無底柱分段崩落法覆蓋層形成方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢*

譚寶會，李明潤，梁 博，賈凱躍

(西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

0 引言

無底柱分段崩落法是一種不留任何礦柱、可在礦體走向及延深方向均能實現(xiàn)連續(xù)開采的崩落采礦法，適用于地表允許塌陷、礦石穩(wěn)固性較好、厚大急傾斜的礦床開采，該方法自20世紀(jì)50年代在瑞典出現(xiàn)并基本定型后，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械化程度高、回采效率高、采礦成本低、安全性好以及靈活性高等諸多優(yōu)點，在國內(nèi)外大中型地下礦山得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。對于一個新建的無底柱分段崩落法礦山，在正常分段崩落采礦之前必須先在采場上部形成一定厚度的散體覆蓋層，從而為崩落法礦石的回采和回收創(chuàng)造良好的條件。無底柱分段崩落法的覆蓋層既可以是崩落(或冒落)的頂板圍巖，也可以是崩落(或冒落)的松散礦石，甚至還可以先期利用崩落或冒落的松散礦石作為臨時覆蓋層，隨著頂板圍巖的冒落，逐步回收作為臨時覆蓋層的礦石，覆蓋層最終完全由崩落(或冒落)的廢石取代。

選擇科學(xué)、合理的方法形成質(zhì)量合格的覆蓋層，對于無底柱分段崩落法的采礦效果及采場安全至關(guān)重要。本文系統(tǒng)分析了無底柱分段崩落法覆蓋層的作用機(jī)理，以及當(dāng)前確定合理覆蓋層厚度的常用方法，重點介紹了目前幾種常用的覆蓋層形成方法的工作原理、適用條件、優(yōu)缺點及其應(yīng)用現(xiàn)狀，并指出了無底柱分段崩落法覆蓋層形成方法的發(fā)展趨勢和需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 覆蓋層作用機(jī)理分析及其合理厚度確定方法

1.1 覆蓋層作用機(jī)理分析

覆蓋層的存在對于無底柱分段崩落法礦山而言具有多種作用，如及時釋放地壓、減小冒落沖擊危害、改善爆破效果、降低礦石貧化等。具體的作用機(jī)理分析如下。

1)及時釋放地壓

無底柱分段崩落法在回采過程中會形成連續(xù)采空區(qū)，隨著回采面積的不斷增大，采空區(qū)頂板暴露面積也越來越大，在空區(qū)頂板未發(fā)生冒落時，頂板圍巖及其周邊工程所受的地壓作用將越來越明顯，一旦空區(qū)暴露面積達(dá)到頂板失穩(wěn)極限，頂板將可能突發(fā)大規(guī)模冒落事故，容易在井下引發(fā)冒落沖擊災(zāi)害。因此，及時崩落(或冒落)空區(qū)頂板形成覆蓋層，可以使采場頂板及其周邊地壓得到釋放，對維持井下工程穩(wěn)定及采礦作業(yè)安全具有重要意義。

2)減小冒落沖擊危害

隨著崩落法回采面積及采深的不斷增大，頂板圍巖(或礦體)將發(fā)生自然冒落，散體覆蓋層的存在可以縮減頂板冒落高差，從而減小頂板垮塌時的冒落勢能；同時冒落頂板在沖擊覆蓋層散體時，可通過覆蓋層散體的擠出、二次破碎、壓實、壓密等行為吸收和耗散冒落沖擊能量；此外，覆蓋層的存在阻斷了回采進(jìn)路與空區(qū)的連通，可以有效避免頂板冒落產(chǎn)生的沖擊氣浪涌入回采進(jìn)路造成氣流沖擊危害。

3)改善爆破效果

覆蓋層的存在對擬崩落炮排的正前方及上方起到了擠壓限制作用，使爆破體更符合放出體的形態(tài)；同時還可防止礦石在崩落時直接以拋擲爆破的形式拋向采空區(qū)，與冒落的圍巖發(fā)生礦巖混雜；此外礦石爆破時還可通過與覆蓋層散體發(fā)生沖擊、碰撞、擠壓等作用使崩落的礦石塊度更加均勻。

