1、大直径深孔采场采空区悬顶处理工艺技术研究何斌全1,李仲泽1,2,陈国辉1,雷成1,陈功1,刘奇3(1.湖南柿竹园有色金属有限责任公司,湖南 郴州市 4 2 3 0 3 7;2.中钨高新材料股份有限公司,湖南 株洲市 4 1 2 0 0 8;3.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南 长沙 4 1 0 0 1 2)摘 要:为解决柿竹园多金属矿大直径深孔采场爆破后存在的采空区悬顶、顶板处理困难等问题,结合现场实际情况,采用不同凿岩方式、爆破方式、装药结构和微差爆破时间处理悬顶,针对不同悬顶形式、悬顶厚度和高度,分别采用了深孔加密炮孔、深孔微差爆破、保安矿柱侧向凿岩硐室爆破及炮孔底部聚能爆破等技术破除悬顶
2、,并对这4种悬顶处理方式进行了分析比较。4种悬顶处理方式在矿山应用效果良好,可为类似矿山处理悬顶问题提供参考。关键词:大直径深孔采矿;悬顶处理;深孔微差爆破;深孔加密炮孔;炮孔底部聚能爆破 湖南柿竹园有色金属有限责任公司是集采选冶于一体的大型矿山企业,其矿山为大型接触交代矽卡岩矿,属复合型钨钼铋多金属矿床,矿体f系数高达1 21 4,矿岩可崩性差。随着大直径深孔采矿方法的推广运用,矿山年产量逐年递增,目前生产能力为2 2 0万t/a。受原岩构造复杂(硫铁、溶洞、破碎带、裂隙等)、工艺运用不熟、爆破参数设计不尽合理等多重因素影响12,矿山采场爆破后存在采空区悬顶问题,处理难度大,严重影响地压管理
3、、生产效率及回采率,增加了回采损失率和爆破成本。目前公司大多数采场都采用大直径深孔侧向崩矿采矿法进行回采,采场内凿岩采用T 1 5 0潜孔凿岩台车,在钻凿下向大直径平行深孔过程中,岩性、炮孔偏斜率和布孔方式是影响爆破效果的重要因素35。通过分析台车施工阶段机械、方法、参数以及现场的实际情况,可知钻孔跑偏、钻孔变形错位、钻孔堵塞是造成悬顶产生的基础因素;临空面台阶返碴堵塞炮孔、地压及爆破破坏致使后续炮孔错位、布孔方式不合理造成大块率升高,以及后续原岩开裂造成爆破泄能等是造成悬顶产生的变动因素,故须综合运用理论分析方法和现场实操优化手段67,从技术和管理层面深入开展研究,降低悬顶或避免悬顶的产生。
4、经为期一年的试验研究与实践,针对悬顶方式、悬吊厚度及高度的不同,采用不同的凿岩方式、爆破方式、装药结构和微差爆破时间,处理悬顶问题,形成了一套成熟的悬顶处理工艺技术,以期为类似悬顶处理提供思路、方法。1 回采工艺柿竹园多金属矿主要矿体成分为钨、钼、铋、萤石等,整个矿体呈透镜状,上至6 4 0m标高,下至3 8 5m标高。在柿竹园大直径深孔采矿方法回采中,以3 0 0m 3 0 0m范围内富矿矿体北部及东部独立矿体为主要推广点,通过阶段矿房法将5 1 45 5 8m分层6 0%的矿体进行了回采,随着采出矿压力的逐年增大,北部及东部独立矿体的回采成为矿源供应的主要接替区域,大直径深孔采矿法实现了安
5、全、经济、高效的矿房回采,开采方案如图1所示。以盘区为回采单元组织生产。盘区尺寸为2 4 9m 1 0 0m。采场分为矿房和矿柱两步骤回采,采场长9 0m,矿房宽2 0m,矿柱宽1 8m,采场高度为中段高度,即5 0 6 0m。各中段通过辅助斜坡道相互连通。凿岩采用T 1 5 0潜孔凿岩台车在凿岩硐室以4.0m 2.5m的网度钻凿下向平行炮孔,钻孔直径为1 2 0mm。采用混装炸药和非电导爆起爆系统,侧向崩矿。底部结构采用S i m b a 1 3 5 4凿岩台车钻凿炮孔崩落受矿,炮孔按扇形上向孔布置,钻孔直径为7 6mm。采用5m3的遥控智能铲运机集中在采场底部出矿,铲运机铲装卸全过程自动化
