云南某铁矿无底柱崩落法悬顶产生原因及治理措施

赵运涛

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司，安徽马鞍山243000;2.金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽马鞍山243000;3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，安徽马鞍山243000)

云南某铁矿位于腾冲县正北方向，平距57 km处，矿区面积0.3534 km2。矿体顶板为白云大理岩、角岩及透辉石粒硅镁石矽卡岩，底板主要为透辉石矽卡岩。

矿山采用地下开采，平硐开拓，矿山设计采矿生产能力30万t/a，目前已开采至1 800 m水平。采矿方法主要使用无底柱分段崩落法，阶段高度54 m，共设置1 800～1 821 m，1821～1 839 m，1 839～1 854 m 3个分段水平，采用YGZ－90钻机钻凿中深孔，炮孔直径60～65 mm，采场进路间距15 m，矿石回采率60%左右，贫化率18%左右。

矿山由于岩石结构较差、开采技术条件受限、前期开拓工程布置不合理等原因，再加上企业在管理上存在一些不科学的地方，矿山在采矿过程中造成回采进路悬顶事故频繁发生，个别回采进路甚至从回采开始到结束一直都有悬顶发生，悬顶的存在一方面导致大量矿石不能采出，造成资源损失浪费，进路矿石损失率高达30%～50%，另一方面也给矿山的后续生产带来较大安全隐患。

1 悬顶产生的主要原因

通过现场调研及分析，认为除矿区矿体自身稳固性较差，特别是上下盘矿岩接触带附近存在严重的破碎带等因素外，造成矿山频繁出现悬顶的原因还有技术及管理问题。

1.1 钻孔深度和角度不符合设计要求

对已凿完钻孔进行了随机抽查，分别检验深度和角度。

钻孔深度抽查结果见表1。根据对中深孔验收标准:中深孔深度上下偏差在+50 cm左右，合格率为67%，特别是边孔及中心孔的深度合格率更低。造成个别钻孔深度不够的主要原因:①操作者质量意识谈薄，计件工资未和深孔质量挂钩;②深孔岩工劳动强度大，工作马虎;③深孔验收没有严格执行验收标准和相应的补孔制度。

表1 钻孔孔深测量Table1 M esurement of the depth of drilling holes

钻孔钻凿的角度。调查抽取1 800 m水平穿脉深孔，第7、8排深孔角度标定的结果是(如图1)，第7排中10孔与11孔的角度相差2°。孔底距由原设计2 m变为2.2m，3孔与5孔的角度相差2.5°。第8排第5孔与6孔与原设计相差1.5°，11孔与12孔相差2.5°。深孔角度合格率:第7排为71%，第8排为74%。

造成钻孔角度偏差的主要原因是:①深孔凿岩工在对炮孔定位放线时随意性大，孔口定位误差大;②由于巷道顶板不规则，钻孔时钎头滑动严重，致使角度发生偏差;③深孔的倾角及方位，在实际钻孔过程中，由于钻杆的长度不断加长，其钻杆逐渐发生变形而产生一定的弯曲，随着深度的加大弯曲变大，其结果是孔底距有可能变大或减小［1］。总之，由于钻孔角度达不到设计要求，使部分孔底距加大，造成深孔排面药量分布不均匀，从而影响爆破效果。

图1 中深孔角度布置对比Fig.1 Comparison of the angle arrangement ofmedium-length hole

1.2 深孔内岩石发生错位或者炮孔堵塞无法进行透孔装药

矿体顶板常为白云大理岩、角岩及透辉石粒硅镁石矽卡岩。底板主要为透辉石矽卡岩。坑道内随处可见裂隙及断层挤压破碎带。

(1)前排孔爆破造成后排孔口不同程度的破坏，炮孔被破碎矿岩堵塞，另一方面原因是部分矿石不稳固，回采巷道周围矿石受地压及爆破影响发生变形位移，炮孔发生错动，无法捅孔，致使装药达不到设计要求。

(2)对有些堵塞炮孔没有完全处理好(或处理不了)就进行装药。

(3)人为地将深孔不按设计装药。

1821－3穿第5排深孔装药后的装药深度及装药位置情况(见表2)。根据《爆破工程》中每排扇形深孔的装药量公式可知，每排深孔应装炸药480 kg，而实际只装了420 kg，导致深孔装药量不足，装药密度不够［2］。从表2可以看出个别孔装药长度及装药位置没有达到设计要求，从而导致产生悬顶。

2 悬顶处理措施

(1)从相邻回采进路打中深孔穿到悬顶的矿石上(见图2)，或刷帮到悬顶一侧打眼后爆破。

(2)悬顶上的矿石稳固，悬顶矿石厚度大，空间不高时重新补打炮孔爆破。

(3)在眉线部位打斜孔到悬顶矿石上或在进路末端打加强孔一次爆破。

(4)在悬顶两侧的矿岩或眉线位置掘小断面上山到悬顶高度位置，用中深孔机打扇形水平孔或斜孔到悬顶矿石上爆破。

(5)在经详细观察，确认顶板稳定的条件下，可架设药平台，在悬顶壳内的空洞及缝隙处装药，用导爆索一段引爆即可。

表2 装药深度及原因Talbe 2 Reason and depth of the charge

图2 相邻进路补打深孔示意Fig.2 Schem atic of filling depth holes of ad jacent route

(6)如果悬顶壳较薄，裂隙较多，采用再爆破一个步距的方法处理。

(7)在分段高度较高的1 800，1 821 m水平，在原进路间掘进一条补充进路［3-4］，分别见图3、图4。未增加采场前(进路)回采率仅达到40%～50%，通过减小进路间距，增加采场取得了较好效果，大大提高了矿石的回采率，较好地减少了悬顶、大块的产生。

3 结论

运用无底柱分段崩落法采矿的矿山，选取合适采场布置参数，防止分段高度和进路间距过大以及科学的生产管理措施是预防悬顶事故发生的根本所在。对已经发生悬顶现象的矿山，需要针对矿山的实际情况采取有效的处理手段。侧向倾斜孔处理悬顶方法目前已成为该铁矿处理悬顶事故的主要技术手段。该铁矿通过改进矿山生产技术、增加管理措施以及运用新的处理悬顶方法，矿区悬顶频率明显减少，由原来的30%降为现在的12%(按进路条数计算)，矿山的回采率由原来的50%提升至70%，经济效益明显提高。

图31 800 m水平新增采场Fig.3 New stope of 1 800m level

图41 821 m水平新增采场Fig.4 New stope of 1 821m level

［1］ 张富民，等.采矿设计手册［M］.北京:建筑工业出版社，1986.

Zhang Fumin，et al.Mining Design Manual［M］.Beijing:Building Industry Press，1986.

［2］ 王玉杰，梁开水，等.爆破工程［M］.湖北:武汉理工大学出版社，2007.

Wang Yujie，Liang Kaishui，etal.Blasting Engineering［M］.Hubei: Wuhan University Press，2007.

［3］ 雷 刚，谭宝会.四川某铁矿悬顶成因分析及预防处理措施［J］.化工矿业与加工，2014(7):46-49.

Lei Gang，Tan Baohui.Suspension top cause analysis and preventive measures of an iron mine in Sichuan［J］.Chemical Mining and Processing，2014(7):46-49.

［4］ 唐红兵.悬顶处理技术探索［J］.甘肃冶金，2011(8):31-32.

Tang Hongbing.Suspended top processing technology to explore［J］.Gansu Metallurgy，2011(8):31-32.