某矿崩落法采场首采分段探疏水方案设计及应用*

谭宝会，张刚刚，李明润，钟立鹏，任 阳

(1.西南科技大学 环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2.金川集团有限公司 龙首矿，甘肃 金昌 737100；3.金昌市应急管理局 应急综合事务中心，甘肃 金昌 737100)

0 引言

某矿矿体赋存标高为1 058～1 671 m，走向NS27°，倾向南西，倾角70°～80°，厚度28～200 m，沿走向全长463 m，矿体及围岩均较破碎。尽管该矿金属品位较低，属贫矿资源，但由于矿石价值较高，为降低开采过程中的矿石损失贫化，矿山采用了下向水平分层进路式胶结充填法进行采矿，同时为提升产量设置1 430 m和1 554 m两个中段同时回采。但近年来全球矿业经济不景气[1]，矿产品价格持续走低，利用高成本的胶结充填法回采低品位矿石使得矿山企业濒临亏损。为了突破生产困境，矿山决定采用生产成本低、采矿效率高的无底柱分段崩落法(简称“崩落法”)替代现行的下向分层胶结充填法[2]，并率先在上部中段进行工业试验。

崩落法试验采场首采分段布置于1 595 m水平，回采范围为9行勘探线以东，回采范围内设计18条回采进路，进路间距为15 m，在这些回采进路中利用上向扇形中深孔崩落1 600～1 613 m高度范围内的矿体。在崩落法采场1 595 m水平首采分段回采进路掘进过程中发现部分进路中顶板渗水、底板积水情况严重，急需制订合理有效的探疏水方案。

1 采场渗水对崩落法采矿的不利影响

矿山崩落法采场首采分段进路中发生的顶板渗水、底板积水情况(见图1)不仅严重影响中深孔凿岩施工作业，更重要的是由于该矿的矿石较软，崩落后产生大量粉矿，粉矿遇水发生黏结(见图2)，导致矿石流动性大幅降低，这将严重影响崩落法放矿椭球体的发育，使崩落的矿石无法顺利放出，从而影响放矿效率[3-5]。为摸清粉矿遇水易发生黏结的根本原因，在井下对进路掘进爆破产生的粉矿进行采样，采用X射线衍射技术对矿石样品进行成分检测，结果表明，粉矿遇水易黏结的原因是矿石中含有3%～7%的绿泥石，绿泥石遇水膨胀、黏化，在矿石颗粒间产生了黏结性[6]。此外，遇水黏结的矿石倒入溜井后还会频繁引发溜井堵塞，影响矿山的正常生产。因此，需要在崩落法采场正式回采之前探清渗水来源，并采取相关的疏排水措施，尽可能减少采场渗水对崩落法首采分段工业试验的不利影响。

(a)2#进路底板积水情况

图2 粉矿遇水易黏结

2 首采分段渗水来源分析

为摸清首采分段回采进路中的渗水来源，在2018年5月-2019年3月对首采分段已完成施工或正在施工的1#-14#进路(15#-18#进路尚未施工)的渗水情况进行了跟踪调查，结果见表1。

表1 首采分段各进路渗水及积水情况

根据各进路所处位置以及进路渗水部位的不同，初步推断1 595 m水平崩落法采场的渗水来源主要有2个：一是F8断层透水，主要发生在1#-4#进路末端揭露断层处；二是崩落法采场上部原1 613 m水平充填采场遗留采空区中的积水下渗，主要体现在5#、6#、11#-14#进路顶板出现渗水，这些进路大多处于1 613 m充填采场遗留采空区的正下方，其上部的充填采场在2016年3月停止开采时，采场中存在部分未充填的巷道，经过2年的汇集，这些遗留空区中可能存在较多的积水，积水通过矿体裂隙下渗后导致下方崩落法采场回采进路顶板渗水。

3 疏水方案设计及应用

3.1 钻孔疏排水方案

在探明采场渗水来源的基础上，制订合理的疏水方案。考虑到地下工程的特殊性，本次采用钻孔疏水，具体而言是利用凿岩机向水源方向打钻，通过钻孔将采场周边的水源释放，钻孔直径80 mm。根据水源的不同，可将本次疏水工作分为两项内容，一项是对崩落法采场上部原1 613 m充填采场遗留采空区中的积水进行疏排，另一项是对断层附近的地下水进行提前疏排，以确保后期崩落的矿石是在相对干燥状态下放出的，而且整个探疏水工作必须遵循“有空(空区)必探，有水必疏，疏水务尽”的基本原则。基于这一原则制订了具体的1 595 m水平崩落法采场疏排水方案，共需钻凿21个中深孔[见图3(a)]。其中有17个钻孔分别位于5#-12#进路中，设计孔深15 m左右，通过在1 595 m水平回采进路中向上部采空区方位打钻孔[见图3(b)]，使钻孔与上部空区底板贯通，从而对可能积蓄在空区中的水进行疏排，而且这些疏排水钻孔在后期对其进行孔底堵塞后，还可作为正排扇形中深孔的一部分进行装药爆破，从而将凿岩工程充分利用。此外，在靠近F8断层的1#-4#进路尽头各打1个朝向断层方向的深孔进行断层排疏水，设计孔深20 m，仰角70°[见图3(c)]。需要注意的是，如若在探疏水过程中发现泄水量较大时，可根据实际情况增补泄水孔，以尽快完成泄水工作。图4为1 595 m首采分段探疏水钻孔现场施工情况。

图3 1 595 m水平崩落法采场钻孔疏排水方案示意图

(a)在5#进路对上方充填采场采空区进行探疏水

探疏水钻孔泄下的水将汇集在1 595 m水平，为了防止泄水积聚在采场影响后期采矿，需要将泄水排出采场，因此需要在各进路及下盘联巷中修筑坡度为0.3%～0.5%的排水沟，同时为确保钻孔所泄水流能够汇至进路排水沟，在泄水孔孔口处悬挂蓄水容器[见图5(a)]，再通过导流管将容器中的积水导流至进路排水沟，各进路中的泄水通过进路排水沟汇至下盘联巷排水沟，再通过下盘联巷排水沟汇流至新建的1 595 m水平积水仓[见图5(b)]，最终通过水泵将积水仓中的积水统一排出采场。

(a)泄水孔导流装置

3.2 应用效果

矿山在完成采场疏排水工作后便进行了崩落法采场的正式回采，初始回采工作面选择在4#-6#进路，回采过程中对这3条进路同时进行拉槽并保持均匀退采。图6为现场拍摄的正排炮孔爆破后的爆堆情况。由图6可见，爆堆上矿石块度均匀、干燥，并未受到水害影响，这为无底柱分段崩落法在该矿山的成功应用奠定了基础。

(a)4#进路爆堆效果

4 结论

a.某矿山矿石破碎，崩落后成粉状，加之矿石中含有绿泥石等黏土矿物成分，崩落的粉矿遇水易黏结，导致矿石流动性变差，不利于无底柱分段崩落法出矿，因而提前探明采场渗水来源并采取相应的疏排水措施是确保无底柱分段崩落法成功应用的关键。

b.井下实地勘察结果表明，1 595 m水平首采分段回采进路中的渗水来源主要有两部分：一是F8断层被揭露破坏后发生透水，二是崩落法采场上部原1 613 m水平充填采场遗留采空区中积水发生下渗。

c.现场实践证明，在首采分段利用中深孔对断层附近水源及采场上部采空区积水进行提前疏排，排水效果较好，爆堆处于干燥状态，从而保证矿石具有较好的流动性，为首采分段的矿石回收创造了良好条件。