在金銅礦中頂板誘導崩落技術的應用分析

龍奇軍　張標中

摘 要：社會經濟的不斷發展對金銅礦的需求量也越來越大，傳統的采礦技術存在回收率低、采場頂板困難等缺陷，易誘發安全事故。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生。文章對紫金山金銅礦開采區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、減少礦區安全事故的發生等，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的采礦和空區處理技術不同，它通過人為干預等方法引起礦巖巖石力學系統發生突變進而失穩的一項技術，我國有色金屬大型地下礦區均有使用。地下礦山采礦區是一個較為復雜的工程施工系統，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，系統的平衡易被打破，誘導技術便是基于地下礦區的這一主要特征，并通過人為作用，來改變系統局部平衡，按照事先設定的方向保證這種平衡的發展，保證空區處理和殘礦的回收。在地下采礦施工中，先前采礦的過程會影響到空區頂板和其周圍的殘礦，尤其是礦區裂隙發育異常，影響到生產施工的安全性。研究發現，礦區系統的失衡狀態是有規律可循的，在擾動力學中有關突變理論和時空差異理論的指導下，可知礦區失穩存在兩種效應，即臨界微擾失穩、超前強失穩。在臨界穩定狀態下，微小的擾動可引發巖體失穩；系統處于臨近臨界穩定狀態時期，可通過強擾作用誘發巖體失穩。因此，在地下礦區作業過程中，可進行采空區頂板處理，來充填空區，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，地下空區已經成為制約礦山發展的一個重要難題，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、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上部的隔離礦柱充填至460 m中段的采空區，此時，460 m中段的采空區與520 m中段的采空區貫通，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。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→崩落570 m以上采場上部隔離礦柱充填460～510 m之間余下的采空區以及520～570 m之間的采空區→在露天采場轉運低品位礦石直接充填至余下的采空區。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，這樣能充分發揮預裂孔的作用，有效控制與裂空所形成的塑性區范圍，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測技術。地壓監測是頂板誘導崩落等綜合施工技術中的重要環節，能準確了解采礦活動與頂板冒落的規律，保證生產的安全性；③做好礦井通風工作。在鑿巖和爆破環節，要做好礦區的通風工作，根據礦區環境，保證新鮮風流的輸入。紫金山采空區處理過程中，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。新鮮風流從520 m軌道運輸平巷進入，經過運輸平巷與520 m水平回采區域的聯絡巷道進入520 m水平的作業區域，然后通過各沿脈巷道進入到作業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，空區頂板巖體會不斷自然冒落，填充采空區，能保證采空區安全高效處理。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、空區等多環節的處理上，能保證各環節施工的有效性和協調性，與傳統的施工方法相比，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，能有效消除采空區災害隱患，安全性較高，減少了礦區安全事故的發生頻率，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生產開采中推廣應用。在具體操作中，要在對礦區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。

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