无底柱分段崩落法悬顶发生原因及处理措施

刘 建 超

(陕西凤县四方金矿有限责任公司，陕西 宝鸡 721000)

无底柱分段崩落法因其安全高效、机械化程度高、产能大以及成本低等优点广泛应用于矿岩稳固的直立厚大矿体地下开采之中。悬顶是无底柱分段崩落法在生产过程中不可避免的一种生产事故[1]。据统计，无底柱分段崩落法矿山的悬顶率通常在5%～30%之间(按进路条数计算)。悬顶的发生不仅严重影响了回采进路的正常采矿，而且一旦悬顶规模达到一定程度时，将出现大规模空场，若不能及时处理悬顶，空场一旦垮塌将为采矿作业带来巨大灾难。因而，对于无底柱分段崩落法矿山而言，分析悬顶的发生原因，并探索出几条实用有效的悬顶处理措施是十分必要的。

1 悬顶发生原因

导致悬顶发生的原因是多种多样的，但综合矿山实际调研情况来看，造成无底柱分段崩落法矿山发生悬顶的原因主要有以下几点。

1.1 炮孔质量不过关

炮孔质量不过关主要是指扇形中深孔的凿岩角度及深度未达到设计要求，通过实地调查分析，部分矿山在分段高度达到15 m或以上时，仍然采用的是YGZ-90凿岩机进行中深孔的施工。分析可知当分段高度达到15 m时，扇形排面的中心孔通常超过了20 m，而采用YGZ-90钻机进行凿岩时，一旦炮孔深度超过了10 m，凿岩效率和精度则会大大降低[2]，此时若继续采用这种凿岩机进行中深孔的凿岩施工，则很难保证钻孔的深度和精度，从而为后续中深孔爆破后出现悬顶埋下了隐患。

1.2 炮孔空置时间过久

当无底柱分段崩落法的采矿与采准作业在时间上不能良好的协调起来时，就会出现中深孔空置时间过久的现象，空置的炮孔受到反复爆破震动、原始地压以及采动地压等联合作用，极易发生炮孔变形、堵塞等现象[3]，从而造成无法装药，严重的时候，甚至会出现一个排面的11个炮孔中只有1个～2个炮孔可以进行装药的现象，其余炮孔均无法正常装药，此时若不采取其他措施就直接爆破，出现悬顶事故便是难免的。

1.3 切割槽质量不达标

当回采进路垂直矿体走向布置时，切割槽一般会布置在上盘矿岩交界部位，而上盘矿岩交界部位通常由于地质成因变得十分破碎，当切割槽布置在破碎带时，不利的地质条件便为切割井及切割槽的形成带来了困难，一旦切割槽的高度未达到设计要求，则在后续扇形中深孔排面爆破时则会因为夹制作用产生悬顶，悬顶若得不到及时处理，则在爆破夹制作用下，悬顶的规模会变得越来越大。

1.4 其他原因

此外，造成悬顶的原因还有相邻进路退采速度不一致，爆破管理不善、炸药性能不稳定等原因[4]。总之，无底柱分段崩落法矿山发生悬顶的原因是多样化的，应根据实际情况具体分析造成矿山悬顶的真正原因。

2 悬顶处理措施

当矿山发生悬顶后应该及时采用合理有效的技术措施对悬顶进行处理，以防悬顶规模的进一步扩大，为安全生产造成威胁，大致来说，悬顶的处理措施通常有以下几种措施。

2.1 自然冒顶法

所谓自然冒顶法是指当悬顶事故出现后，不做任何措施，而是继续退采，待空场面积达到一定程度后，使悬顶在自重和地压作用下自然垮塌冒落，这种处理方法适用于破碎不稳固的矿岩情况，其优点是成本低，缺点是可靠性和安全性较差。