4)降低礦石貧化

在放礦過程中往往是塊度較小的顆粒更容易穿過礦石顆?？p隙提前到達(dá)出礦口，因此采用塊度適宜的散體覆蓋層作為隔離層，可以有效延緩冒落廢石提前混入礦石，尤其是在上盤圍巖十分破碎、易冒落成碎屑的情況下(如采場上方存在表土層等)覆蓋層的作用更加明顯。

5)保溫及防漏風(fēng)

無底柱分段崩落法回采進(jìn)路常采用獨頭通風(fēng)，覆蓋層的存在可以對出礦口起到封閉作用，減少風(fēng)量的損失，使采場通風(fēng)排污效果更佳；同時在嚴(yán)寒地帶或寒冷季節(jié)，覆蓋層還猶如一道屏障隔斷了井下采場與地表的連接，起到防止外部寒風(fēng)侵入采場的作用。

6)阻滯雨水及地下水入滲

無底柱分段崩落法在開采過程中，隨著頂板的冒落會在地表形成塌陷坑，從而對雨水起到匯聚作用并為其提供了涌入井下的通道；此外隨著圍巖的崩落也將會對地下水系產(chǎn)生破壞并使其向處于低位的采場方向匯聚，增大了井下發(fā)生涌水和泥石流事故的概率。覆蓋層的存在可以在地表雨水及地下水向采場匯聚時對其起到阻滯和吸收作用，從而降低井下水患的發(fā)生概率。

1.2 覆蓋層合理厚度確定方法

對于無底柱分段崩落法覆蓋層合理厚度這一問題，《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》中已明確要求：“回采工作面的上方，應(yīng)有大于分段高度的覆蓋巖層，以保證回采工作的安全；若上盤不能自行冒落或冒落的巖石量達(dá)不到所規(guī)定的厚度，應(yīng)及時進(jìn)行強(qiáng)制放頂，使覆蓋巖層厚度達(dá)到分段高度的二倍左右”。

許多專家、學(xué)者及礦山技術(shù)人員從不同角度對覆蓋層的合理厚度進(jìn)行了探討研究。王述紅等[4]從采空區(qū)安全與礦石回采工藝兩方面分析了覆蓋層的合理厚度，結(jié)果表明，當(dāng)采用低貧化放礦方式時，可取分段高度作為覆蓋層的保有厚度；魯宇等[5]通過放礦模擬實驗和PFC2D數(shù)值計算軟件研究了眼前山鐵礦露天轉(zhuǎn)地下過程中不同厚度覆蓋層在地下采礦活動中的移動情況，最終在綜合考慮覆蓋層回填經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的情況下推薦在18 m的分段高度下采用35 m的覆蓋層厚度較為合理；余正方[6]從阻滯雨水滲入井下的角度建立了覆蓋層合理厚度的計算公式，并以此為依據(jù)計算出大紅山鐵礦在暴雨時要確保井下安全所需的覆蓋層合理厚度為56 m；李海英[7]從預(yù)防冒落沖擊氣浪危害的角度，對海南鐵礦掛幫礦回采覆蓋層合理厚度進(jìn)行了計算，結(jié)果表明，在出礦口上方留下厚度不小于3 m的覆蓋層即可保障工作面不受采空區(qū)冒落沖擊影響；張毅[8]從采場防漏風(fēng)的角度研究了漏風(fēng)量與覆蓋層厚度的關(guān)系，隨著覆蓋層厚度的增加礦井漏風(fēng)量逐漸減小，若要使漏風(fēng)量接近于零，則理論上的覆蓋層厚度至少為60 m；王平等[9]從實現(xiàn)低貧化放礦的角度研究了礦石覆蓋層合理厚度的確定方法，本著放出體盡可能大、生產(chǎn)中維持礦石覆蓋層厚度不變的原則，先按照一次最大出礦量計算放出橢球體高度，再由松動橢球體高度和合理覆蓋層厚度之間的關(guān)系確定覆蓋層厚度，并根據(jù)此思路確定程潮鐵礦礦柱回收采場在分段高度17.5 m、進(jìn)路間距15.0 m的結(jié)構(gòu)下，覆蓋層合理厚度為40 m，并通過室內(nèi)放礦實驗對其合理性進(jìn)行了驗證；崔志平[10]從防沖擊地壓能力角度對石寶鐵礦露天轉(zhuǎn)地下覆蓋層合理厚度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在40 m的覆蓋層厚度下沖擊地壓不會使礦石層發(fā)生破壞，能夠保證地下生產(chǎn)的安全。

