浅谈自然崩落采矿法底部结构地压破坏与防控

曹文刚

（北方铜业铜矿峪矿，山西 运城 043700）

1 自然崩落采矿法优缺点

自然崩落采矿法，优点是采矿成本低，劳动生产率高，炸药、木材等消耗少，工作安全，矿山生产能力大，条件合适时开采强度大，如果放矿控制好，矿石损失贫化小。缺点是初期基建投资大，建设周期长，适用的条件苛刻，条件不太合适时可能造成很大的损失，对施工质量和管理要求严格，否则无法控制矿石的损失贫化，产量调节比较困难，增加产量需要较长的生产准备时间。

2 自然崩落采矿法应用现状

自然崩落采矿法因其具备其他采矿方法不可比拟的优势，在国内有条件的大型地下开采矿山得到了越来越多的应用。但自然崩落采矿法，矿石是依靠在矿体底部进行拉底后，岩体内部应力重新分配而诱使岩体节理不断发育，在拉底面积不断增大的过程中而自然崩落。应力重新分配的过程，在无有效监测和控制手段的情况下，在临近拉底的区域极易造成各类井巷工程的破坏，甚至是区域性的连续破坏。目前在国内自然崩落法地下矿山，因拉底速度、放矿管理、爆破质量等出现技术管理偏差，或因地质构造等因素，导致地压过度集中，对采区底部结构造成扭曲变形、坍塌等形式的恶性破坏，给后续的生产带来阻断性影响和巨大的经济损失。在国内运用自然崩落采矿法进行采矿的矿山，阶段高度已经达到了120m以上，采用铲运机出矿底部结构，出矿设备采用大功率的电动铲运机，矿山生产能力大幅攀升。但对于地压的监测与研究，很大程度上局限于理论研究，实际生产中鲜有实践，尚谈不上合理的利用与控制，使其向恶性破坏趋势发展。这一点应足够引起管理者与相关从业人员的高度重视。

3 几种常见的底部结构地压破坏形式与原因浅析

（1）巷道支护工程首先从拱角区域持续开裂、剥落并呈区域性扩张。在此阶段尚处于地压破坏的初期，如不存在其他技术性问题，应适当加大区域内的出矿泄压，一般是可以控制破坏力的持续向恶发展。如图1。

（2）若进行区域性松动泄压尚不能缓解或阻断地压的持续性破坏，一般应对来压原因进行调查，排除爆破质量导致的岩墙岩柱、放矿管理的均衡性以及超标大块过度积压等因素。如不能及时处理，应力的恶性破坏会快速向临近区域发展，并对底部结构呈现整体性破坏，致使井巷工程失去服务功能，生产活动出现停滞。如图2。

（3）自然崩落采矿法底部结构因各类问题交织，而导致的应力破坏达到一定程度后，巷道出现扭曲变形甚至坍塌，在当前尚无快速有效的技术措施及处理手段，地压的破坏会导致承压段区域性坍塌，给后续的生产活动造成矿量永久性损失或拉底爆破中断等严重后果，或导致地压恶性破坏呈大面积区域性发展。如图3。

图1 矿洞顶板结构

图2 矿洞内具体结构

图3 矿洞坍塌现象

4 浅谈自然崩落采矿法实际生产中底部结构地压破坏防控措施

对于尚未建立有效的地压监测系统的自然崩落采矿法地下矿山，为保证各类生产的正常组织及矿产资源的回收。通过长期的生产实践总结，应从以下几个方面加强管理，降低应力的不良破坏，提高底部结构的稳定性。

4.1 严格控制拉底推进方向与主应力方向的关系

拉底工作是自然崩落法产生自然崩落的前提条件，也是控制地压最为有效的手段。它对矿岩的崩落影响很大。其实拉底是在出矿工程的上部，整体矿岩的下部，进行定期爆破从而建立空间，待该空间的面积变得足够大时，矿岩发生崩落现象。矿块大面积拉底后，会破环矿岩内部应力平衡，这时候需要对拉底推进的方向应和主力的方向保持一致，拉底推进线应与主应力方向垂直进而对应力发展进行合理控制。拉底推进线在平面上以阶梯状布置，且每个台阶均匀向前，相隔间距不可过大。

