謙比希銅礦無底柱分段崩落法采場懸頂的處理及預防

王 明,康偉權,高 忠

(1.金誠信礦業建設贊比亞有限公司， 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世紀的60年代無底柱分段崩落法在我國使用以來，因其成本低、回采效率高等突出優點被廣泛采用[1]。謙比希銅礦隸屬于中色非洲礦業有限公司(NFCA)，坐落于贊比亞銅帶省，距基特韋市( Kitwe) 28 km，是中國有色最早在國外經營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底柱分段崩落法、空場嗣后充填法和上向進路分層充填法。其中由于無底柱分段崩落法的回采工藝簡單可靠，能夠大幅度提高礦山生產規模，同時改善經濟效益，因此該方法在謙比希銅礦主礦體得到逐步擴大使用[4]。但是在崩落法的回采過程中，會發生懸頂現象，給礦山的安全和生產工作造成了不良影響。文獻[5]對無底柱分段崩落法采場崩落出現的懸頂現象進行了分析，介紹了氣球法爆破及側向孔底微差起爆法處理懸頂。文獻[6]針對云南某鐵礦無底柱分段崩落法實際生產中的懸頂情況，分析原因后，采取補打傾斜炮孔、增加回采進路等措施處理懸頂，提出加強鉆孔施工作業管理與驗收、合理布置采場參數、增加裝藥驗收等措施來預防懸頂現象的發生。文獻[7]在分析四川某鐵礦無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量，采用側向傾斜孔處理懸頂的技術方案。

本文對謙比希銅礦所采用崩落法采礦出現懸頂的原因進行了分析，介紹了生產中處理懸頂的方法，并提出了預防措施，為采用崩落法的礦山在處理懸頂問題時提供借鑒。

1 回采工藝

謙比希銅礦年采選礦石150萬t，日均4600 t，采用主混合井和斜坡道聯合開拓方案，包括主礦體、西礦體及東南礦3個主要礦體，其中主礦體近東西走向，傾向為南，為急傾斜層狀沉積泥巖，礦體在700 m以下的傾角在60°～80°之間，沿礦體走向長兩千多米，平均厚度7.4 m，平均品位2.7%。礦體上盤是發育的含水層，造成頂板淋水嚴重；礦體上下盤圍巖破碎，尤其是緊鄰下盤的破碎礫巖層，導致開采難度較大[8]。主礦體700 m水平以下采用無底柱分段崩落法回采，采場礦塊長度100 m，采場分段高度10～16 m，采場中部布置采聯，沿礦體走向的脈外底盤布置鑿巖道，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、孔口導爆管雷管雙向起爆，從采場的兩端分別向采場中部的采聯方向后退式回采，每次爆破1排，待回采至接近采聯位置時，預留3排左右中深孔同時裝藥爆破。

2 懸頂產生的原因

在崩落法采場回采的過程中，很多的消極因素會造成爆破效果較差，頂部覆蓋巖沒有落下，即形成懸頂。一排爆破不好往往很難發現，兩排或多排懸頂發生以后，形成空區，使得采場后續的回采作業比較困難，增大礦石損失率，同時也給礦山的安全生產帶來隱患。

根據崩落法采場的生產實踐，對產生懸頂的原因進行了分析，發現產生懸頂的原因主要有以下3個方面。

2.1 地質條件因素

2.1.1 礦巖體節理裂隙發育

礦體及上下盤礫巖節理裂隙發育，特別是礦巖接觸面為典型的弱節理面。礦體位于泥質板巖中，遇水崩解，穩定性差，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消極影響。

放炮回采過程中，在前排爆破震動的影響下，會使后排爆破作業的炮孔被碎石堵住，也可能使礦體下盤底礫巖沿礦巖接觸面錯動，造成炮孔錯位，導致無法正常裝藥。繼而使爆破參數發生改變，導致出現懸頂現象。另外，由于節理裂隙較為發育以及地質弱面存在的情況下，也會造成一定的爆破能量損失而引發懸頂現象。

2.1.2 眉線破壞

鑿巖巷道布置在礦體下盤脈外，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育，加之有些巷道施工成型不好，導致拱頂部位產生應力集中，使巷道更易破壞。同時，在爆破振動影響下，眉線遭到嚴重破壞，后排的部分中深孔被爆堆埋住，導致其無法裝藥，若進行后續爆破作業，則需舍棄部分炮孔，相對增大了爆破抵抗線，影響爆破效果，也可能造成懸頂。

2.2 爆破設計因素

有時爆破設計對現場的實際情況考慮不周全，在穿過破碎或裂隙地帶時沒有保護措施，如增大排面或填塞長度，使得爆破后采場眉線破壞嚴重，下次爆破的炮孔遭到掩埋，無法正常裝藥，極易造成懸頂。