6、运行,操作人员在地表集中控制室控制。I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第2期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2 3,N o.22 0 2 3年3月M a r.2 0 2 3DOI:10.13828/ki.ckjs.2023.02.007图1 大直径深孔开采方案2 悬顶处理技术工艺2 0 1 9年,该矿东部大直径深孔采场在回采爆破切割槽过程中,由于受凿岩遇构造(硫铁)及矿岩变化(节理、弱面)影响,炮孔堵塞及钻孔偏率增大;在拉槽爆破时,切割井周边扩井孔爆破后造成硐室底部接触面高位悬顶。为了
7、有效处理悬顶,通过现场勘查及实践,形成了深孔加密炮孔悬顶处理、深孔微差爆破悬顶处理、保安矿柱侧向凿岩硐室爆破悬顶处理及炮孔底部聚能爆破悬顶处理等实用技术。2.1 深孔加密炮孔悬顶处理技术 悬顶高度处于接近凿岩硐室底部区域,悬顶厚度为1 0m以上,悬顶块段较为完整,便于炮孔延伸至悬顶区域,可采用T 1 5 0潜孔凿岩台车钻凿加密炮孔,炮孔施工需避开凿岩硐室底部已破坏的松散层,施工至悬顶底部(避免穿孔),孔底距为3.03.5m,同时可在周边硐室空区临界面按此方法施工加密炮孔,提升爆破作业对悬顶区域处理的成功率。此外,明确起爆顺序与起爆网路,做好爆破安全施工管理工作,可有效解决爆破带来的弊端和隐患,
8、提高施工安全性。深孔加密炮孔悬顶处理方案如图2所示。图2 深孔加密炮孔悬顶处理27采矿技术2 0 2 3,2 3(2)2.2 深孔微差爆破悬顶处理技术深孔微差爆破悬顶处理技术较为灵活,可处理悬顶厚度为1 02 0m,而高度不受限制,同时悬顶块段较为破碎,炮孔无法延伸至悬顶区域。针对这类悬顶工况,可利用下向平行炮孔进行孔内装药结构及孔间、孔内分段依序起爆和分段合理延时爆破等技术解决悬拱难题。这种爆破技术的核心是装药方式、装药结构和微差时间的合理控制,采用对冲起爆或聚能起爆的方式对破碎的悬顶块段进行破碎崩落的破岩机理。深孔微差爆破布置方案如图3所示。图3 深孔微差爆破悬顶处理因为上部及下部形成自由
9、面后,悬顶段爆破作用可对向上及向下孔口拉应力充分作用,故利用上下2个自由面,中间分段,最后采用对冲起爆促进爆破悬顶区域充分聚能崩落。2.3 保安矿柱侧向凿岩硐室爆破悬顶处理技术悬顶高度处于临空面腰段,凿岩硐室炮孔无法延伸至悬顶区域,且悬顶块段较为完整,采用深孔微差爆破无法对完整的悬顶块段进行破坏(悬顶厚度不受限),可通过保安矿柱侧向凿岩硐室爆破处理悬顶。通过勘查悬顶高度位置确定凿岩硐室的开凿高度,对应分层施工凿岩硐室后进行布孔、爆破,确保悬顶破岩崩落。该技术施工成本较高,且悬顶区域三面临空,施工硐室需要先进行探孔施工,在确保安全的条件下再施工。保安矿柱侧向凿岩硐室爆破悬顶处理爆破布置方案如图4