總體而言，目前的研究主要是從采礦安全、貧化控制、阻滯雨水入滲、防漏風(fēng)、防沖擊地壓等角度入手來確定覆蓋層的合理厚度，常用的研究手段有數(shù)值模擬、物理模擬、理論計算等。在實際應(yīng)用中，建議在滿足國家相關(guān)安全規(guī)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦山具體需求綜合考慮確定覆蓋層的合理厚度。

2 覆蓋層形成方法種類及其應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 確定覆蓋層形成方法需要遵循的原則

在選擇覆蓋層形成方法時，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場實際情況及礦山生產(chǎn)需求。一般來說，一個礦山在確定覆蓋層的形成方法時，需要重點考慮以下幾項原則。

1)方法的可靠性

這是指所選擇的方法在實施后能夠按預(yù)期目標(biāo)(如面積、厚度、塊度等)保質(zhì)保量地形成覆蓋層，即使因意外原因?qū)е赂采w層未能按預(yù)期形成，也應(yīng)該有二次補(bǔ)救的機(jī)會和措施，以確保最終形成目標(biāo)覆蓋層。

2)方法的安全性

這是指所選擇的覆蓋層形成方法在執(zhí)行過程中能夠確保各項施工作業(yè)的安全，覆蓋層形成過程中不會對下部采場產(chǎn)生沖擊地壓、沖擊氣浪等危害，同時應(yīng)配套制訂各項安全管控措施，確保安全形成覆蓋層。

3)方法的經(jīng)濟(jì)性

這是指所選擇的覆蓋層形成方法除了滿足可靠性和安全性外，在經(jīng)濟(jì)上也應(yīng)該是可行的，是礦山企業(yè)所能承受的。

4)滿足礦山具體生產(chǎn)需求

這是指在選擇覆蓋層形成方法時除滿足以上幾項基本原則外，還應(yīng)考慮礦山的實際需求，如計劃在多長周期內(nèi)形成覆蓋層、覆蓋層形成過程中是否有產(chǎn)量要求、對所形成的覆蓋層是否有塊度要求等。大多數(shù)礦山都希望所選擇的方法能夠在最短的時間內(nèi)、以最低的成本形成覆蓋層，同時最好還能夠有一定的礦石產(chǎn)出，以滿足礦山對產(chǎn)量的要求，此外也希望所形成的覆蓋層散體塊度保持在合理尺寸，以便于后期控制礦石貧化。

2.2 覆蓋層形成方法種類及應(yīng)用現(xiàn)狀

目前礦山常用的覆蓋層形成方法主要有先放頂后回采、集中放頂、邊放頂邊回采以及誘導(dǎo)冒落等，分別闡述如下。

1)先放頂后回采

采用該方法形成覆蓋層時，在采礦前需要在頂板圍巖中按照采場結(jié)構(gòu)形式布置1～2個分段，再利用上向扇形中深孔像崩落礦石一樣將頂板圍巖崩落，同時在崩落過程中為了有足夠的爆破補(bǔ)償空間，往往需要運出一部分廢石，最終利用留在采場內(nèi)的崩落廢石作為覆蓋層。該方法形成覆蓋層的采場結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，國內(nèi)的符山鐵礦等礦山在20世紀(jì)90年代就曾采用該方法形成覆蓋層[11]。一般來說這種方法主要應(yīng)用于上盤圍巖較為堅硬穩(wěn)固、尚處于基建期且需要形成較大規(guī)模覆蓋層的礦山，利用這種方法形成覆蓋層時其安全性和可靠性較高，但經(jīng)濟(jì)性較差，覆蓋層都是通過穿孔爆破形成的，同時在形成覆蓋層過程中為了確保有足夠的爆破補(bǔ)償空間，還需要將一部分崩落圍巖運出，這就導(dǎo)致利用該方法形成覆蓋層所需的周期較長、工程量較大、前期投資多，且在覆蓋層形成過程中基本沒有礦石產(chǎn)出，因此目前已經(jīng)很少有礦山單純地采用該方法形成覆蓋層。

