無底柱分段崩落法懸頂發(fā)生原因及處理措施

劉 建 超

(陜西鳳縣四方金礦有限責任公司，陜西 寶雞 721000)

無底柱分段崩落法因其安全高效、機械化程度高、產(chǎn)能大以及成本低等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于礦巖穩(wěn)固的直立厚大礦體地下開采之中。懸頂是無底柱分段崩落法在生產(chǎn)過程中不可避免的一種生產(chǎn)事故[1]。據(jù)統(tǒng)計，無底柱分段崩落法礦山的懸頂率通常在5%～30%之間(按進路條數(shù)計算)。懸頂?shù)陌l(fā)生不僅嚴重影響了回采進路的正常采礦，而且一旦懸頂規(guī)模達到一定程度時，將出現(xiàn)大規(guī)?？請觯舨荒芗皶r處理懸頂，空場一旦垮塌將為采礦作業(yè)帶來巨大災(zāi)難。因而，對于無底柱分段崩落法礦山而言，分析懸頂?shù)陌l(fā)生原因，并探索出幾條實用有效的懸頂處理措施是十分必要的。

1 懸頂發(fā)生原因

導(dǎo)致懸頂發(fā)生的原因是多種多樣的，但綜合礦山實際調(diào)研情況來看，造成無底柱分段崩落法礦山發(fā)生懸頂?shù)脑蛑饕幸韵聨c。

1.1 炮孔質(zhì)量不過關(guān)

炮孔質(zhì)量不過關(guān)主要是指扇形中深孔的鑿巖角度及深度未達到設(shè)計要求，通過實地調(diào)查分析，部分礦山在分段高度達到15 m或以上時，仍然采用的是YGZ-90鑿巖機進行中深孔的施工。分析可知當分段高度達到15 m時，扇形排面的中心孔通常超過了20 m，而采用YGZ-90鉆機進行鑿巖時，一旦炮孔深度超過了10 m，鑿巖效率和精度則會大大降低[2]，此時若繼續(xù)采用這種鑿巖機進行中深孔的鑿巖施工，則很難保證鉆孔的深度和精度，從而為后續(xù)中深孔爆破后出現(xiàn)懸頂埋下了隱患。

1.2 炮孔空置時間過久

當無底柱分段崩落法的采礦與采準作業(yè)在時間上不能良好的協(xié)調(diào)起來時，就會出現(xiàn)中深孔空置時間過久的現(xiàn)象，空置的炮孔受到反復(fù)爆破震動、原始地壓以及采動地壓等聯(lián)合作用，極易發(fā)生炮孔變形、堵塞等現(xiàn)象[3]，從而造成無法裝藥，嚴重的時候，甚至會出現(xiàn)一個排面的11個炮孔中只有1個～2個炮孔可以進行裝藥的現(xiàn)象，其余炮孔均無法正常裝藥，此時若不采取其他措施就直接爆破，出現(xiàn)懸頂事故便是難免的。

1.3 切割槽質(zhì)量不達標

當回采進路垂直礦體走向布置時，切割槽一般會布置在上盤礦巖交界部位，而上盤礦巖交界部位通常由于地質(zhì)成因變得十分破碎，當切割槽布置在破碎帶時，不利的地質(zhì)條件便為切割井及切割槽的形成帶來了困難，一旦切割槽的高度未達到設(shè)計要求，則在后續(xù)扇形中深孔排面爆破時則會因為夾制作用產(chǎn)生懸頂，懸頂若得不到及時處理，則在爆破夾制作用下，懸頂?shù)囊?guī)模會變得越來越大。

1.4 其他原因

此外，造成懸頂?shù)脑蜻€有相鄰進路退采速度不一致，爆破管理不善、炸藥性能不穩(wěn)定等原因[4]?？傊?，無底柱分段崩落法礦山發(fā)生懸頂?shù)脑蚴嵌鄻踊模瑧?yīng)根據(jù)實際情況具體分析造成礦山懸頂?shù)恼嬲颉?/p>

2 懸頂處理措施

當?shù)V山發(fā)生懸頂后應(yīng)該及時采用合理有效的技術(shù)措施對懸頂進行處理，以防懸頂規(guī)模的進一步擴大，為安全生產(chǎn)造成威脅，大致來說，懸頂?shù)奶幚泶胧┩ǔＳ幸韵聨追N措施。

2.1 自然冒頂法

所謂自然冒頂法是指當懸頂事故出現(xiàn)后，不做任何措施，而是繼續(xù)退采，待空場面積達到一定程度后，使懸頂在自重和地壓作用下自然垮塌冒落，這種處理方法適用于破碎不穩(wěn)固的礦巖情況，其優(yōu)點是成本低，缺點是可靠性和安全性較差。

