誘導(dǎo)冒落技術(shù)在無(wú)底柱分段崩落法放頂中的應(yīng)用

【摘 要】 誘導(dǎo)冒落放頂技術(shù)是一種操作相對(duì)簡(jiǎn)單、工程量較少、放頂使用的成本較低的優(yōu)化放頂方案。本文分析了誘導(dǎo)冒落技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和原理，根據(jù)北洺河鐵礦的情況，介紹了在無(wú)底柱分段崩落法放頂中誘導(dǎo)冒落技術(shù)的操作及應(yīng)用過(guò)程，通過(guò)合理的圖形展示，對(duì)操作技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠使放頂效果達(dá)到最好。

【關(guān)鍵詞】 誘導(dǎo)冒落技術(shù) 無(wú)底柱 分段崩落法 放頂

無(wú)底柱分段崩落法近幾年來(lái)發(fā)展非常迅速，相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種采礦技術(shù)操作方法比較簡(jiǎn)單、成本投入低、采礦效率高、工作強(qiáng)度高、生產(chǎn)環(huán)境安全。而傳統(tǒng)的填充法、空?qǐng)龇ā⒂械字缆浞ǖ确椒ǖ亩际橇粲械字模@樣在采礦時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：在采準(zhǔn)巷道作業(yè)時(shí)，由于其內(nèi)部的布置非常復(fù)雜，條件較差，不但不利于高度的開(kāi)展機(jī)械化作業(yè)，還無(wú)端地增大了工作量；在對(duì)底柱進(jìn)行回采時(shí)，使礦石的損失較大，浪費(fèi)了資源；在遇到穩(wěn)定性較差的礦石時(shí)，有可能將底柱崩壞，這樣反而不利于發(fā)揮有其回采強(qiáng)度和效率高的優(yōu)點(diǎn)。而無(wú)底柱分段崩落法在施工時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)以上的問(wèn)題，這種采礦方法去掉了頂柱和間柱，還有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、問(wèn)題多的的底柱，這樣使采區(qū)的結(jié)構(gòu)變得比較簡(jiǎn)單明朗，在采礦過(guò)程中由于有裝運(yùn)機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、鑿巖臺(tái)車等設(shè)備的輔助，使機(jī)械化得到了很大的發(fā)揮，提高了采礦效率。

1 誘導(dǎo)冒落技術(shù)分析

放頂是采礦工序中比較關(guān)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(lái)的工作的開(kāi)展進(jìn)度。怎樣優(yōu)化放頂方案是采礦行業(yè)需要研究的問(wèn)題。采用誘導(dǎo)冒落技術(shù)放頂就是一種很有前景的放頂方案。由于無(wú)底柱分段崩落法是將礦井進(jìn)行分段后采用連續(xù)回采技術(shù)的方法，所以只要留有足夠大面積的回采空間時(shí)，就可以在前一分段的連續(xù)采空區(qū)誘導(dǎo)上部礦巖安全冒落。所以說(shuō)誘導(dǎo)冒落技術(shù)在無(wú)底柱分段崩落法放頂技術(shù)中是完全可行的，通過(guò)分析采空區(qū)頂部巖體的冒落規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采空區(qū)的埋深較大、規(guī)模較大、內(nèi)部無(wú)礦柱支撐、頂板沒(méi)有較大的破壞面時(shí)，采空區(qū)頂板的變形冒落過(guò)程主要受重力場(chǎng)控制，冒落線的形態(tài)就能夠較好地近于拱形，此時(shí)頂板圍巖受到水平壓力T的作用（見(jiàn)圖1）。

由圖1可以看出，當(dāng)T增大到一定程度時(shí)，臨空面的巖體向橫向變形產(chǎn)生拉應(yīng)力，拉應(yīng)力使空區(qū)的頂板受拉變形，并使表層巖體裂縫擴(kuò)張、貫通。當(dāng)巖塊之間的粘合力不能夠抵擋自身的重力時(shí)，塊體就從母巖上自然掉落，就出現(xiàn)了單塊斷續(xù)零星冒落的現(xiàn)象。T值的表達(dá)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(zhǎng)度上的上覆巖層重力，N／m；h為空區(qū)高度，m；L為空區(qū)的半跨度，m。可見(jiàn)空區(qū)跨度越大，T增大的速率就越大。

