谦比希铜矿无底柱分段崩落法采场悬顶的处理及预防

王 明,康伟权,高 忠

(1.金诚信矿业建设赞比亚有限公司， 赞比亚 基特韦 22592；2.西北矿冶研究院， 甘肃 白银市 730900)

0 引 言

自从20世纪的60年代无底柱分段崩落法在我国使用以来，因其成本低、回采效率高等突出优点被广泛采用[1]。谦比希铜矿隶属于中色非洲矿业有限公司(NFCA)，坐落于赞比亚铜带省，距基特韦市( Kitwe) 28 km，是中国有色最早在国外经营的一座大型地下矿山[2-3]。该铜矿主矿体使用的采矿方法有无底柱分段崩落法、空场嗣后充填法和上向进路分层充填法。其中由于无底柱分段崩落法的回采工艺简单可靠，能够大幅度提高矿山生产规模，同时改善经济效益，因此该方法在谦比希铜矿主矿体得到逐步扩大使用[4]。但是在崩落法的回采过程中，会发生悬顶现象，给矿山的安全和生产工作造成了不良影响。文献[5]对无底柱分段崩落法采场崩落出现的悬顶现象进行了分析，介绍了气球法爆破及侧向孔底微差起爆法处理悬顶。文献[6]针对云南某铁矿无底柱分段崩落法实际生产中的悬顶情况，分析原因后，采取补打倾斜炮孔、增加回采进路等措施处理悬顶，提出加强钻孔施工作业管理与验收、合理布置采场参数、增加装药验收等措施来预防悬顶现象的发生。文献[7]在分析四川某铁矿无底柱分段崩落法悬顶原因后，提出了提高切割槽和中深孔的施工质量，采用侧向倾斜孔处理悬顶的技术方案。

本文对谦比希铜矿所采用崩落法采矿出现悬顶的原因进行了分析，介绍了生产中处理悬顶的方法，并提出了预防措施，为采用崩落法的矿山在处理悬顶问题时提供借鉴。

1 回采工艺

谦比希铜矿年采选矿石150万t，日均4600 t，采用主混合井和斜坡道联合开拓方案，包括主矿体、西矿体及东南矿3个主要矿体，其中主矿体近东西走向，倾向为南，为急倾斜层状沉积泥岩，矿体在700 m以下的倾角在60°～80°之间，沿矿体走向长两千多米，平均厚度7.4 m，平均品位2.7%。矿体上盘是发育的含水层，造成顶板淋水严重；矿体上下盘围岩破碎，尤其是紧邻下盘的破碎砾岩层，导致开采难度较大[8]。主矿体700 m水平以下采用无底柱分段崩落法回采，采场矿块长度100 m，采场分段高度10～16 m，采场中部布置采联，沿矿体走向的脉外底盘布置凿岩道，用Simba1354打上向或垂直中深孔，孔径76 mm，正常排距2 m。

中深孔爆破使用散装多孔粒铵油炸药或者65 mm卷装药，BQF-100型装药器及人工装药，孔底、孔口导爆管雷管双向起爆，从采场的两端分别向采场中部的采联方向后退式回采，每次爆破1排，待回采至接近采联位置时，预留3排左右中深孔同时装药爆破。

2 悬顶产生的原因

在崩落法采场回采的过程中，很多的消极因素会造成爆破效果较差，顶部覆盖岩没有落下，即形成悬顶。一排爆破不好往往很难发现，两排或多排悬顶发生以后，形成空区，使得采场后续的回采作业比较困难，增大矿石损失率，同时也给矿山的安全生产带来隐患。

根据崩落法采场的生产实践，对产生悬顶的原因进行了分析，发现产生悬顶的原因主要有以下3个方面。

2.1 地质条件因素

2.1.1 矿岩体节理裂隙发育

矿体及上下盘砾岩节理裂隙发育，特别是矿岩接触面为典型的弱节理面。矿体位于泥质板岩中，遇水崩解，稳定性差，部分地段很差[9]。在施工中深孔后，一些破碎的小石子会堵塞炮孔，加之矿体上部的含水层，施工完后的部分中深孔有水流出，使得散装药的使用受限，给装药效率与爆破效果带来消极影响。

放炮回采过程中，在前排爆破震动的影响下，会使后排爆破作业的炮孔被碎石堵住，也可能使矿体下盘底砾岩沿矿岩接触面错动，造成炮孔错位，导致无法正常装药。继而使爆破参数发生改变，导致出现悬顶现象。另外，由于节理裂隙较为发育以及地质弱面存在的情况下，也会造成一定的爆破能量损失而引发悬顶现象。

2.1.2 眉线破坏

凿岩巷道布置在矿体下盘脉外，为了尽量降低损失贫化，拱顶紧贴底板砾岩，使得凿岩巷道顶板裂隙发育，加之有些巷道施工成型不好，导致拱顶部位产生应力集中，使巷道更易破坏。同时，在爆破振动影响下，眉线遭到严重破坏，后排的部分中深孔被爆堆埋住，导致其无法装药，若进行后续爆破作业，则需舍弃部分炮孔，相对增大了爆破抵抗线，影响爆破效果，也可能造成悬顶。

2.2 爆破设计因素

有时爆破设计对现场的实际情况考虑不周全，在穿过破碎或裂隙地带时没有保护措施，如增大排面或填塞长度，使得爆破后采场眉线破坏严重，下次爆破的炮孔遭到掩埋，无法正常装药，极易造成悬顶。