2)集中放頂

采用該方法形成覆蓋層時，先正?；夭傻谝环侄蔚牡V石，并將崩落的礦石運出，為頂板圍巖的崩落提供足夠的補(bǔ)償空間。放頂工程一般根據(jù)空區(qū)的高度布置于空區(qū)兩側(cè)，在放頂巷道中向空區(qū)頂板圍巖方向鉆水平扇形中深孔，扇形孔的深度根據(jù)采空區(qū)的跨度確定，最后利用中深孔下壓式爆破，將頂板圍巖崩落形成覆蓋層。該方法形成覆蓋層的采場結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，下告鐵礦等礦山曾采用該方法形成覆蓋層[12]。該方法主要用于上盤圍巖較為穩(wěn)固的礦山，無論是對于新建礦山初始形成覆蓋層還是為已經(jīng)在生產(chǎn)的礦山后期補(bǔ)充覆蓋層均可采用該方法；總體來說，該方法形成覆蓋層的安全性較好，可靠性也較高，且不需要運出廢石。不過該方法還是無法避免需要在頂板圍巖中布置鑿巖工程，因此依然存在工程量大、效率低、成本較高等弊端；同時，由于一次放頂?shù)呐诳滓话爿^長，容易發(fā)生堵孔、錯孔，需要重新補(bǔ)孔。

3)邊放頂邊回采

采用該方法形成覆蓋層時，需要在礦體頂板與礦巖交界處掘進(jìn)一個回采分段作為放頂工程，在該分段中進(jìn)路間距和崩礦步距可以適當(dāng)大于正常采礦進(jìn)路的間距，以減少工程量，采礦時正常進(jìn)路和放頂進(jìn)路同時退采，但為了采礦安全，放頂進(jìn)路的退采速度要快于正常回采進(jìn)路的退采速度，確保正常回采進(jìn)路在覆蓋層下爆破生產(chǎn)，在此過程中不需要將崩落的廢石運出。該方法形成覆蓋層的采場結(jié)構(gòu)如圖1(c)所示。近年來該方法出現(xiàn)了新的變種方法，即不需要在上盤圍巖中布置鑿巖巷道，而是直接將第一分段中深孔打入上盤圍巖，在第一分段炮排在退采過程中同時將礦石和頂板圍巖崩落，繼而將礦石運出，廢石留在采場作為覆蓋層[13]。該方法主要用于上盤圍巖中等穩(wěn)固至穩(wěn)固的礦山，利用該方法形成覆蓋層的優(yōu)點是可靠性高、安全性好、效率較高、不需運出廢石，還能在形成覆蓋層的同時有一定的礦石產(chǎn)出；缺點是依然需要在上盤圍巖中布置工程將其強(qiáng)制崩落，增加了采礦成本?？傮w來說，該方法應(yīng)用效果較好，近年來已有不少礦山采用該方法形成覆蓋層。

4)誘導(dǎo)冒落

該方法是由東北大學(xué)任鳳玉教授提出的一種新型采礦方法，在利用該方法形成覆蓋層時，不需要在頂板圍巖中布置專門的放頂工程，而是通過在圍巖下方布置誘導(dǎo)工程，利用上向扇形中深孔崩落礦石形成連續(xù)采空區(qū)，借助地壓作用使采空區(qū)頂板圍巖自然冒落形成覆蓋層，在此過程中不僅不需要崩落和運出廢石，同時還可以在首采分段回采過程中放出一部分礦石，經(jīng)濟(jì)效益相對較好。該方法形成覆蓋層的采場結(jié)構(gòu)如圖1(d)所示。小汪溝鐵礦[14]、樺樹溝鐵礦[15]、黑山鐵礦[16]、尖山鐵礦[17]、龍首礦[18]等礦山均利用該方法成功形成了覆蓋層。誘導(dǎo)冒落法主要適用于頂板圍巖破碎至中等穩(wěn)固的礦山，在誘導(dǎo)作用下頂板能夠盡早冒落形成覆蓋層，但如果礦體較為厚大或考慮采取輔助誘導(dǎo)措施，該方法也可以用于上盤圍巖較為穩(wěn)固的礦山。由于該方法幾乎不需要在頂板圍巖中布置工程，可以完全依靠地壓作用使頂板圍巖自然冒落形成覆蓋層，因此具有工程量小、生產(chǎn)成本低、兼顧產(chǎn)能等優(yōu)點。但在利用該方法形成覆蓋層時，需做好采礦順序規(guī)劃及放礦管理，通過均勻擴(kuò)展采空區(qū)及時誘導(dǎo)頂板圍巖發(fā)生冒落、預(yù)留礦石墊層封閉出礦口，預(yù)防和減小冒落沖擊危害。

