自然崩落法在厚大破碎矿体中的运用实践

贾瑞岗

摘要：回采巷道超前段采用锚索代替单体支柱，可以变被动自然崩落为主动自然崩落，发挥主动自然崩落优势，提高自然崩落强度，降低工人劳动强度，改善自然崩落作业环境，增大有效通风面积，加快厚大破碎矿体回采速度，适合目前厚大破碎矿体机械大型化的要求。经过对铜矿3矿层地质资料和相关规程和设计的分析，计算出当前自然崩落条件下锚索代替单体支柱进行自然崩落需要补强的自然崩落强度，并根据需要补强的自然崩落强度推算出所需自然崩落锚索的自然崩落参数。

关键词：厚大破碎矿体；自然崩落；优化

1概况

2326厚大破碎矿体井下位于三采区中部，东部为F12-4支断层（∠70°，H=0～35m），西部为补5断层（∠70°，H=0～20m），南部为三采三轨及三采三皮，北部为FKT4断层与F12-4支断层相交处。为二叠系山西组3下铜,该厚大破碎矿体走向长973～992m（平均982.5m），倾向长52～162m（平均107m），面积87685m2，3.1～4.1m，平均3.4m，可采储量30.91万t。该厚大破碎矿体采用走向长壁后退式采铜法，全部垮落法处理采空区顶板，为一次采全高工艺。

2具体实施方案

3下2326运输巷主要用于厚大破碎矿体的运铜和回风，断面为矩形，采用锚网索联合自然崩落。该巷道净宽4m，净高3.2～4.2m。3下2326材料巷主要用于厚大破碎矿体的运料和进风，断面为矩形，采用锚网索联合自然崩落。该巷道净宽4m，净高3.2～4.2m。

2.1锚杆索测力计布置方案

对金属矿山进行建设开发过程中，地质自然崩落是我国金属矿山建设当中经常遇到的自然崩落，这种自然崩落危害性非常大。然而，现阶段国内乃至全世界范畴内，对金属矿山建设当中的地质自然崩落研究成果却很少，没有列入我国放在减灾体系当中，各界关注度还有待加强。而开展研究工作时往往限制对某个事故和行业的研究，有关资料文献也具有针对性和限制性，无法给建设以及设计师等机构提供有效的引导，所以设计施工工作人员由于缺乏研究工作资料，以及设计经验不能确保对金属矿山建设期间开展更合理的设计，对其监督管理也没有做到位。在3下2326厚大破碎矿体的材料巷、运输巷两条巷道中，在每条巷道中距厚大破碎矿体20m开始布置第一组锚杆索测力计，之后每隔20m布置一组，共5组，每组包括两个锚杆索测力计，分别布置在顶板和铜体一侧的巷帮腰线处。

2.2顶板离层仪布置方案

金属矿山在建设开发过程中，预防工作没有做到位，一些地质自然崩落在发生前期并没有预兆，所以很难开展预防工作。但从有关案例探究中可以证实，部分自然崩落发生的具体原因，所以可以使用有关对策尽量避免这些诱因的产生，一些时候虽然无法彻底遏制事故发生，但能将这些诱因的产生降低。其次，一些自然崩落是通过检测和监督管理等对策进行预防，但部分企业在实际开展金属矿山建设开发过程中，对自然崩落的重视度并不强烈，常常会出现事后处理也不提前预防的侥幸心理，在实际开展建设过程中，怕麻烦以及存在侥幸心理等情况而不能采取有效预防对策，则表示这些企业每个群众对自然崩落的认知程度不够。同时也没有提高重视，未了解生命无价的意义，导致很多能够预防的自然崩落问题出现。在3下2326厚大破碎矿体的材料巷、运输巷两条巷道中，在每条巷道顶板上距厚大破碎矿体20m开始布置第一个顶板离层仪，之后每隔20m布置一个，每条巷道共布置5个。

