铜矿峪矿自然崩落法副层设计浅析

张 彬

（山西北方铜业有限公司铜矿峪矿，山西 运城 043700）

自然崩落法技术含量高，对矿岩物理要求高，应用时有非常严格的开采技术条件，成本低、规模大、效率高的采矿方法具有与露天开采相当的经济效益。在一些国家，自然崩落法开采技术成熟，广泛应用于开采厚层矿床，具有较高的经济效益[1]。我们已经在许多地区进行了自然崩落法开采的试验研究。

1 铜矿峪矿副层设计准则

（1）最小采高。依照常理，主副层的采样高度不能够比水准面以上的岩柱体的高度的四分之一低，这也是最小的采样高度，这种采样高度的设置是为了满足塌顶要求。如果充分考虑到经济平衡问题，则下层标高小于50m。考虑到流动性混凝土的施工条件、高库施工难度大、塌方应力建立困难等因素，垫层高度不大于60m。

（2）最小采样宽度。从路基的设计结构和经济支出的合理性进行考虑，结合各种规划要点，最小的采样宽度可以定为20m，这是比较好的选择。

（3）最短长度。根据矿床的实际情况，包括对沉积条件等的分析，地下的开采平面通常都会是矩形，如果是组合形式，也会是矩形的组合，这些矩形的长边应该和主层又或者是底层水平子层相邻。假设采样的宽度条件是20m，Ⅱ类岩石开挖长度为80m及以下，Ⅲ类岩石开挖长度为60m及以下，第四系岩石开挖长度为40m及以下。在取样宽度40m的情况下，Ⅱ类开挖长度小于100m，Ⅲ类开挖长度小于等于80m，第四系岩石开挖长度最大只能是60m。如果这时的子层的生产面积比形成持续崩塌所需要的最小的面积要大得多，而且最终的生产能力通过脉冲的主层时，则提供了构成独立生产盘区的基本条件。

（4）底部结构设计。在底部结构的设计上，选择采用垂直走向扇形中孔拉底的形式，其中还包含堑沟集矿、电耙道对称漏斗出矿的方式。而副层的底部结构和主层会有所不同，副层出矿水平比主层的要高，因此，需要增加采场溜矿井-振动放矿机装车结构，而且副层出矿的块度比较小，可以用斗容比较小的电耙。除此以外，为了能够保证拉底效果，可以加宽上水平副层中的拉底中深孔的控制范围。而且在岩体质量允许的情况下，副层拉底巷道的方向需要垂直于主副层边界位置，这是为了确保副层拉底的灵活性以及可靠性，如图1所示。

图1 主、副层剖面示意图

2 副层电耙道的设置

（1）总体布置。如铜矿床自然崩塌法第690阶段第590层亚层开采方案中，kumate层分别布置714、734、750层，沿各耙层向各层布置靠背和串联式耙，耙距20m。在714个子层中，11个子层从东向西放置，734个子层从东向西放置16个子层，750个子层从东向西放置6个熊室。各子层之间，通过电梯井和风井，以相同的方式接触同一水平耙层，并且其连接道路可通过人和风的通道使用。

（2）电耙道布置。靠背耙作为一个单元共享两个Kumager中的每一个，共用一个溜槽室。特点：每条电靶道都有自己的风力系统。即使同时工作也不会相互影响。这两个熊本是共享的电动耙龙骨室，主水库，振动和放电机。可减少开挖，便于管理，其风力系统很复杂。kumade路系列与kumade路的每一条路的尖端和尾部相连，并按顺序排列，其特点是：电动耙的每一条路都有一个蓄水池，振动和释放矿机的能力大，节省了矿量；一些kumade路径共用一个水槽，同时在两条Kumagai路径上不起作用。串联式电靶道采用统一坡度，便于开挖作业。结果表明，靠背式电耙有利于矿井的管理，减少了设备和工程量，可分三级克服风系统的复杂缺陷。因此，5＊ore亚层的设计基本采用靠背式电动耙的布置。

（3）电耙筒室设计。电耙室的设计要符合相关的安全规定，也要符合水基规则。Tochigi室两边的漏斗间距不能超过十五米。水库和漏斗之间的距离不超过2m。电动绞车距水库不超过1.5m。两个Kumagai之间的安全间距不小于1m。最后一对尾部滑梁的漏斗间距不应小于等于6m。

（4）漏斗布置。在科研难度模拟结论的基础之上，结合国内外相关的开采经验以及各种的参数，与分层施工的设计特点进行关联，可以将漏斗间距大约设置在10m×10m至10m×15m之间，而且在进行设计时，要尽可能地确保漏斗之间的间距的均匀。交叉漏斗布置和对称漏斗布置各有各的特色，但是要充分考虑所创建的矿石模型的匹配程度，对于矿山开采管理的优势以及漏斗间距的布置问题也需要及时进行考虑，才能够确定漏斗的布置办法，而针对这个矿山，可以采取对称漏斗布置的方式。如此一来，既能够缩小两个漏斗之间的间距，也能够减少采场山脊部分的残余损失，有利于采掘工程设计。