此外，對于露天轉(zhuǎn)地下的無底柱分段崩落法礦山，既可以考慮采用回填廢石作為覆蓋層，也可以考慮強(qiáng)制崩落邊坡巖體或誘導(dǎo)邊坡巖體滑落至坑底作為覆蓋層[19]，同時還可以預(yù)留崩落礦石作為覆蓋層。

綜合來看，覆蓋層的形成方法可以大體分為兩類：一類是通過鑿巖爆破崩落頂板圍巖形成覆蓋層的強(qiáng)制崩落方法，如先放頂后回采、集中放頂?shù)确椒?，這類方法主要應(yīng)用于頂板圍巖較為穩(wěn)固不易自然冒落的礦山，其優(yōu)點是鑿巖爆破的可靠性較高、覆蓋層形成過程中的安全性也較好，在過去的幾十年里，這一類方法在國內(nèi)無底柱分段崩落法覆蓋層形成中應(yīng)用較為廣泛；另一類是借助地壓作用使頂板圍巖自然垮塌冒落形成覆蓋層的自然冒落方法，如誘導(dǎo)冒落法，這種方法主要適用于頂板圍巖破碎至中等穩(wěn)固的礦山，由于該方法不需要強(qiáng)制崩落圍巖，經(jīng)濟(jì)性較好，同時也能兼顧礦山在覆蓋層形成過程中對產(chǎn)能的需求，近年來受到越來越多礦山的關(guān)注。

(a)先放頂后回采

圖1 目前常用的幾種覆蓋層形成方法

3 覆蓋層形成方法發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)問題

當(dāng)利用先放頂后回采、集中放頂和邊放頂邊回采等強(qiáng)制崩落方法形成覆蓋層時，均需要在頂板圍巖中布置一定的工程，并利用炸藥將圍巖強(qiáng)制崩落以形成覆蓋層，有時為了確保有足夠的爆破補(bǔ)償空間還需要將部分崩落的圍巖運出，這也是這幾種方法在形成覆蓋層時始終無法徹底擺脫工序復(fù)雜、效率低、成本高等弊端的根本原因。而利用誘導(dǎo)冒落法形成覆蓋層時，只需要通過誘導(dǎo)工程崩落礦石形成連續(xù)的采空區(qū)使頂板圍巖失去支撐，借用地壓使臨空的頂板圍巖發(fā)生破裂并自然冒落形成覆蓋層，此時不僅不需要崩落圍巖，還可以在形成覆蓋層的過程中實現(xiàn)一定量的礦石產(chǎn)出，因而該方法具有生產(chǎn)成本低、效率高、工序簡單等顯著優(yōu)點。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，誘導(dǎo)冒落法已經(jīng)初步形成了一套完整的理論體系，隨著對巖體開裂冒落控制技術(shù)的逐漸掌握，該方法的適用范圍也逐漸由最開始的破碎至中等穩(wěn)固巖體發(fā)展至穩(wěn)固巖體，同時也能夠較好地對頂板圍巖冒落災(zāi)害進(jìn)行控制和預(yù)防。鑒于誘導(dǎo)冒落法所具有的一系列突出優(yōu)點，其必將成為無底柱分段崩落法覆蓋層形成的首選方法，但在此過程中仍有一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。

3.1 加強(qiáng)冒落機(jī)理及冒落形式的研究

當(dāng)前研究認(rèn)為，巖體之所以會發(fā)生冒落，是因為開挖采空區(qū)改變了巖體內(nèi)的應(yīng)力分布狀態(tài)，空區(qū)頂板受拉應(yīng)力作用，當(dāng)拉應(yīng)力超過頂板巖體拉伸破壞極限時，頂板巖體將發(fā)生開裂而形成拱形松動區(qū)[20-21]，巖體的冒落也主要發(fā)生在該區(qū)域；當(dāng)頂板冒落發(fā)展至一定程度后，巖體內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到平衡而形成新的穩(wěn)定拱，冒落中止，隨著空區(qū)面積的不斷增大，應(yīng)力平衡拱將被再次打破而使冒落繼續(xù)向上發(fā)展，直至達(dá)到下一次的應(yīng)力平衡；隨著應(yīng)力平衡拱周期性地向上發(fā)展，冒落范圍也將逐漸增大，最終形成覆蓋層。圖2展示了頂板圍巖拱形冒落機(jī)理及發(fā)展過程。