2.3 施工质量因素

2.3.1 中深孔施工

无底柱分段崩落法中，中深孔的施工质量，施工角度及深度是保证采场爆破效果的最基本条件。在中深孔的施工过程中，由于测量和设计等原因，一些中深孔透孔，致使覆盖层中的块石掉入炮孔，造成炮孔堵塞。在装药爆破时，如果得不到很好的处理，将增大悬顶现象发生的可能性。

2.3.2 装药施工

BQF-100型装药器装药，人工操作装药管。由于人工操作的自主性过强，当作业时间紧迫或者劳动强度过大时，致使单孔的装药量在装药过程中无法准确计算，可能会导致装药柱不连续或者局部装药密度过大，造成爆轰的不连续，部分炮孔不能完全传爆，出现悬顶。

3 悬顶的处理

当崩落法采场发生悬顶后，会形成一定面积的空区，需采区技术人员现场查看后，用红外测距仪测出悬顶的具体高度，并结合中深孔的原有设计图纸和施工记录表，制定合理的处理方案。

3.1 药包直接爆破法

由于散装药的爆破效果不均衡，爆破后大块产出率较高，出矿一段时间后，大块相互之间作用，形成“鸡窝状”空场[1]，这时可以直接用毛竹捆绑药包的方式直接进行爆破处理。

若悬顶高度较高，和炮孔设计高度相差不大的情况下，也可采取用长毛竹捆绑炸药包，直至悬顶高度，然后直接爆破。

3.2 补孔爆破法

当悬顶厚度较大，药包直接爆破受阻时，此时需采用补打前倾中深孔，从正面压顶的方式来处理悬顶，补孔的方式如图1所示。使用中深孔凿岩台车，在产生悬顶的凿岩巷道里，依据悬顶高度和位置，退后几排补打前倾的炮孔，使前倾中深孔直达悬顶位置。通常补打3～5排的前倾孔，具体数量根据现场的具体悬顶情况而具体确定。补打的中深孔装药只需装悬顶部分的长度，后面长度用炮泥进行堵塞，然后实施补孔爆破，进而有效的处理悬顶。

图1 前倾炮孔压顶的方式处理悬顶

3.3 自然崩落法

根据现场情况，可采取自然崩落悬顶的方式。由于悬顶高度和设计相差不大，矿体及围岩稳固性较差，加之上部已崩落覆岩的自重作用，因此可以继续后排中深孔的装药爆破，使悬顶空间进一步加大，继续防爆3～5排后，悬顶不能自稳从而冒落。但是需要强调的是这种处理方法，人员不知空区何时冒落，处理方式较为被动，需要特别注意处理时的安全防护。

4 悬顶的预防

4.1 改善炮孔设计

当凿岩巷道穿过破碎带时，在设计时根据经验，可在破碎带前或破碎带后多打一定量的中深孔，即加强排。放炮时，加强排和正常排在同时装药后微差爆破，从而最大化避免悬顶的发生。

4.2 强化中深孔的装药管理

(1) 装药前，根据炮孔设计，对施工的中深孔进行复测，同时用高压风进行吹洗，清理孔中堵塞的碎石，对错位的孔口采用少量的炸药先把错位部分的孔口岩石崩掉，使施工的中深孔完全揭露出来，为中深孔装药创造良好的条件。

(2) 装药时，采用合理的炸药种类，采用散装药和卷装药相结合的方式，以合理规避部分中深孔出水较大的情况，装完药后及时放炮，最大化避免水对散装药影响。

采用合理的装药结构，保护眉线不被破坏。当凿岩巷道揭露岩体结构完整性较差，节理裂隙较为发育时，适当增加空孔的长度，并用炮泥堵塞，以减少对后排凿岩巷道围岩的破坏，保护眉线，使后排的装药能顺利进行。

中深孔装药时一定要注意反粉率是否正常，当出现偏差时，中深孔装药工应适当控制退管速度，保证装药密度的统一，提高装药质量高，为爆破质量提供保证。

5 结 论

谦比希铜矿主矿体生产过程中，悬顶现场时有发生，通过以上的分析，总结经验，悬顶发生后采取药包直接爆破或者补孔等方式，能够快速高效的处理，进而为采场的顺利回采提供强有力保障。总结悬顶发生原因，采取预防为主，防治结合的方式，目前悬顶率已经降到8%以下，增加了矿山的经济效益。

参考文献：

[1]韩亚民，张荃婷.无底柱分段崩落法空场的处理与预防[J].现代矿业，2013(9)：78-79.

[2]杨清平，岑佑华.分段卸压与让压崩落法在谦比希铜矿的应用[J].采矿技术，2012,12(1)：1-3.

[3]綦晓磊，苏永定.无底柱分段崩落法在谦比希铜矿的应用[J].金属矿山，2013(5)：31-33.

[4]张晋军，陈志敏.Chambishi铜矿卸压崩落法下分段穿脉稳定性研究[J].中国矿山工程，2014，43(5)：9-10.

[5]王 鹏，杜 强，刘 轲，等.无底柱分段崩落法落矿悬顶处理技术[J].矿业工程，2008，6(4)：29-31.

[6]赵运涛.云南某铁矿无底柱崩落法悬顶产生原因及治理措施[J].金属矿山，2015(11)：20-22.

[7]郑 重，赵云胜，谭宝会.无底柱分段崩落法悬顶原因分析及预防处理措施研究[J].矿业研究与开发，2016，36(3)：64-67.

[8]张晋军.谦比希铜矿主矿体无底柱分段崩落法改进途径[J].中国矿山工程，2009，38(5)：10-12.

[9]王文杰，任凤玉.谦比希铜矿岩体稳定性分级及锚杆支护参数优化[J].中国矿业，2008，17(7)：58-61.