2.2 正面壓頂法

正面壓頂法是指當懸頂事故發(fā)生后，在進路中向懸頂部位打前傾孔，使這些前傾孔布置于懸頂?shù)恼娌课?，繼而對前傾孔進行裝藥爆破，從而處理掉懸頂，圖1為正面壓頂法處理懸頂?shù)氖疽鈭D。

2.3 擴孔處理法

擴孔處理法是指當懸頂發(fā)生后，摸清懸頂?shù)墓澳_支撐部位，在后續(xù)炮排中對懸頂拱腳對應(yīng)部位進行裝藥擴孔形成藥壺，繼而在藥壺中裝藥，通過爆破使懸頂失去拱腳的支撐[5]，從而處理懸頂，這種處理方法的優(yōu)點是可靠性好，缺點是工序繁瑣，時間較長。圖2為擴孔處理懸頂法的示意圖。

2.4 側(cè)向傾斜炮孔處理

側(cè)向傾斜炮孔處理技術(shù)是指當發(fā)生懸頂事故后，通過現(xiàn)場踏勘摸清懸頂?shù)囊?guī)模和位置，繼而在相鄰進路中向懸頂部位打側(cè)向傾斜孔，使側(cè)向傾斜孔孔底達到懸頂?shù)墓澳_支撐部位，裝藥時只對孔底進行裝藥從而爆破處理懸頂[6,7]，該法的優(yōu)點是可靠安全，缺點是鉆鑿側(cè)向傾斜孔時會對相鄰進路的生產(chǎn)產(chǎn)生影響，圖3為側(cè)向傾斜孔處理懸頂?shù)氖疽鈭D。

2.5 下向傾斜孔處理法

下向傾斜孔處理法是指當發(fā)生懸頂事故時，在上分段回采進路中從巷道底板向懸頂部位鉆鑿下向傾斜孔，使炮孔穿過懸頂部位，通過在炮孔中裝藥對懸頂進行處理，該法的原理與側(cè)向傾斜孔處理懸頂法類似，但對于無底柱分段崩落法而言，往往是上分段回采結(jié)束后再開采下一分段，所以利用這種方法處理懸頂時，必須確保上分段有施工部位，比如上下分段同時回采的情形。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

某金礦礦巖穩(wěn)固性較好，采用平硐—盲豎井的開拓方式，采礦方法為無底柱分段崩落法，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為分段高度17 m，進路間距12.5 m，炮孔排距1.7 m，1次崩兩排，崩礦步距為3.4 m，礦山采用YGZ-90鑿巖機進行中深孔的施工。礦山曾經(jīng)也采用過8 m和12.5 m的分段高度，當時利用YGZ-90鑿巖機施工時，礦山生產(chǎn)還算正常，但當分段高度增加為17 m后，由于礦山中深孔施工質(zhì)量得不到保證，懸頂事故頻繁發(fā)生。由于設(shè)計因素導(dǎo)致1 248分段頂板有2.5 m厚的礦體中未鉆鑿炮孔，當崩完第1排炮孔時便發(fā)生了懸頂，不過此時懸頂規(guī)模較小，由于當時并未對懸頂進行處理，后續(xù)退采幾個步距后懸頂規(guī)模進一步擴大，且因為先前的懸頂對后續(xù)炮排的爆破產(chǎn)生爆破夾制作用，導(dǎo)致懸頂不斷嚴重，頂板持續(xù)降低，圖4為懸頂事故發(fā)展示意圖。為防止大規(guī)模懸頂突然垮塌造成的沖擊危害，礦山?jīng)Q定采用上分段進路下向傾斜炮控處理懸頂，由于上下分段回采進路處于正對位置，雖然不符合菱形布置的正常狀態(tài)，但為懸頂?shù)奶幚硖峁┝吮憷?，礦山通過在上分段正對進路中打下向孔，在孔內(nèi)全部裝藥，爆破后懸頂順利被除掉，解除了生產(chǎn)安全隱患的威脅。圖5為上分段進路下向傾斜孔處理懸頂?shù)氖┕な疽鈭D，該法的優(yōu)點是安全可靠，缺點是鑿巖及爆破時可能對后續(xù)中深孔產(chǎn)生破壞。

4 結(jié)語

當采用無底柱分段崩落法進行采礦時，難免會出現(xiàn)懸頂事故，懸頂?shù)某霈F(xiàn)不僅嚴重影響到礦山的正常采礦，而且為安全生產(chǎn)埋下了巨大的隱患。通常來說，中深孔施工不到位、中深孔破壞嚴重、切割槽質(zhì)量不達標以及爆破管理不善等因素是造成礦山懸頂?shù)闹饕?，處理懸頂?shù)姆椒ㄒ灿泻芏喾N可供礦山借鑒使用，但在實際生產(chǎn)中礦山應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇合適有效的措施及時處理懸頂事故，保障礦山安全正常生產(chǎn)。