(a)形成穩(wěn)定冒落拱 (b)擴(kuò)展跨度冒落拱向上發(fā)展

事實上，根據(jù)現(xiàn)場工程實踐來看，頂板圍巖的冒落并不一定總是按照冒落拱的形式向上周期性發(fā)展，通常還會發(fā)生柱塞狀整體冒落、沿破碎帶的抽冒等不同形式的冒落[22]。顯然，不同的冒落形式對應(yīng)著不同的冒落機(jī)理，如不探明這些冒落形式的內(nèi)在機(jī)理，就無法根據(jù)礦山實際情況制訂完善的誘導(dǎo)冒落覆蓋層形成方案。因此在后續(xù)研究中應(yīng)重點加強(qiáng)地應(yīng)力、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體強(qiáng)度、空區(qū)幾何形狀、空區(qū)面積、地下水滲流、爆破振動等因素對冒落機(jī)理及冒落形式的影響，這也是誘導(dǎo)冒落形成覆蓋層方法發(fā)展的理論基礎(chǔ)。

3.2 完善巖體可冒性評估方法

可冒性是用來評估頂板圍巖冒落的難易程度和冒落效果的重要指標(biāo)，可對誘導(dǎo)冒落形成覆蓋層方案的可行性進(jìn)行初級評估。目前主要采用數(shù)學(xué)類分級方法和巖體質(zhì)量分級法對巖體可冒性進(jìn)行評估。數(shù)學(xué)類分級方法是將各種影響礦巖可冒性的因素進(jìn)行權(quán)重分析，將定性的參數(shù)轉(zhuǎn)化為定量的參數(shù)，再根據(jù)各因素的參數(shù)值建立可冒性模型，但在實際生產(chǎn)中很難完全準(zhǔn)確地獲得這些因素的參數(shù)值[24]；巖體質(zhì)量分級法是將可冒性級別與巖體質(zhì)量相對應(yīng)，實現(xiàn)對礦巖可冒性的合理分級和評價，主要有RQD、RMR、MRMR等評價方法，其中MRMR法綜合考慮了RQD值、完整巖石強(qiáng)度、節(jié)理間距、節(jié)理條件以及地下水狀況五個參數(shù)，對巖體質(zhì)量及其可冒性的評價結(jié)果比較符合實際，目前在國內(nèi)外應(yīng)用較廣[25-26]。

但是這些評價方法忽略了工程因素及管理因素對可冒性的影響，如空區(qū)擴(kuò)展順序、空區(qū)幾何形狀、割幫預(yù)裂、出礦方式等因素也會對巖體的可冒性產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此在后續(xù)研究中應(yīng)將工程因素和管理因素納入可冒性評價體系，以使其更加完善。

3.3 開發(fā)更多的誘導(dǎo)破巖方式

一般來說，當(dāng)頂板圍巖不穩(wěn)固時更適合采用誘導(dǎo)冒落法來形成覆蓋層，而對于穩(wěn)固巖體采用誘導(dǎo)冒落法形成覆蓋層時則需要更大的拉底面積以及更長的冒落時間。然而礦山往往總是希望能夠盡快形成質(zhì)量達(dá)標(biāo)的覆蓋層，以使采場盡快投入生產(chǎn)，此時就需要考慮采取一些輔助誘導(dǎo)措施(見圖3)來加快頂板圍巖的冒落進(jìn)程。按照誘導(dǎo)力的來源不同，可將輔助誘導(dǎo)措施分為兩大類：第一類是通過調(diào)控地壓分布來實現(xiàn)對巖體冒落的控制，也可以稱之為“內(nèi)力誘導(dǎo)”，如在圖3(a)中，先通過回采礦塊2和礦塊4使地壓轉(zhuǎn)移至礦塊3之上，隨著礦塊2和礦塊4的開采面積不斷增大，礦塊3及其上部圍巖所承受的地壓也將越來越大，從而使礦塊3上方巖體長期處于高應(yīng)力狀態(tài)而被充分破碎，后期對礦塊3進(jìn)行回采后便可獲得較大規(guī)模的冒落；第二類是外力誘導(dǎo)措施，即對于常規(guī)誘導(dǎo)法無法及時實現(xiàn)頂板冒落形成覆蓋層的巖體可借助外力或外部工程加速其冒落，如圖3(b)、圖3(c)所示的預(yù)裂爆破技術(shù)、水壓致裂技術(shù)[27-28]。

