銅礦峪礦自然崩落法副層設計淺析

張 彬

（山西北方銅業有限公司銅礦峪礦，山西 運城 043700）

自然崩落法技術含量高，對礦巖物理要求高，應用時有非常嚴格的開采技術條件，成本低、規模大、效率高的采礦方法具有與露天開采相當的經濟效益。在一些國家，自然崩落法開采技術成熟，廣泛應用于開采厚層礦床，具有較高的經濟效益[1]。我們已經在許多地區進行了自然崩落法開采的試驗研究。

1 銅礦峪礦副層設計準則

（1）最小采高。依照常理，主副層的采樣高度不能夠比水準面以上的巖柱體的高度的四分之一低，這也是最小的采樣高度，這種采樣高度的設置是為了滿足塌頂要求。如果充分考慮到經濟平衡問題，則下層標高小于50m。考慮到流動性混凝土的施工條件、高庫施工難度大、塌方應力建立困難等因素，墊層高度不大于60m。

（2）最小采樣寬度。從路基的設計結構和經濟支出的合理性進行考慮，結合各種規劃要點，最小的采樣寬度可以定為20m，這是比較好的選擇。

（3）最短長度。根據礦床的實際情況，包括對沉積條件等的分析，地下的開采平面通常都會是矩形，如果是組合形式，也會是矩形的組合，這些矩形的長邊應該和主層又或者是底層水平子層相鄰。假設采樣的寬度條件是20m，Ⅱ類巖石開挖長度為80m及以下，Ⅲ類巖石開挖長度為60m及以下，第四系巖石開挖長度為40m及以下。在取樣寬度40m的情況下，Ⅱ類開挖長度小于100m，Ⅲ類開挖長度小于等于80m，第四系巖石開挖長度最大只能是60m。如果這時的子層的生產面積比形成持續崩塌所需要的最小的面積要大得多，而且最終的生產能力通過脈沖的主層時，則提供了構成獨立生產盤區的基本條件。

（4）底部結構設計。在底部結構的設計上，選擇采用垂直走向扇形中孔拉底的形式，其中還包含塹溝集礦、電耙道對稱漏斗出礦的方式。而副層的底部結構和主層會有所不同，副層出礦水平比主層的要高，因此，需要增加采場溜礦井-振動放礦機裝車結構，而且副層出礦的塊度比較小，可以用斗容比較小的電耙。除此以外，為了能夠保證拉底效果，可以加寬上水平副層中的拉底中深孔的控制范圍。而且在巖體質量允許的情況下，副層拉底巷道的方向需要垂直于主副層邊界位置，這是為了確保副層拉底的靈活性以及可靠性，如圖1所示。

圖1 主、副層剖面示意圖

2 副層電耙道的設置

（1）總體布置。如銅礦床自然崩塌法第690階段第590層亞層開采方案中，kumate層分別布置714、734、750層，沿各耙層向各層布置靠背和串聯式耙，耙距20m。在714個子層中，11個子層從東向西放置，734個子層從東向西放置16個子層，750個子層從東向西放置6個熊室。各子層之間，通過電梯井和風井，以相同的方式接觸同一水平耙層，并且其連接道路可通過人和風的通道使用。

（2）電耙道布置。靠背耙作為一個單元共享兩個Kumager中的每一個，共用一個溜槽室。特點：每條電靶道都有自己的風力系統。即使同時工作也不會相互影響。這兩個熊本是共享的電動耙龍骨室，主水庫，振動和放電機。可減少開挖，便于管理，其風力系統很復雜。kumade路系列與kumade路的每一條路的尖端和尾部相連，并按順序排列，其特點是：電動耙的每一條路都有一個蓄水池，振動和釋放礦機的能力大，節省了礦量；一些kumade路徑共用一個水槽，同時在兩條Kumagai路徑上不起作用。串聯式電靶道采用統一坡度，便于開挖作業。結果表明，靠背式電耙有利于礦井的管理，減少了設備和工程量，可分三級克服風系統的復雜缺陷。因此，5＊ore亞層的設計基本采用靠背式電動耙的布置。

（3）電耙筒室設計。電耙室的設計要符合相關的安全規定，也要符合水基規則。Tochigi室兩邊的漏斗間距不能超過十五米。水庫和漏斗之間的距離不超過2m。電動絞車距水庫不超過1.5m。兩個Kumagai之間的安全間距不小于1m。最后一對尾部滑梁的漏斗間距不應小于等于6m。

（4）漏斗布置。在科研難度模擬結論的基礎之上，結合國內外相關的開采經驗以及各種的參數，與分層施工的設計特點進行關聯，可以將漏斗間距大約設置在10m×10m至10m×15m之間，而且在進行設計時，要盡可能地確保漏斗之間的間距的均勻。交叉漏斗布置和對稱漏斗布置各有各的特色，但是要充分考慮所創建的礦石模型的匹配程度，對于礦山開采管理的優勢以及漏斗間距的布置問題也需要及時進行考慮，才能夠確定漏斗的布置辦法，而針對這個礦山，可以采取對稱漏斗布置的方式。如此一來，既能夠縮小兩個漏斗之間的間距，也能夠減少采場山脊部分的殘余損失，有利于采掘工程設計。