2.2 正面压顶法

正面压顶法是指当悬顶事故发生后，在进路中向悬顶部位打前倾孔，使这些前倾孔布置于悬顶的正面部位，继而对前倾孔进行装药爆破，从而处理掉悬顶，图1为正面压顶法处理悬顶的示意图。

2.3 扩孔处理法

扩孔处理法是指当悬顶发生后，摸清悬顶的拱脚支撑部位，在后续炮排中对悬顶拱脚对应部位进行装药扩孔形成药壶，继而在药壶中装药，通过爆破使悬顶失去拱脚的支撑[5]，从而处理悬顶，这种处理方法的优点是可靠性好，缺点是工序繁琐，时间较长。图2为扩孔处理悬顶法的示意图。

2.4 侧向倾斜炮孔处理

侧向倾斜炮孔处理技术是指当发生悬顶事故后，通过现场踏勘摸清悬顶的规模和位置，继而在相邻进路中向悬顶部位打侧向倾斜孔，使侧向倾斜孔孔底达到悬顶的拱脚支撑部位，装药时只对孔底进行装药从而爆破处理悬顶[6,7]，该法的优点是可靠安全，缺点是钻凿侧向倾斜孔时会对相邻进路的生产产生影响，图3为侧向倾斜孔处理悬顶的示意图。

2.5 下向倾斜孔处理法

下向倾斜孔处理法是指当发生悬顶事故时，在上分段回采进路中从巷道底板向悬顶部位钻凿下向倾斜孔，使炮孔穿过悬顶部位，通过在炮孔中装药对悬顶进行处理，该法的原理与侧向倾斜孔处理悬顶法类似，但对于无底柱分段崩落法而言，往往是上分段回采结束后再开采下一分段，所以利用这种方法处理悬顶时，必须确保上分段有施工部位，比如上下分段同时回采的情形。

3 现场应用

某金矿矿岩稳固性较好，采用平硐—盲竖井的开拓方式，采矿方法为无底柱分段崩落法，采场结构参数为分段高度17 m，进路间距12.5 m，炮孔排距1.7 m，1次崩两排，崩矿步距为3.4 m，矿山采用YGZ-90凿岩机进行中深孔的施工。矿山曾经也采用过8 m和12.5 m的分段高度，当时利用YGZ-90凿岩机施工时，矿山生产还算正常，但当分段高度增加为17 m后，由于矿山中深孔施工质量得不到保证，悬顶事故频繁发生。由于设计因素导致1 248分段顶板有2.5 m厚的矿体中未钻凿炮孔，当崩完第1排炮孔时便发生了悬顶，不过此时悬顶规模较小，由于当时并未对悬顶进行处理，后续退采几个步距后悬顶规模进一步扩大，且因为先前的悬顶对后续炮排的爆破产生爆破夹制作用，导致悬顶不断严重，顶板持续降低，图4为悬顶事故发展示意图。为防止大规模悬顶突然垮塌造成的冲击危害，矿山决定采用上分段进路下向倾斜炮控处理悬顶，由于上下分段回采进路处于正对位置，虽然不符合菱形布置的正常状态，但为悬顶的处理提供了便利，矿山通过在上分段正对进路中打下向孔，在孔内全部装药，爆破后悬顶顺利被除掉，解除了生产安全隐患的威胁。图5为上分段进路下向倾斜孔处理悬顶的施工示意图，该法的优点是安全可靠，缺点是凿岩及爆破时可能对后续中深孔产生破坏。

4 结语

当采用无底柱分段崩落法进行采矿时，难免会出现悬顶事故，悬顶的出现不仅严重影响到矿山的正常采矿，而且为安全生产埋下了巨大的隐患。通常来说，中深孔施工不到位、中深孔破坏严重、切割槽质量不达标以及爆破管理不善等因素是造成矿山悬顶的主要原因，处理悬顶的方法也有很多种可供矿山借鉴使用，但在实际生产中矿山应根据实际情况，选择合适有效的措施及时处理悬顶事故，保障矿山安全正常生产。