3 溜井及回风井设计

为了保证放矿顺利，方便罐的悬挂工作，必须尽量靠近储层和通风井。电动耙的入口应尽量靠近通过路径的路径，风井应尽量靠近路径引风，shiodoi和tsuibuki的角度不可能低于65°。相邻两个电耙道采用分支溜井。分支库的设计保证了三角柱的稳定性，短孔角度不应超过60°，其施工难度大，所以应该尽量缩短井的长度。相邻两个电耙道共用一个回风井。各水平子层反吹系统可统一考虑，减少风井施工回风。同时，考虑到各层之间的关系，必须防止设置风井和返回风井连接井和较低水平采石场或侧向连接。因此，通过各地的数据测算，经过多次作业，水库标准变为2.5m×2.5m风井标准为2.0m×2.0m。

4 拉底工程设计

（1）副层拉底必须服从主层拉底大方向。总的来说，副层不仅仅需要在拉底顺序上，必须要服从主层，而且拉底速度也应该和主层接近，两者之间的差别在于副层拉底会稍微有一定时间的滞后。所以，这并不仅仅是副层实现正常崩落的前提，也是让主副层同步的最基本的条件。实际上，要副层脱离主层独立开来，最大的前提条件就是生产面积足够的大，二者生产面积足以形成自行持续崩落的生产盘区，才能够有这样的结果。

（2）副层拉底方式要因地制宜灵活变化。整体来看，副层初始崩落比起主层的首采区的崩落要容易的多，但是要真正地做好初始崩落的相关工作，并没有那么的容易。铜矿峪810中段东部副层实践中可以看出，要真正地实现主副层生产同步的要求，就需要根据副层平面的布置结构、崩落特殊规律等情况，要在初始崩落区段采用更加灵活变化的拉底方式，需要因地制宜，根据实际情况进行安排，促使崩落的健康发展。

（3）目前采用的拉底工艺及存在的主要问题。在众多的自然崩落法的工艺中，拉底工艺是这种采矿方法的关键所在，而拉底质量的好与坏是出矿的正常与否的基本保证，而拉底工艺出现的缺点也会严重影响到整个工程。以铜矿峪矿530中段采用后拉底爆破工艺为例，存在这些问题：首先，聚矿沟在爆破以后，上部拉底道底板和一侧帮掉底，这种情况的出现，会造成顶帮围岩的不稳定，而这种不稳固情况的出现，会导致各种施工作业存在不少的安全隐患；其次，拉底道掉底以后，中深孔的台车没有办法再次进入到拉底道中，这就要求中深孔的超前量要更多，这种情况也造成了中深孔的积压量比较大；最后就是拉底工艺的清毛工作是需要人工进行的，所以劳动强度相对来说比较大，而且作业的现场距离采场相对较近，巷道跨度也是比较大的，因此有不少的安全隐患。

（4）问题解决方案。综上分析可知，造成上述问题的最主要原因是聚矿沟提前扩漏爆破、拉底道掉底引起的。因此，为解决上述问题应在满足目前我矿各工序施工现状的前提下，优化或变更后拉底工艺，尽可能保证拉底前拉底道少掉底或不掉底。为达到此目的，或可采用“拉底道先爆破，聚矿沟后扩漏”的方案或“聚矿沟自拉槽与两侧开头排先爆破，再将聚矿沟剩余的正排中深孔分两次爆破”的方案。

5 副层崩落

（1）副层崩落特点。副层崩落开始于主层或者是下水平副层的崩落拱和上水平副层拉底空间的贯通以后，由于副层的岩体夹制性和主层克服夹制性能力要求，依照常理来看，主层崩落拱会先在副层采区长边中间的某一个位置和副层拉底空间进行贯通，这个时候，副层的崩落空间就成为了主层崩落拱中的一个部分，而且还会按照主层崩落拱的发展趋势，向着前方以及两端进行延伸，而最终的延伸情况没有任何人可以预测。而崩落拱的前锋位置一旦和上下水平副层之间的岩墙相遇，前方受阻会使得其向着两端和高水平发展，到了一定的高度以后，就会和上水平副层拉底空间贯通，也会按照扩展后的空间继续向上发展，而最终结束与地表或者是中上段采空区的连通。

（2）副层岩体崩落机理。主层拉底崩落线向着副层的方向在不断地推进，相对应的，副层的岩体所受到的垂直应力也会不断地增大，而侧向的水平应力作用区也会不断地上升，相对应的下部应力会越来越小。而主层拉底崩落线逐步推进至副层的主副边界的时候，相邻的副层受到的集中应力值处于最高峰，而且主层崩落拱的上升会使得副层出现临空面的情况，这时侧向的水平主应力会被局部解除。但从另一方向来看，如果主层的崩落拱已经发展到地表，又或者是发展到了中上段的位置，副层的侧向水平主应力就会降低到零的位置，而这时，副层岩体自然崩落的最主要动力源自主层拉底崩落拱脚应力和沿走向的最大水平应力。

6 结语

目前，自然崩落法在我国的应用主要局限于大中型矿山的开采，很少应用于小型矿山的开采。分析总结自然崩落法在小矿山的成功应用案例，得出自然崩落法的适用条件，总结一些经验，为自然崩落法在我国矿山的进一步应用提供参考意见，从而获得更多的经济效益。