4.2 拉底爆破的质量管理

爆破质量好坏是保证拉底工作能否有效实施的前提，也是后续生产能否正常衔接的重要条件，因此对于爆破质量管理要高重视。为解决此方面的问题，一是要结合现场地质类型、岩石状况、施工设备等进一步优化中深孔设计方案，包括孔径、孔底距、排距等技术参数确定及布置形式等。二是尽可能保证拉底前拉底道少掉底或不掉底。确保人行进路的畅通，降低爆破前的准备难度。三是爆破周期内中深孔的超前量和积压量要控制在合理范围内，确保中深孔利用率。四是掌握好爆破前的松动出矿量，确保矿岩挤压空间合理。五是做好炮孔的施工质量以及爆破当日炮孔装药质量的现场监控。六是爆破后及时查看爆破效果，出现问题及时处理，杜绝岩柱、岩墙或“楼板”问题。七是要确定合理的拉底爆破周期间隔，避免拉底推进线长期停留，而导致应力长期集中一处。

4.3 严格的放矿控制与管理

自然崩落采矿的放矿管理是拉底爆破后应高度重视的管理工作。首先矿体拉底后，矿岩崩落过程中，仅放出已崩落矿石的碎涨部分（约1/3），并保持矿体下部的自由空间高度不大于5m，以防止大规模冒落或形成空气冲击。再者当拉底爆破后，要计算拉底区域理论的崩落高度，得出应进行的松动矿量，制定合理的放矿计划。另外在覆岩下放矿必须遵循同等比例均衡放矿，并确保区域范围内放矿均衡。而且在整个生产区域，要加强底部结构监测，在个别放矿点出现地压破坏迹象时，要及时恢复出矿，避免出现应力破坏区域性蔓延。最后应注意的是，当局部出现应力破坏时，利用周围区域出矿达到泄压的手段，不但收效甚微，甚至会导致首现破坏的区域发生不可逆转的彻底坍塌，这一点要绝对重视。

4.4 积极处理超标大块

自然崩落法超标大块产出率较高，在放矿过程中大块挤压在放矿口上部出现拱棚效应，致使矿岩在宽度上和高度上过量积存，形成采场压力而破坏底部结构。在日常生产中要及时发现积极处理。

4.5 底部结构的支护形式多样化

底部结构服务于整个阶段生产始末，在支护形式选择上，有条件的矿山可采取刚柔并举的联合形式进行支护。对于岩石结构完整且较为稳固的矿山，首推喷锚网等积极支护类型，但在放矿口区域要进行加固处理，以应对矿岩的长期冲击磨损。

4.6 优化底部结构设计参数提高其稳定性

自然崩落法采矿工艺在设计之初，应结合地质、岩石力学、矿山压力等方面的研究成果，确定底部结构的设计参数，适当加大底部结构的规格，以提高其稳定性。

4.7 积极探索、研究地压的监测技术与形式

随着浅表矿产的逐步减少，采矿作业不断地向深部转移，为保证各类采矿工程安全及可持续利用，积极有效的地压监测工作必不可少。当前各种地压监测技术不断前行，对于地下矿山而言，应积极探索寻找适合自身条件的监测手段，切莫忽视。

5 小结

近些年，伴随着矿山生产由浅层的开采慢慢地向深部进行转移，在地下矿山回采过程中，顶板应力集中现象是越来越明显的，采区工程遭受一定的地压破坏频次也在不断地增加，同时强度也大幅增强。对地压进行一定的防治，对于采矿业的发展有着十分重要的意义。因此，充分结合地压防控工作研究的理论性知识及经验总结，进一步进行实质性的分析和改善，相信自然崩落法采矿在未来采矿业的发展道路上越来越宽广。