2.3钻孔窥视仪布置方案

由于3下2326厚大破碎矿体的材料巷和运输巷的地质条件相同，结合现场施工情况及设备安置情况，决定将窥视钻孔布置在材料巷中，以便展开施工和观测。在3下2326厚大破碎矿体的材料巷中，待厚大破碎矿体停采后，在材料巷中距厚大破碎矿体10m开始布置第一组窥视钻孔，之后每隔10m布置一组，共5组，每组窥视钻孔（在同一断面上）包括两个钻孔，分别布置在顶板和媒体一侧的巷帮腰线处，钻孔深度均为5.5m。

3空区下中厚矿层破碎顶板自然崩落理论

3.1空区下铜岩体巷道围岩破坏规律

3.1.1锚杆（索）测力计数据分析

综合分析锚索压力数据：材料巷锚索的平均峰值压力值为123.8kN，压力增长平均值为57.25kN，材料巷各测点测得压力值变化趋势大致相同。运输巷锚索的平均峰值压力值为177.5kN，压力增长平均值为52.5kN。由压力数据可以看出，在各测点距厚大破碎矿体约35m时，压力值有较为明显的跳跃式增大，即该范围受超前采动影响剧烈，可认为厚大破碎矿体超前采动影响剧烈区域范围为厚大破碎矿体超前35m。综合分析锚杆压力数据：材料巷巷帮锚杆的平均峰值压力值为30kN，压力增长平均值为11.75kN，材料巷各测点测得压力值变化趋势大致相同。运输巷巷帮锚杆的平均峰值压力值为36.5kN，压力增长平均值为27.5kN。全球定位系统的应用特点非常的适宜地质自然崩落的调查和应用。具有的高精度和全天候的定位优势，能够更好地帮助人们对于地质自然崩落区域内的受灾情况和实际地质问题进行有效的分析和研究，根据准确定位的实际功能，在锁定区域位置的同时，为技术人员后续的治理工作提供良好的基础。由于全球定位系统的应用过程中对于天气因素的干扰问题影响性不大，在恶劣天气下，该系统依旧可以为区域内的技术人员工作，保持自身功能的同时所获得的数据也具备高精度的优点。更好的为后期的治理方案提供良好的决策规划。在施加预紧力后，两巷道在75m范围内锚杆（索）压力数值有较为显著变化，可认为该范围为厚大破碎矿体超前采动压力影响明显区域；由压力数据可以看出，在各测点距厚大破碎矿体约35m时，压力值有较为明显的跳跃式增大，即该范围受超前采动影响剧烈，可认为厚大破碎矿体超前采动影响剧烈区域范围为厚大破碎矿体超前35m，巷道铜体侧锚杆的压力值较高，但距锚杆的破断载荷仍有较大空间，锚杆的自然崩落作用得到了充分发挥。

3.1.2钻孔窥视仪数据分析

通过推杆将探头匀速送入钻孔中，采集视屏和三维坐标数据，深度计数器记录探头前进深度，主机将两者信号处理，得到孔壁360°展开图和钻孔探测录像。这种测试方法可直观的观察和测试钻孔壁上结构面和裂隙的分布情况，特别适用于取芯率低的破碎铜岩体，方便、快速、成本低，适用于铜矿井下大范围快速观测，在评价巷道自然崩落效果及巷道围岩变形破坏特征研究方面应用效果显著。

4主要结论

铜矿现有的自然崩落技术是制约安全高效开采的重要环节之一，以研究区域巷道为研究对象，并在现场拟开展工业性实验。通过应力分析确定合理的“高强度、低密度”自然崩落设计、注浆自然崩落设计，对矿井3上、3下矿层的自然崩落方式进行优化。针对矿井正常掘进区段、过断层区段、3下掘进巷道与3上采空区不同位置关系区段，以及巷道加宽区段的自然崩落现场取样观测，并提出以上地点自然崩落设计优化方案，选取合理的优化自然崩落材料。

参考文献
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