崩落采礦法的覆蓋層消耗與補(bǔ)充技術(shù)探討

趙迎青

（大理恒泰安全科技有限公司，云南 大理 671000）

崩落采礦法是一種采場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的崩落采礦方法，可以有效地減輕工作量，降低采礦成本。具體來(lái)講，崩落采礦法可以劃分為壁式崩落法、分層崩落法、無(wú)底柱分段崩落法、有底柱分段崩落法和階段崩落法，具有比較大的應(yīng)用價(jià)值。但是，在施工的時(shí)候由于覆蓋層的厚度和其他因素的影響，會(huì)導(dǎo)致其應(yīng)用效果大打折扣。本文以覆蓋層消耗與補(bǔ)充技術(shù)為研究對(duì)象，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際使用效果，促進(jìn)采礦行業(yè)的發(fā)展。

1 崩落采礦法的概述

在崩落采礦法的選擇中，當(dāng)?shù)V體為薄礦體，傾角小于30°時(shí)，一般選擇壁式崩落采礦法進(jìn)行回采，當(dāng)?shù)V體傾角大于45°時(shí)，一般選擇分層崩落采礦法進(jìn)行回采。采用架箱、假頂支護(hù)等的措施，隨著回采工作面的推進(jìn)保護(hù)人員設(shè)備的安全。當(dāng)?shù)V體厚度較大，采用有底柱或無(wú)底柱進(jìn)行回采時(shí)，首先在回采中段上部崩落圍巖作為覆蓋巖層，在生產(chǎn)中段一邊出礦一邊利用覆蓋巖層對(duì)頂板進(jìn)行保護(hù)，從而達(dá)到管理和控制地壓目的的采礦方法。這種方法最早應(yīng)用在19世紀(jì)90年代，可以有效地簡(jiǎn)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)，減少了采礦工作的實(shí)際工作量，降低采礦的具體成本，控制地壓防止頂板大面積崩塌產(chǎn)生的沖擊波對(duì)人員及設(shè)備產(chǎn)生安全隱患，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦業(yè)的科學(xué)管理。幾種崩落采礦法具有自身的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也存在不同缺陷，比如分層崩落法工序復(fù)雜、成本高、效率低，階段崩落法成本比較低但是貧化率較高，因此在應(yīng)用的時(shí)候需要根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇比較合理的作業(yè)方式，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果，推進(jìn)我國(guó)采礦業(yè)的發(fā)展。

2 礦山覆蓋層消耗的原因分析

通過(guò)對(duì)崩落采礦法進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)覆蓋層的損失或者不足會(huì)導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用效果大打折扣。因此，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候?yàn)榱吮ＷC這種方法的有效應(yīng)用，需要對(duì)礦山覆蓋層不足或者損失的原因進(jìn)行深入地分析，這里以我國(guó)某銅礦場(chǎng)為例，對(duì)出現(xiàn)礦山覆蓋層不足或者損失的原因進(jìn)行深入地分析，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果，從而可以推進(jìn)我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.1 放礦過(guò)程中覆蓋層的損耗

放礦過(guò)程中一旦出現(xiàn)疏漏會(huì)導(dǎo)致覆蓋層損耗的現(xiàn)象十分地嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的效果大打折扣。在采用崩落采礦法進(jìn)行放礦時(shí)，一般都直接在覆蓋層下出礦，而在進(jìn)行該項(xiàng)工作的過(guò)程中尤其是在出礦工作的后期會(huì)出現(xiàn)礦巖混雜的現(xiàn)象，無(wú)可避免的在進(jìn)行處理的時(shí)候需要釋放一部分的廢石，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)覆蓋層損耗的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的效果大打折扣。該銅礦在投產(chǎn)之后，由于礦山采礦貧化率一直大于礦石的損失率，這種情況無(wú)疑導(dǎo)致覆蓋層的消耗更加的明顯，進(jìn)而有效采礦工作的實(shí)際效率以及技術(shù)的應(yīng)用效果，無(wú)法保證礦石品位及企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)覆蓋巖層的不足使地表發(fā)生塌陷導(dǎo)致礦山安全、環(huán)保事故的發(fā)生。

