。在鑿巖和爆破環(huán)節(jié)，要做好礦區(qū)的通風工作，根據礦區(qū)環(huán)境，保證新鮮風流的輸入。紫金山采空區(qū)處理過程中，該中段的通風利用礦山原有的回采礦房采場時的通風系統(tǒng)。新鮮風流從520 m軌道運輸平巷進入，經過運輸平巷與520 m水平回采區(qū)域的聯(lián)絡巷道進入520 m水平的作業(yè)區(qū)域，然后通過各沿脈巷道進入到作業(yè)的礦柱采場中部的出礦巷道，清理工作面后的污風通過各條穿脈匯集到7號沿脈巷道，由本水平的回風斜巷進入532 m水平回風巷，最后由西翼回風巷道排出地表；④強化施工的安全性。在誘發(fā)崩落施工中，因巖層裂隙的存在，地壓會不斷增大，在人為擾動下，空區(qū)頂板巖體會不斷自然冒落，填充采空區(qū)，能保證采空區(qū)安全高效處理。但在具體操作過程中，頂板誘導處理后也會有巖體冒落現象，故需要考慮整個殘礦回收的安全操作。

3 工程效果分析

3.1 降低了采礦成本，提高生產效率

誘導崩落技術在金銅礦工程實踐中，多年發(fā)展表明，該項技術回收殘礦成本低且工作效率大為提高。目前，紫金山金礦體露天采場現已開采到616 m的水平。年采剝總量達3 000萬m3，年產黃金達15 t。

3.2 施工難度較小，易于推廣使用

頂板誘導崩落技術側重在對采礦、出礦、空區(qū)等多環(huán)節(jié)的處理上，能保證各環(huán)節(jié)施工的有效性和協(xié)調性，與傳統(tǒng)的施工方法相比，雖然技術要求高，但是并不需要對礦山原有的生產手段進行改造，更無需購置新的設備，施工人員易于掌握，因此在實踐中容易被礦區(qū)生產接受。

3.3 減少施工安全隱患

在實際生產中，誘導崩落技術操作中工程布局較簡單，提前釋放應力，能有效消除采空區(qū)災害隱患，安全性較高，減少了礦區(qū)安全事故的發(fā)生頻率，因此推廣性較強。

4 結 語

綜上所述，通過頂板誘導崩落技術的實施，能有效地提高大型地下礦體的殘礦回收率，減少了施工的安全隱患，同時也降低了工程施工的成本，可在當前我國很多大型礦區(qū)生產開采中推廣應用。在具體操作中，要在對礦區(qū)施工條件做全面分析后，加強掌握技術施工的難點和要點，保證工程安全有效地進行。

參考文獻：

[1] 馬馳.地下金屬礦誘導致裂理論與工程實踐[D].長沙：中南大學，2013.

[2] 江飛飛.自然崩落法礦巖可崩性系統(tǒng)化評價及崩落規(guī)律研究[D].長沙：長沙礦山研究院，2014.

[3] 嚴紅.特厚煤層巷道頂板變形機理與控制技術[D].北京：中國礦業(yè)大學，2013.

[4] 梁耀東，潘加彬.基于誘導崩落理論的殘礦回采技術及其應用[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012，（13）.

[5] 胡建軍，劉建東，陳贊成，等.誘導減震崩落技術處理特大型采空區(qū)研究與應用[J].工程爆破，2012，（17）.