3 溜井及回風井設計

為了保證放礦順利，方便罐的懸掛工作，必須盡量靠近儲層和通風井。電動耙的入口應盡量靠近通過路徑的路徑，風井應盡量靠近路徑引風，shiodoi和tsuibuki的角度不可能低于65°。相鄰兩個電耙道采用分支溜井。分支庫的設計保證了三角柱的穩定性，短孔角度不應超過60°，其施工難度大，所以應該盡量縮短井的長度。相鄰兩個電耙道共用一個回風井。各水平子層反吹系統可統一考慮，減少風井施工回風。同時，考慮到各層之間的關系，必須防止設置風井和返回風井連接井和較低水平采石場或側向連接。因此，通過各地的數據測算，經過多次作業，水庫標準變為2.5m×2.5m風井標準為2.0m×2.0m。

4 拉底工程設計

（1）副層拉底必須服從主層拉底大方向。總的來說，副層不僅僅需要在拉底順序上，必須要服從主層，而且拉底速度也應該和主層接近，兩者之間的差別在于副層拉底會稍微有一定時間的滯后。所以，這并不僅僅是副層實現正常崩落的前提，也是讓主副層同步的最基本的條件。實際上，要副層脫離主層獨立開來，最大的前提條件就是生產面積足夠的大，二者生產面積足以形成自行持續崩落的生產盤區，才能夠有這樣的結果。

（2）副層拉底方式要因地制宜靈活變化。整體來看，副層初始崩落比起主層的首采區的崩落要容易的多，但是要真正地做好初始崩落的相關工作，并沒有那么的容易。銅礦峪810中段東部副層實踐中可以看出，要真正地實現主副層生產同步的要求，就需要根據副層平面的布置結構、崩落特殊規律等情況，要在初始崩落區段采用更加靈活變化的拉底方式，需要因地制宜，根據實際情況進行安排，促使崩落的健康發展。

（3）目前采用的拉底工藝及存在的主要問題。在眾多的自然崩落法的工藝中，拉底工藝是這種采礦方法的關鍵所在，而拉底質量的好與壞是出礦的正常與否的基本保證，而拉底工藝出現的缺點也會嚴重影響到整個工程。以銅礦峪礦530中段采用后拉底爆破工藝為例，存在這些問題：首先，聚礦溝在爆破以后，上部拉底道底板和一側幫掉底，這種情況的出現，會造成頂幫圍巖的不穩定，而這種不穩固情況的出現，會導致各種施工作業存在不少的安全隱患；其次，拉底道掉底以后，中深孔的臺車沒有辦法再次進入到拉底道中，這就要求中深孔的超前量要更多，這種情況也造成了中深孔的積壓量比較大；最后就是拉底工藝的清毛工作是需要人工進行的，所以勞動強度相對來說比較大，而且作業的現場距離采場相對較近，巷道跨度也是比較大的，因此有不少的安全隱患。

（4）問題解決方案。綜上分析可知，造成上述問題的最主要原因是聚礦溝提前擴漏爆破、拉底道掉底引起的。因此，為解決上述問題應在滿足目前我礦各工序施工現狀的前提下，優化或變更后拉底工藝，盡可能保證拉底前拉底道少掉底或不掉底。為達到此目的，或可采用“拉底道先爆破，聚礦溝后擴漏”的方案或“聚礦溝自拉槽與兩側開頭排先爆破，再將聚礦溝剩余的正排中深孔分兩次爆破”的方案。

5 副層崩落

（1）副層崩落特點。副層崩落開始于主層或者是下水平副層的崩落拱和上水平副層拉底空間的貫通以后，由于副層的巖體夾制性和主層克服夾制性能力要求，依照常理來看，主層崩落拱會先在副層采區長邊中間的某一個位置和副層拉底空間進行貫通，這個時候，副層的崩落空間就成為了主層崩落拱中的一個部分，而且還會按照主層崩落拱的發展趨勢，向著前方以及兩端進行延伸，而最終的延伸情況沒有任何人可以預測。而崩落拱的前鋒位置一旦和上下水平副層之間的巖墻相遇，前方受阻會使得其向著兩端和高水平發展，到了一定的高度以后，就會和上水平副層拉底空間貫通，也會按照擴展后的空間繼續向上發展，而最終結束與地表或者是中上段采空區的連通。

（2）副層巖體崩落機理。主層拉底崩落線向著副層的方向在不斷地推進，相對應的，副層的巖體所受到的垂直應力也會不斷地增大，而側向的水平應力作用區也會不斷地上升，相對應的下部應力會越來越小。而主層拉底崩落線逐步推進至副層的主副邊界的時候，相鄰的副層受到的集中應力值處于最高峰，而且主層崩落拱的上升會使得副層出現臨空面的情況，這時側向的水平主應力會被局部解除。但從另一方向來看，如果主層的崩落拱已經發展到地表，又或者是發展到了中上段的位置，副層的側向水平主應力就會降低到零的位置，而這時，副層巖體自然崩落的最主要動力源自主層拉底崩落拱腳應力和沿走向的最大水平應力。

6 結語

目前，自然崩落法在我國的應用主要局限于大中型礦山的開采，很少應用于小型礦山的開采。分析總結自然崩落法在小礦山的成功應用案例，得出自然崩落法的適用條件，總結一些經驗，為自然崩落法在我國礦山的進一步應用提供參考意見，從而獲得更多的經濟效益。