淺談自然崩落采礦法底部結構地壓破壞與防控

曹文剛

（北方銅業銅礦峪礦，山西 運城 043700）

1 自然崩落采礦法優缺點

自然崩落采礦法，優點是采礦成本低，勞動生產率高，炸藥、木材等消耗少，工作安全，礦山生產能力大，條件合適時開采強度大，如果放礦控制好，礦石損失貧化小。缺點是初期基建投資大，建設周期長，適用的條件苛刻，條件不太合適時可能造成很大的損失，對施工質量和管理要求嚴格，否則無法控制礦石的損失貧化，產量調節比較困難，增加產量需要較長的生產準備時間。

2 自然崩落采礦法應用現狀

自然崩落采礦法因其具備其他采礦方法不可比擬的優勢，在國內有條件的大型地下開采礦山得到了越來越多的應用。但自然崩落采礦法，礦石是依靠在礦體底部進行拉底后，巖體內部應力重新分配而誘使巖體節理不斷發育，在拉底面積不斷增大的過程中而自然崩落。應力重新分配的過程，在無有效監測和控制手段的情況下，在臨近拉底的區域極易造成各類井巷工程的破壞，甚至是區域性的連續破壞。目前在國內自然崩落法地下礦山，因拉底速度、放礦管理、爆破質量等出現技術管理偏差，或因地質構造等因素，導致地壓過度集中，對采區底部結構造成扭曲變形、坍塌等形式的惡性破壞，給后續的生產帶來阻斷性影響和巨大的經濟損失。在國內運用自然崩落采礦法進行采礦的礦山，階段高度已經達到了120m以上，采用鏟運機出礦底部結構，出礦設備采用大功率的電動鏟運機，礦山生產能力大幅攀升。但對于地壓的監測與研究，很大程度上局限于理論研究，實際生產中鮮有實踐，尚談不上合理的利用與控制，使其向惡性破壞趨勢發展。這一點應足夠引起管理者與相關從業人員的高度重視。

3 幾種常見的底部結構地壓破壞形式與原因淺析

（1）巷道支護工程首先從拱角區域持續開裂、剝落并呈區域性擴張。在此階段尚處于地壓破壞的初期，如不存在其他技術性問題，應適當加大區域內的出礦泄壓，一般是可以控制破壞力的持續向惡發展。如圖1。

（2）若進行區域性松動泄壓尚不能緩解或阻斷地壓的持續性破壞，一般應對來壓原因進行調查，排除爆破質量導致的巖墻巖柱、放礦管理的均衡性以及超標大塊過度積壓等因素。如不能及時處理，應力的惡性破壞會快速向臨近區域發展，并對底部結構呈現整體性破壞，致使井巷工程失去服務功能，生產活動出現停滯。如圖2。

（3）自然崩落采礦法底部結構因各類問題交織，而導致的應力破壞達到一定程度后，巷道出現扭曲變形甚至坍塌，在當前尚無快速有效的技術措施及處理手段，地壓的破壞會導致承壓段區域性坍塌，給后續的生產活動造成礦量永久性損失或拉底爆破中斷等嚴重后果，或導致地壓惡性破壞呈大面積區域性發展。如圖3。

圖1 礦洞頂板結構

圖2 礦洞內具體結構

圖3 礦洞坍塌現象

4 淺談自然崩落采礦法實際生產中底部結構地壓破壞防控措施

對于尚未建立有效的地壓監測系統的自然崩落采礦法地下礦山，為保證各類生產的正常組織及礦產資源的回收。通過長期的生產實踐總結，應從以下幾個方面加強管理，降低應力的不良破壞，提高底部結構的穩定性。

4.1 嚴格控制拉底推進方向與主應力方向的關系

拉底工作是自然崩落法產生自然崩落的前提條件，也是控制地壓最為有效的手段。它對礦巖的崩落影響很大。其實拉底是在出礦工程的上部，整體礦巖的下部，進行定期爆破從而建立空間，待該空間的面積變得足夠大時，礦巖發生崩落現象。礦塊大面積拉底后，會破環礦巖內部應力平衡，這時候需要對拉底推進的方向應和主力的方向保持一致，拉底推進線應與主應力方向垂直進而對應力發展進行合理控制。拉底推進線在平面上以階梯狀布置，且每個臺階均勻向前，相隔間距不可過大。