由式（1）可以導(dǎo)出，引起頂板圍巖破壞的空區(qū)半跨度為：

式中：為頂板巖體的極限抗壓強(qiáng)度，MPa；為上覆巖層容重，；H為空區(qū)頂板埋深，m；K為量綱因子，K=lOg≈100S2。當(dāng)采空區(qū)的寬度超過(guò)2L時(shí)，無(wú)論增大采空區(qū)的寬度還是長(zhǎng)度，都能夠使有效暴露面積增大，而當(dāng)有效暴露面積超過(guò)臨界冒落面積時(shí)，采空區(qū)頂板圍巖便會(huì)發(fā)生冒落。當(dāng)有效暴露面積超過(guò)臨界持續(xù)冒落面積時(shí)，采空區(qū)頂板圍巖便會(huì)發(fā)生持續(xù)冒落。所以，采用擴(kuò)大采空區(qū)的有效暴露面積的辦法，就能夠很好的控制冒落進(jìn)程。在無(wú)底柱分段崩落法施工時(shí)，將礦體從上往下劃分成分段開(kāi)采，在分段回采過(guò)程中，形成連續(xù)采空區(qū)，因此，只要首采分段的回采面積，足以超過(guò)采空區(qū)頂板礦巖的臨界冒落面積，就可誘導(dǎo)頂板礦巖自然冒落。

圖1 平衡拱受力分析

2 誘導(dǎo)冒落技術(shù)在無(wú)底柱分段崩落法放頂中的應(yīng)用實(shí)例

以板石溝鐵礦為例，板石溝鐵礦上青礦是一座大規(guī)模的地下礦山，其地質(zhì)條件比較復(fù)雜，主礦體掩埋較深，面積較大，厚度較大，為提高采礦的生產(chǎn)效率，上青礦以誘導(dǎo)冒落技術(shù)為核心，開(kāi)展了無(wú)底柱分段崩落法放頂方法，在比較復(fù)雜自然地質(zhì)條件下，創(chuàng)造了很好的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力記錄。可以說(shuō)誘導(dǎo)冒落技術(shù)，對(duì)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(jiàn)圖2），該部位礦體埋深約306m，礦石抗壓強(qiáng)度為33～46MPa，上覆巖層平均容重Y=2.7 t／m3，取h=15m，由式（2）計(jì)算可得：，對(duì)應(yīng)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(gè)分段，每一分段的礦體面積，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)530 m2，因此，無(wú)論首先開(kāi)采哪一分段，其回采面積都足以誘導(dǎo)上部礦體自然冒落。

圖2 上青礦首采區(qū)段礦體形態(tài)

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(dǎo)冒落法落礦，冒落的大塊礦石，可以逐步從下部回采進(jìn)路的端部口放出來(lái)，而且隨著分段的下移，經(jīng)流動(dòng)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(dǎo)冒落技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用大結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)底柱分段崩落法，由此形成高效率開(kāi)采工藝，使礦山投產(chǎn)后一年零7個(gè)月即達(dá)到15萬(wàn)t／m的生產(chǎn)能力，比設(shè)計(jì)提前1 a達(dá)產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)大型地下金屬礦山快速達(dá)產(chǎn)的歷史記錄。

3 結(jié)束語(yǔ)

誘導(dǎo)冒落法在采礦行業(yè)中有很大的發(fā)展前景，其運(yùn)用到無(wú)底柱分段崩落法放頂中，對(duì)改善采礦行業(yè)的地下開(kāi)采條件，確保安全生產(chǎn)環(huán)境，提高資源的回收和開(kāi)采率，具有重要的意義，這種技術(shù)極大地提高了采礦行業(yè)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，在我國(guó)采礦業(yè)有很廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊麗梅.誘導(dǎo)冒落技術(shù)在無(wú)底柱分段崩落法放頂中的應(yīng)用[J].甘肅冶金.2011.33（4）

[2] 程國(guó)華.誘導(dǎo)冒落技術(shù)在無(wú)底柱分段崩落法放頂中的應(yīng)用[J].陜西冶金.2010，33（5）

[3] 任鳳玉，韓智勇，趙恩平，王偉杰.誘導(dǎo)冒落技術(shù)及其在北沼河鐵礦的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā).2007，27（1）