2.2 采場(chǎng)懸頂造成下部分段覆蓋層量減少

在利用高階段采礦法進(jìn)行采礦的時(shí)候，由于鑿巖深度受到設(shè)備及企業(yè)管理能力的限制導(dǎo)致該壓氣風(fēng)路長(zhǎng)、風(fēng)壓低，這就導(dǎo)致該礦塊鑿巖深度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而出現(xiàn)頂板懸頂?shù)默F(xiàn)象。另外，在實(shí)際進(jìn)行施工的時(shí)候由于施工對(duì)自身的缺失以及作業(yè)處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)路出現(xiàn)懸頂?shù)默F(xiàn)象并且沒(méi)有立刻采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施進(jìn)行處理，進(jìn)而導(dǎo)致覆蓋層向下部分段的正常流動(dòng)被阻斷，進(jìn)而導(dǎo)致了下部采場(chǎng)覆蓋層量的減小[2]。比如在選擇了高分段采礦法進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，將分段高度由原來(lái)的10m增至14m時(shí)，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用效果不理想，并且使得覆蓋層消耗的現(xiàn)象十分的嚴(yán)重。

2.3 礦體厚度變化造成下部分段覆蓋層量不足

一般而言，礦山企業(yè)在開(kāi)采作業(yè)的時(shí)候一般遵循的是通用的設(shè)計(jì)原則，如果礦體的厚度在15m～20m以下時(shí)，礦塊要沿著走向布置的回采方式，如果礦體的厚度在15m～20m以上采用垂直礦體走向布置的回采方式。這種布置方式針對(duì)單個(gè)分段是比較科學(xué)合理的，但是在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)，由于礦體產(chǎn)狀發(fā)生變化，在上、下分段間這種方法的利用存在比較明顯的局限性。但是，在進(jìn)行礦業(yè)開(kāi)采的時(shí)候礦體厚度變化大時(shí)，在對(duì)整個(gè)階段回采，在上部礦體厚度較薄，上分段選擇沿走向布置回采，下分段礦體厚度較厚，在下分段采用垂直走向布置，從而可以在空間上形成上窄下寬的采空區(qū)形態(tài)。但是，這種方式的應(yīng)用具有比較其他的局限性，比如覆蓋層不能完全覆蓋下部采場(chǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致下部分段的覆蓋層無(wú)法滿足采礦的實(shí)際需求，也導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用效果大打折扣。

3 覆蓋層的補(bǔ)充方案

通過(guò)上述的分析，可以回采時(shí)導(dǎo)致覆蓋層的破壞原因，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候需要對(duì)其覆蓋巖層補(bǔ)充技術(shù)進(jìn)行研究，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果。因此，本文從其他的角度對(duì)其進(jìn)行分析，以某深部銅礦覆蓋層為例子對(duì)整個(gè)覆蓋層消耗與補(bǔ)充技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

3.1 覆蓋層特殊性及難度

目前，我國(guó)一般的礦山開(kāi)采的主要是以切割進(jìn)、切割槽為自由面中深孔爆破崩落頂板礦石及上、下盤圍巖。但是，這種深部銅礦自身存在一定的特殊性，無(wú)法采取這種方法對(duì)覆蓋層進(jìn)行有效地補(bǔ)充，因此需要對(duì)該礦業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行深入的分析，從而可以避免在回采過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。比如在采區(qū)覆蓋層頂為露天坑底，其圍巖量嚴(yán)重的不足，沒(méi)有足夠的爆破空間。而礦體比較分散時(shí)，覆蓋巖層具有比較大的差異，無(wú)法一次性的對(duì)覆蓋層進(jìn)行大面積的崩落及補(bǔ)充，需要選擇分段的方式進(jìn)行補(bǔ)充，這也是該工程補(bǔ)充的時(shí)候需要進(jìn)行綜合考慮的因素，進(jìn)而可以提出比較準(zhǔn)確的方案。

3.2 覆蓋層補(bǔ)充厚度的確定

通過(guò)對(duì)上述情況進(jìn)行具體的分析可以發(fā)現(xiàn)根據(jù)理論需求和自身的實(shí)際情況推導(dǎo)出計(jì)算覆蓋層補(bǔ)充厚度的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以為今后采礦提供有效的數(shù)據(jù)支撐，避免在實(shí)際工作的時(shí)候由于參數(shù)的錯(cuò)誤導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的效果不理想。

根據(jù)理論知識(shí)，覆蓋層最小厚度需要和放礦時(shí)允許的最大下降漏斗垂直高度相等，根據(jù)公式表達(dá)為：

M=2a-h1

這里的M=最小覆蓋厚度；

a=進(jìn)路放礦橢球體長(zhǎng)半軸；

h1=面廢石混入頂部損失影響的調(diào)整值；

而a的計(jì)算公式為

其中，b=進(jìn)路放礦橢球體短半軸；

τ=偏心率

偏心率和礦巖的流動(dòng)性呈現(xiàn)反比例關(guān)系，即礦巖流動(dòng)性越強(qiáng)，偏心率越??；ε為偏心率，礦巖流動(dòng)性越差，這里在具體進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候取值為0.96，進(jìn)而可以計(jì)算出最為合適的結(jié)果。

