在金铜矿中顶板诱导崩落技术的应用分析

龙奇军　张标中

摘 要：社会经济的不断发展对金铜矿的需求量也越来越大，传统的采矿技术存在回收率低、采场顶板困难等缺陷，易诱发安全事故。紫金山金铜矿开采中应用顶板诱导崩落技术，有效提高了资源的回收率，并采用安全经济的手段减少了地质灾害的发生。文章对紫金山金铜矿开采区具体的施工技术应用进行分析。

关键词：顶板诱导崩落；金铜矿；技术应用

中图分类号：TD862.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0177-02

社会经济和科技的进步，对矿体开采的研究也在不断推进，传统的地下大型矿体存在很多技术难题。新的时期，为提高资源的整体回收率、减少矿区安全事故的发生等，采用顶板诱导崩落综合施工技术。在工程实践中，诱导崩落技术在降低采矿成本、安全施工等方面都有很大的技术突破，目前已被很多地下大型矿体开采中应用。

1 顶板诱导崩落技术介绍

诱导崩落技术与传统的采矿和空区处理技术不同，它通过人为干预等方法引起矿岩岩石力学系统发生突变进而失稳的一项技术，我国有色金属大型地下矿区均有使用。地下矿山采矿区是一个较为复杂的工程施工系统，其中包含了很多相互作用的子工程，项目构成复杂，而子工程又具有不确定性、突变型、随机性等特点，施工难度大。尤其是矿山受到多种因素的综合作用，系统的平衡易被打破，诱导技术便是基于地下矿区的这一主要特征，并通过人为作用，来改变系统局部平衡，按照事先设定的方向保证这种平衡的发展，保证空区处理和残矿的回收。在地下采矿施工中，先前采矿的过程会影响到空区顶板和其周围的残矿，尤其是矿区裂隙发育异常，影响到生产施工的安全性。研究发现，矿区系统的失衡状态是有规律可循的，在扰动力学中有关突变理论和时空差异理论的指导下，可知矿区失稳存在两种效应，即临界微扰失稳、超前强失稳。在临界稳定状态下，微小的扰动可引发岩体失稳；系统处于临近临界稳定状态时期，可通过强扰作用诱发岩体失稳。因此，在地下矿区作业过程中，可进行采空区顶板处理，来充填空区，使得该矿体能使用露天采矿，从而为露天采矿剥离到采空区时扫除安全隐患。

2 顶板诱导崩落技术的具体应用

2.1 工程概况

紫金山金铜矿床是一个特大型上金下铜的金铜共生矿床，金矿体产于600 m标高以上的氧化带中，为特大型低品位氧化金矿。铜矿床产于600 m标高以下的原生带中，属斑岩成矿系列，次火山高硫中低温热液矿床，是一个埋藏深、储量大、品位低的特大型矿床。目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着露采标高的降低，地下460～570 m标高之间的采空区制约着露天台阶的向下推移，给露天开采带来了严重的安全隐患，给矿山工作人员和设备带来了严重的威胁。同时金铜矿联合开采的方案将无法实施，严重影响到铜矿资源的利用、矿山生产能力及效益。为此，必须对铜矿地采460～570 m标高间的采空区进行处理，既消除了矿山的安全隐患，又能有效地保证露天采场安全、平稳、高效地向下推进。

2.2 崩落方案的选择

通过多种崩落方案的筛选，采空区处理方案采用先崩落510～530 m水平矿柱以及矿房采场采空区上部的隔离矿柱充填至460 m中段的采空区，此时，460 m中段的采空区与520 m中段的采空区贯通，然后在露天采场转运低品位矿石直接充填至余下的采空区。方案的具体实施过程为：崩落510～520 m水平矿柱充填460～510 m之间的采空区→崩落570 m以上采场上部隔离矿柱充填460～510 m之间余下的采空区以及520～570 m之间的采空区→在露天采场转运低品位矿石直接充填至余下的采空区。爆破崩落矿柱通常有两种方案可供选择：侧向垂直扇形中深孔崩落法、水平扇形深孔崩落法。紫金山金铜矿综合考虑两种方案的特点后，为确保施工的安全和降低投资费用，根据该矿柱所处的位置及相邻采场采切工程的布置，采用侧向垂直扇形中深孔崩落法处理510～530 m的水平矿柱。

2.3 爆破参数

爆破参数包括炮孔直径、最小抵抗线两项指标。钻孔设备的选择会影响炮孔直径的大小，最小抵抗线可按公式计算，也可参照孔径数值或者矿山类似资料选取，矿山类似最小抵抗线资料表见表1。

本次设计采用T-100型高气压环形潜孔钻机，选取炮孔直径为76 mm，最小抵抗线W=1.8～2.5 m。

2.4 顶板诱导崩落主要施工技术要点分析

①预裂孔与中间强制崩顶孔处理技术。在具体操作中，要分别对预裂模型进行计算分析，其正确处理顺序一般是先处理预裂孔后进行放顶，这样能充分发挥预裂孔的作用，有效控制与裂空所形成的塑性区范围，同时有利于诱导放顶崩落的技术效果；②顶板处理过程中地压监测技术。地压监测是顶板诱导崩落等综合施工技术中的重要环节，能准确了解采矿活动与顶板冒落的规律，保证生产的安全性；③做好矿井通风工作。在凿岩和爆破环节，要做好矿区的通风工作，根据矿区环境，保证新鲜风流的输入。紫金山采空区处理过程中，该中段的通风利用矿山原有的回采矿房采场时的通风系统。新鲜风流从520 m轨道运输平巷进入，经过运输平巷与520 m水平回采区域的联络巷道进入520 m水平的作业区域，然后通过各沿脉巷道进入到作业的矿柱采场中部的出矿巷道，清理工作面后的污风通过各条穿脉汇集到7号沿脉巷道，由本水平的回风斜巷进入532 m水平回风巷，最后由西翼回风巷道排出地表；④强化施工的安全性。在诱发崩落施工中，因岩层裂隙的存在，地压会不断增大，在人为扰动下，空区顶板岩体会不断自然冒落，填充采空区，能保证采空区安全高效处理。但在具体操作过程中，顶板诱导处理后也会有岩体冒落现象，故需要考虑整个残矿回收的安全操作。

3 工程效果分析

3.1 降低了采矿成本，提高生产效率

诱导崩落技术在金铜矿工程实践中，多年发展表明，该项技术回收残矿成本低且工作效率大为提高。目前，紫金山金矿体露天采场现已开采到616 m的水平。年采剥总量达3 000万m3，年产黄金达15 t。

3.2 施工难度较小，易于推广使用

顶板诱导崩落技术侧重在对采矿、出矿、空区等多环节的处理上，能保证各环节施工的有效性和协调性，与传统的施工方法相比，虽然技术要求高，但是并不需要对矿山原有的生产手段进行改造，更无需购置新的设备，施工人员易于掌握，因此在实践中容易被矿区生产接受。

3.3 减少施工安全隐患

在实际生产中，诱导崩落技术操作中工程布局较简单，提前释放应力，能有效消除采空区灾害隐患，安全性较高，减少了矿区安全事故的发生频率，因此推广性较强。

4 结 语

综上所述，通过顶板诱导崩落技术的实施，能有效地提高大型地下矿体的残矿回收率，减少了施工的安全隐患，同时也降低了工程施工的成本，可在当前我国很多大型矿区生产开采中推广应用。在具体操作中，要在对矿区施工条件做全面分析后，加强掌握技术施工的难点和要点，保证工程安全有效地进行。

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