10、所示。2.4 炮孔底部聚能爆破悬顶处理技术悬顶高度处于临空面底部,悬顶厚度较薄或多为大块悬拱,可通过现场勘查后,在保安矿柱侧向直接进行钻孔作业,施工侧向孔(加密炮孔)延伸至悬顶区域进行爆破崩落,若为大块高位悬拱,可施工侧向穿孔,采用竹竿送药贴住大块进行裸爆,确保大块有效破岩崩落。炮孔底部聚能爆破悬顶处理方法如图5所示。图4 保安矿柱侧向凿岩硐室爆破悬顶处理图5 炮孔底部聚能爆破悬顶处理3 4种悬拱处理技术比较该矿大直径深孔采场回采过程中产生悬顶的因素多,导致悬顶高度、厚度的不稳定性。经过近几年处理技术的实践与运用,处理悬顶的方法多样,施工难度及施工成本存在差异,施工处理的效果也因悬顶高度、厚度
11、、方位的不同而存在优劣。经统计,上述4种悬顶处理方法技术经济对比分析见表1。4 结论柿竹园多金属矿井下生产实际中,悬顶是由爆破37何斌全,等:大直径深孔采场采空区悬顶处理工艺技术研究表1 4种悬顶处理技术对比处理方法工程量施工难度施工工期/d处理成本/万元处理效果破坏程度加密排1 0 0 2 0 0m一般7 1 02一般忽略不计微差爆破0较大7 1 00.5一般忽略不计硐室爆破1 0 0 1 5 0m3安全差,难度大1 5 2 06 8理想较大聚能爆破1 0 0m不大5 70.5较理想忽略不计效果不佳所导致,且极易造成爆破补偿空间不足,无法提供回采爆破所需自由面,致使后续回采爆破高度不够,影响
12、正常生产。经长期悬顶处理试验研究与实践,所得结论如下。(1)悬顶形成的原因多种多样,从施工质量入手,应及时避开破碎带,做好炮孔高精度施工,合理进行爆破设计,均能有效减少悬顶。如遇构造(硫铁、溶洞),需要对硫铁进行注水冲洗后,在矿体内构造区安装空气间隔袋间隔后分段装药,可极大程度地限制或避免悬顶形成。(2)生产实际中如遇悬顶,可依据悬顶方式、高度及厚度差异选择深孔加密炮、深孔微差爆破、保安矿柱侧向凿岩硐室爆破、炮孔底部聚能爆破4种悬顶处理技术针对性地处理。(3)研究形成的4种悬顶处理技术均有不同的针对特性,在柿竹园适用性较好,可在同类型或相似条件矿山推广运用。参考文献:1 马涛.地下矿山悬顶处理
13、扩壶爆破技术的试验与应用J.矿业研究与开发,2 0 1 9,3 9(0 8):1 6-2 1.2高志斌,潘健,秦超.无底柱分段崩落采矿法悬顶产生原因及预防处理措施J.黄金,2 0 1 7,3 8(0 9):3 5-3 9.3綦晓磊,梁彦波,宋肖杰,等.切割槽拉槽爆破悬顶现象产生的原因及处理技术J.中国矿山工程,2 0 1 5,4 4(0 1):3 2-3 4.4张志伟,谢益盛,张鹏鹏.静力定向破岩技术在处理巷道悬顶问题中的研究与应用J.煤炭工程,2 0 2 0,5 2(0 2):6 9-7 3.5彭杰.无底柱分段崩落法悬顶问题分析研究J.湖南有色金属,2 0 1 7,3 3(0 4):6-7+3 5.6唐红兵.悬顶处理技术探索J.甘肃冶金,2 0 1 1,3 3(0 4):3 0-3 2.7雷丁,李卫强,李硕伟.中深孔爆破悬顶处理在金源公司的应用J.采矿技术,2 0 1 6,1 6(0 1):8 1-8 2.(收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 9)作者简介:何斌全(1 9 6 5),男,湖南桂东人,硕士,教授级高工,主要从事矿山采矿技术研究与矿山企业管理工作,E-m a i l:2 8 5 9 5 6 0 2 7 7 q q.c o m。47采矿技术2 0 2 3,2 3(2)