2.3 施工質量因素

2.3.1 中深孔施工

無底柱分段崩落法中，中深孔的施工質量，施工角度及深度是保證采場爆破效果的最基本條件。在中深孔的施工過程中，由于測量和設計等原因，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，如果得不到很好的處理，將增大懸頂現象發生的可能性。

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強，當作業時間緊迫或者勞動強度過大時，致使單孔的裝藥量在裝藥過程中無法準確計算，可能會導致裝藥柱不連續或者局部裝藥密度過大，造成爆轟的不連續，部分炮孔不能完全傳爆，出現懸頂。

3 懸頂的處理

當崩落法采場發生懸頂后，會形成一定面積的空區，需采區技術人員現場查看后，用紅外測距儀測出懸頂的具體高度，并結合中深孔的原有設計圖紙和施工記錄表，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，爆破后大塊產出率較高，出礦一段時間后，大塊相互之間作用，形成“雞窩狀”空場[1]，這時可以直接用毛竹捆綁藥包的方式直接進行爆破處理。

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

3.2 補孔爆破法

當懸頂厚度較大，藥包直接爆破受阻時，此時需采用補打前傾中深孔，從正面壓頂的方式來處理懸頂，補孔的方式如圖1所示。使用中深孔鑿巖臺車，在產生懸頂的鑿巖巷道里，依據懸頂高度和位置，退后幾排補打前傾的炮孔，使前傾中深孔直達懸頂位置。通常補打3～5排的前傾孔，具體數量根據現場的具體懸頂情況而具體確定。補打的中深孔裝藥只需裝懸頂部分的長度，后面長度用炮泥進行堵塞，然后實施補孔爆破，進而有效的處理懸頂。

圖1 前傾炮孔壓頂的方式處理懸頂

3.3 自然崩落法

根據現場情況，可采取自然崩落懸頂的方式。由于懸頂高度和設計相差不大，礦體及圍巖穩固性較差，加之上部已崩落覆巖的自重作用，因此可以繼續后排中深孔的裝藥爆破，使懸頂空間進一步加大，繼續防爆3～5排后，懸頂不能自穩從而冒落。但是需要強調的是這種處理方法，人員不知空區何時冒落，處理方式較為被動，需要特別注意處理時的安全防護。

4 懸頂的預防

4.1 改善炮孔設計

當鑿巖巷道穿過破碎帶時，在設計時根據經驗，可在破碎帶前或破碎帶后多打一定量的中深孔，即加強排。放炮時，加強排和正常排在同時裝藥后微差爆破，從而最大化避免懸頂的發生。

4.2 強化中深孔的裝藥管理

(1) 裝藥前，根據炮孔設計，對施工的中深孔進行復測，同時用高壓風進行吹洗，清理孔中堵塞的碎石，對錯位的孔口采用少量的炸藥先把錯位部分的孔口巖石崩掉，使施工的中深孔完全揭露出來，為中深孔裝藥創造良好的條件。

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

采用合理的裝藥結構，保護眉線不被破壞。當鑿巖巷道揭露巖體結構完整性較差，節理裂隙較為發育時，適當增加空孔的長度，并用炮泥堵塞，以減少對后排鑿巖巷道圍巖的破壞，保護眉線，使后排的裝藥能順利進行。

中深孔裝藥時一定要注意反粉率是否正常，當出現偏差時，中深孔裝藥工應適當控制退管速度，保證裝藥密度的統一，提高裝藥質量高，為爆破質量提供保證。

5 結 論

謙比希銅礦主礦體生產過程中，懸頂現場時有發生，通過以上的分析，總結經驗，懸頂發生后采取藥包直接爆破或者補孔等方式，能夠快速高效的處理，進而為采場的順利回采提供強有力保障?？偨Y懸頂發生原因，采取預防為主，防治結合的方式，目前懸頂率已經降到8%以下，增加了礦山的經濟效益。

參考文獻：

[1]韓亞民，張荃婷.無底柱分段崩落法空場的處理與預防[J].現代礦業，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用[J].采礦技術，2012,12(1)：1-3.

[3]綦曉磊，蘇永定.無底柱分段崩落法在謙比希銅礦的應用[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定性研究[J].中國礦山工程，2014，43(5)：9-10.

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

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

[7]鄭 重，趙云勝，譚寶會.無底柱分段崩落法懸頂原因分析及預防處理措施研究[J].礦業研究與開發，2016，36(3)：64-67.

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

[9]王文杰，任鳳玉.謙比希銅礦巖體穩定性分級及錨桿支護參數優化[J].中國礦業，2008，17(7)：58-61.