通過(guò)對(duì)上述的情況進(jìn)行深入的分析和探討可以得出相應(yīng)的取值，從而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果，進(jìn)而可以在降低礦業(yè)開(kāi)采量的同時(shí)提升自身的礦業(yè)產(chǎn)量，進(jìn)而可以推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.3 覆蓋層合理塊度計(jì)算

另外，在實(shí)際施工的時(shí)候?yàn)榱吮ＷC良好的放礦效果需要將覆蓋層的最小厚度設(shè)置為大于礦石的最大塊度，進(jìn)而可以計(jì)算出礦山理想的覆蓋層塊度組成，從而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果，保證礦山放礦的順利進(jìn)行。

通過(guò)對(duì)礦山的實(shí)際情況，一般礦石最大塊度為600mm，超過(guò)這個(gè)數(shù)值即為大塊，大塊量一般在10%到20%之間，可以假定采場(chǎng)礦石的塊度分布為正態(tài)分布，從而可以計(jì)算出相關(guān)的數(shù)值。

3.4 覆蓋層補(bǔ)充方案的確定與實(shí)施

在制定具體的覆蓋層補(bǔ)充方案的時(shí)候需要根據(jù)內(nèi)部的礦體分布特點(diǎn)，保證補(bǔ)充后的覆蓋層可以滿足開(kāi)采的實(shí)際需求，從而可以在最大程度上減少礦石開(kāi)采時(shí)候的損失。在進(jìn)行補(bǔ)充后的覆蓋層需要盡可能使得覆蓋層的流動(dòng)速度小于礦石流動(dòng)速度，并且保證在補(bǔ)充之后礦石品位到達(dá)選礦要求，進(jìn)而可以有效地降低礦石貧化的速度，從而可以有效地提升礦石的品位以及產(chǎn)量，另外，在進(jìn)行覆蓋層補(bǔ)充方案的確定與實(shí)施的時(shí)候需要嚴(yán)格的控制投入的工程量，有效地縮減具體施工的成本，從而可以降低投資費(fèi)用。通過(guò)上述的分析再結(jié)合不同特點(diǎn)可以選擇不同的方式對(duì)覆蓋層進(jìn)行補(bǔ)充，即頂板圍巖滿足覆蓋層要求時(shí)，爆破上盤圍巖作為覆蓋層，集中補(bǔ)充覆蓋層，當(dāng)?shù)V體分散時(shí)采取以表外礦為主要來(lái)源，隨采隨補(bǔ)的補(bǔ)充方式。

（1）一次性補(bǔ)充方案。根據(jù)上述情況進(jìn)行分析，在合適的位置挖掘出一條一條人行材料運(yùn)輸巷，并且在一條人行運(yùn)輸巷中按照合適的距離留設(shè)一處鑿巖硐室，在室內(nèi)利用扇形中深孔進(jìn)行爆破圍巖，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋層巖量的補(bǔ)充。目前，此種方式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了覆蓋層的補(bǔ)充，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果。

（2）西部區(qū)域的補(bǔ)充方案。當(dāng)?shù)V體分散時(shí)，選擇覆蓋層補(bǔ)充以表外礦為主要來(lái)源，隨采隨補(bǔ)的方式進(jìn)行覆蓋層的補(bǔ)充，將主礦體周圍的表外礦和巖石作為覆蓋層的主要來(lái)源，根據(jù)不同情況選擇不同的爆破方案完成整個(gè)水平覆蓋層的補(bǔ)充工作，進(jìn)而可以優(yōu)化其實(shí)際應(yīng)用的效果，進(jìn)而可以進(jìn)一步完善礦山崩落法采礦工藝，使得其實(shí)際應(yīng)用效果可以得到有效地發(fā)揮。

4 總結(jié)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，采礦業(yè)在我國(guó)的工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著更加重要的作用。但是，在具體進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)的時(shí)候使用崩落采礦法會(huì)導(dǎo)致覆蓋層消耗的現(xiàn)象出現(xiàn)，需要積極地采取合理的措施實(shí)現(xiàn)覆蓋層的補(bǔ)充，進(jìn)而可以推進(jìn)采礦業(yè)的順利發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)采礦工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。