銅礦峪礦自然崩落法副層設(shè)計淺析

張 彬

（山西北方銅業(yè)有限公司銅礦峪礦，山西 運城 043700）

自然崩落法技術(shù)含量高，對礦巖物理要求高，應(yīng)用時有非常嚴(yán)格的開采技術(shù)條件，成本低、規(guī)模大、效率高的采礦方法具有與露天開采相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟效益。在一些國家，自然崩落法開采技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用于開采厚層礦床，具有較高的經(jīng)濟效益[1]。我們已經(jīng)在許多地區(qū)進行了自然崩落法開采的試驗研究。

1 銅礦峪礦副層設(shè)計準(zhǔn)則

（1）最小采高。依照常理，主副層的采樣高度不能夠比水準(zhǔn)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(shè)置是為了滿足塌頂要求。如果充分考慮到經(jīng)濟平衡問題，則下層標(biāo)高小于50m?？紤]到流動性混凝土的施工條件、高庫施工難度大、塌方應(yīng)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(shè)計結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟支出的合理性進行考慮，結(jié)合各種規(guī)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(jù)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(yīng)該和主層又或者是底層水平子層相鄰。假設(shè)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(chǎn)面積比形成持續(xù)崩塌所需要的最小的面積要大得多，而且最終的生產(chǎn)能力通過脈沖的主層時，則提供了構(gòu)成獨立生產(chǎn)盤區(qū)的基本條件。

（4）底部結(jié)構(gòu)設(shè)計。在底部結(jié)構(gòu)的設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(zhì)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(shè)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(lián)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(fēng)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(fēng)的通道使用。

（2）電耙道布置?？勘嘲易鳛橐粋€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(fēng)力系統(tǒng)。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?？蓽p少開挖，便于管理，其風(fēng)力系統(tǒng)很復(fù)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(jié)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(lián)式電靶道采用統(tǒng)一坡度，便于開挖作業(yè)。結(jié)果表明，靠背式電耙有利于礦井的管理，減少了設(shè)備和工程量，可分三級克服風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜缺陷。因此，5＊ore亞層的設(shè)計基本采用靠背式電動耙的布置。

（3）電耙筒室設(shè)計。電耙室的設(shè)計要符合相關(guān)的安全規(guī)定，也要符合水基規(guī)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(yīng)小于等于6m。

（4）漏斗布置。在科研難度模擬結(jié)論的基礎(chǔ)之上，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)的開采經(jīng)驗以及各種的參數(shù)，與分層施工的設(shè)計特點進行關(guān)聯(lián)，可以將漏斗間距大約設(shè)置在10m×10m至10m×15m之間，而且在進行設(shè)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(chuàng)建的礦石模型的匹配程度，對于礦山開采管理的優(yōu)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(shè)計。

3 溜井及回風(fēng)井設(shè)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(fēng)井。電動耙的入口應(yīng)盡量靠近通過路徑的路徑，風(fēng)井應(yīng)盡量靠近路徑引風(fēng)，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(shè)計保證了三角柱的穩(wěn)定性，短孔角度不應(yīng)超過60°，其施工難度大，所以應(yīng)該盡量縮短井的長度。相鄰兩個電耙道共用一個回風(fēng)井。各水平子層反吹系統(tǒng)可統(tǒng)一考慮，減少風(fēng)井施工回風(fēng)。同時，考慮到各層之間的關(guān)系，必須防止設(shè)置風(fēng)井和返回風(fēng)井連接井和較低水平采石場或側(cè)向連接。因此，通過各地的數(shù)據(jù)測算，經(jīng)過多次作業(yè)，水庫標(biāo)準(zhǔn)變?yōu)?.5m×2.5m風(fēng)井標(biāo)準(zhǔn)為2.0m×2.0m。

4 拉底工程設(shè)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(yīng)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(xiàn)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(chǎn)面積足夠的大，二者生產(chǎn)面積足以形成自行持續(xù)崩落的生產(chǎn)盤區(qū)，才能夠有這樣的結(jié)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(qū)的崩落要容易的多，但是要真正地做好初始崩落的相關(guān)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(xiàn)主副層生產(chǎn)同步的要求，就需要根據(jù)副層平面的布置結(jié)構(gòu)、崩落特殊規(guī)律等情況，要在初始崩落區(qū)段采用更加靈活變化的拉底方式，需要因地制宜，根據(jù)實際情況進行安排，促使崩落的健康發(fā)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(guān)鍵所在，而拉底質(zhì)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(xiàn)的缺點也會嚴(yán)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(cè)幫掉底，這種情況的出現(xiàn)，會造成頂幫圍巖的不穩(wěn)定，而這種不穩(wěn)固情況的出現(xiàn)，會導(dǎo)致各種施工作業(yè)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(yè)的現(xiàn)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(yīng)在滿足目前我礦各工序施工現(xiàn)狀的前提下，優(yōu)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(cè)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(qū)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(fā)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(yù)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(fā)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(xù)向上發(fā)展，而最終結(jié)束與地表或者是中上段采空區(qū)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(yīng)的，副層的巖體所受到的垂直應(yīng)力也會不斷地增大，而側(cè)向的水平應(yīng)力作用區(qū)也會不斷地上升，相對應(yīng)的下部應(yīng)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(yīng)力值處于最高峰，而且主層崩落拱的上升會使得副層出現(xiàn)臨空面的情況，這時側(cè)向的水平主應(yīng)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(jīng)發(fā)展到地表，又或者是發(fā)展到了中上段的位置，副層的側(cè)向水平主應(yīng)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(yīng)力和沿走向的最大水平應(yīng)力。

6 結(jié)語

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