(a)通過調(diào)控地壓提升冒落效果的采場布置形式

總之，開發(fā)出更多便捷、低成本的誘導(dǎo)破巖方式，提高頂板圍巖的冒落效率和可控性，無疑會極大限度地拓展誘導(dǎo)冒落形成覆蓋層方法的應(yīng)用范圍，這是誘導(dǎo)冒落法后期需要重點解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

3.4 加強(qiáng)冒落進(jìn)程監(jiān)測方法的研究

實現(xiàn)對頂板圍巖冒落發(fā)展進(jìn)程的掌控，不僅對井下作業(yè)和地表建筑安全防控有巨大幫助，還能據(jù)此判斷覆蓋層是否已經(jīng)按預(yù)期成功形成。對頂板圍巖冒落進(jìn)程監(jiān)測的手段主要有監(jiān)測巷道、監(jiān)測孔等[29]，即在待冒落區(qū)上方施工巷道或鉆孔，通過這些巷道或鉆孔來觀察頂板冒落發(fā)展到何種高度，雖然這種方法較為直觀，但具有一定的危險性和滯后性。近年來，微地震技術(shù)的快速發(fā)展給頂板冒落進(jìn)程的監(jiān)測提供了一條更為便捷的途徑，可以通過在井下布設(shè)微地震信號接收傳感器，實時對頂板巖體開裂事件進(jìn)行收集監(jiān)測，進(jìn)而分析頂板冒落發(fā)展進(jìn)程[30]。此外，也可以輔以采場地壓監(jiān)測、地表沉降監(jiān)測等手段，進(jìn)行頂板圍巖冒落發(fā)展進(jìn)程信息的全面、準(zhǔn)確收集。

未來，研發(fā)更加簡便、更加精確、成本更低的監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)對頂板圍巖冒落的實時監(jiān)測和準(zhǔn)確預(yù)測，對于誘導(dǎo)冒落法的發(fā)展具有重要意義。

4 結(jié)論

a.覆蓋層對于無底柱分段崩落法的作用主要體現(xiàn)在及時釋放地壓、減小冒落沖擊危害、改善爆破效果、降低礦石貧化等方面，礦山在確定覆蓋層厚度時除了要滿足國家相關(guān)安全規(guī)程的要求外，還應(yīng)綜合考慮具體需求(如貧化控制、阻滯雨水入滲、防漏風(fēng)、防沖擊地壓等)。

b.根據(jù)破巖能量來源不同，當(dāng)前常用的覆蓋層形成方法主要分為兩類：一類是依靠鉆孔爆破的強(qiáng)制崩落法，如放頂后回采、集中放頂、邊放頂邊回采等方法，這類方法的可靠性和安全性較高，但存在工序復(fù)雜、效率低、成本高等弊端；另一類是借助地壓作用使頂板圍巖自然冒落的方法，如誘導(dǎo)冒落法，這類方法具有生產(chǎn)成本低、效率高、工序簡單等顯著優(yōu)點，而且在覆蓋層形成過程中還能有一定的礦石產(chǎn)出，相信隨著誘導(dǎo)冒落法的不斷成熟和完善，這種方法將會成為無底柱分段崩落法形成覆蓋層的首選方法。

c.未來，對于誘導(dǎo)冒落法應(yīng)加強(qiáng)冒落機(jī)理及冒落形式的研究，進(jìn)一步完善巖體可冒性評估方法，研發(fā)更多的誘導(dǎo)破巖方式，同時加強(qiáng)冒落進(jìn)程監(jiān)測方法的研究，進(jìn)一步提升此方法的適用性、可靠性、安全性及工作效率。