4.2 拉底爆破的質量管理

爆破質量好壞是保證拉底工作能否有效實施的前提，也是后續生產能否正常銜接的重要條件，因此對于爆破質量管理要高重視。為解決此方面的問題，一是要結合現場地質類型、巖石狀況、施工設備等進一步優化中深孔設計方案，包括孔徑、孔底距、排距等技術參數確定及布置形式等。二是盡可能保證拉底前拉底道少掉底或不掉底。確保人行進路的暢通，降低爆破前的準備難度。三是爆破周期內中深孔的超前量和積壓量要控制在合理范圍內，確保中深孔利用率。四是掌握好爆破前的松動出礦量，確保礦巖擠壓空間合理。五是做好炮孔的施工質量以及爆破當日炮孔裝藥質量的現場監控。六是爆破后及時查看爆破效果，出現問題及時處理，杜絕巖柱、巖墻或“樓板”問題。七是要確定合理的拉底爆破周期間隔，避免拉底推進線長期停留，而導致應力長期集中一處。

4.3 嚴格的放礦控制與管理

自然崩落采礦的放礦管理是拉底爆破后應高度重視的管理工作。首先礦體拉底后，礦巖崩落過程中，僅放出已崩落礦石的碎漲部分（約1/3），并保持礦體下部的自由空間高度不大于5m，以防止大規模冒落或形成空氣沖擊。再者當拉底爆破后，要計算拉底區域理論的崩落高度，得出應進行的松動礦量，制定合理的放礦計劃。另外在覆巖下放礦必須遵循同等比例均衡放礦，并確保區域范圍內放礦均衡。而且在整個生產區域，要加強底部結構監測，在個別放礦點出現地壓破壞跡象時，要及時恢復出礦，避免出現應力破壞區域性蔓延。最后應注意的是，當局部出現應力破壞時，利用周圍區域出礦達到泄壓的手段，不但收效甚微，甚至會導致首現破壞的區域發生不可逆轉的徹底坍塌，這一點要絕對重視。

4.4 積極處理超標大塊

自然崩落法超標大塊產出率較高，在放礦過程中大塊擠壓在放礦口上部出現拱棚效應，致使礦巖在寬度上和高度上過量積存，形成采場壓力而破壞底部結構。在日常生產中要及時發現積極處理。

4.5 底部結構的支護形式多樣化

底部結構服務于整個階段生產始末，在支護形式選擇上，有條件的礦山可采取剛柔并舉的聯合形式進行支護。對于巖石結構完整且較為穩固的礦山，首推噴錨網等積極支護類型，但在放礦口區域要進行加固處理，以應對礦巖的長期沖擊磨損。

4.6 優化底部結構設計參數提高其穩定性

自然崩落法采礦工藝在設計之初，應結合地質、巖石力學、礦山壓力等方面的研究成果，確定底部結構的設計參數，適當加大底部結構的規格，以提高其穩定性。

4.7 積極探索、研究地壓的監測技術與形式

隨著淺表礦產的逐步減少，采礦作業不斷地向深部轉移，為保證各類采礦工程安全及可持續利用，積極有效的地壓監測工作必不可少。當前各種地壓監測技術不斷前行，對于地下礦山而言，應積極探索尋找適合自身條件的監測手段，切莫忽視。

5 小結

近些年，伴隨著礦山生產由淺層的開采慢慢地向深部進行轉移，在地下礦山回采過程中，頂板應力集中現象是越來越明顯的，采區工程遭受一定的地壓破壞頻次也在不斷地增加，同時強度也大幅增強。對地壓進行一定的防治，對于采礦業的發展有著十分重要的意義。因此，充分結合地壓防控工作研究的理論性知識及經驗總結，進一步進行實質性的分析和改善，相信自然崩落法采礦在未來采礦業的發展道路上越來越寬廣。