謝 勝，劉 博

(1.凡口鉛鋅礦， 廣東 韶關(guān)市 512325；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083)

0 引 言

1982年VCR采礦法在凡口鉛鋅礦試驗(yàn)成功，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，形成了VCR法掏槽、VCR法全斷面爆破和VCR法全孔側(cè)向爆破三種方式[1]，在凡口鉛鋅礦取得了很大成功。該方法在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用對(duì)于礦山維持18萬(wàn)t的年產(chǎn)金屬量至關(guān)重要，因此必須安全高效地構(gòu)建VCR采場(chǎng)。構(gòu)建采場(chǎng)中，首先施工上部鑿巖硐室和底部裝運(yùn)硐室，然后從鑿巖硐室鉆鑿Φ110 mm的下向垂直平行深孔[2]。爆破時(shí)采用高密度、高威力、高爆速、低感度球狀藥包，自下而上逐層爆破，直至爆穿上部鑿巖硐室[3]。

在鑿巖硐室的施工中，凡口鉛鋅礦目前采用的工藝為：施工拉底巷→切采兩幫→壓頂→支護(hù)。在施工完拉底巷后，工人暴露在拉底巷頂板下進(jìn)行切采工作；切采完兩幫后，處理頂板松石，再進(jìn)行壓頂工作，工人再次暴露在頂板下工作；同時(shí)頂板已經(jīng)平衡的應(yīng)力關(guān)系又遭到破壞，極易引起冒落，危及工人的安全。因此提出新的施工方案，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究、改進(jìn)，十分必要。

1 施工方案介紹

1.1 現(xiàn)有施工方案

凡口鉛鋅礦VCR采場(chǎng)鑿巖硐室的施工工藝包括施工拉底巷、切采邊幫、壓頂和頂板支護(hù)。現(xiàn)有方案的施工順序?yàn)椋菏┕だ紫铩胁蛇厧汀鷫喉敗ёo(hù)頂板，如圖1所示。

該方案的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，便于工人操作；該方案的缺點(diǎn)是：拉底巷頂板遭受二次爆破，冒落可能性較大；在切采邊幫和頂板支護(hù)的過(guò)程中，工人直接暴露在頂板下作業(yè)；施工過(guò)程中需要多次出渣，降低了工效；空區(qū)過(guò)高(約3.6 m，大于2.8 m人工可控作業(yè)高度)，不便于錨網(wǎng)支護(hù)作業(yè)。

圖1 現(xiàn)有方案施工順序

1.2 改進(jìn)施工方案

為了克服現(xiàn)有方案的缺點(diǎn)，擬改進(jìn)的施工順序?yàn)椋菏┕だ紫铩胁蛇厧汀敯逯ёo(hù)→降坡施工至底板標(biāo)高。該方案考慮在鑿巖硐室設(shè)計(jì)底板標(biāo)高0.8～1.0 m以上施工拉底巷，在切采完邊幫后，立刻處理松石，對(duì)頂板進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)；之后向下鉆孔實(shí)施松動(dòng)爆破，降坡施工至硐室底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，掘進(jìn)和爆破工效均較高。而且工人在錨網(wǎng)的保護(hù)下施工，安全性大大提高，同時(shí)也減少了對(duì)頂板的破壞程度，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)方案施工順序

2 方案模型的建立

根據(jù)上述方案的施工順序情況，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件[4]，對(duì)現(xiàn)有和改進(jìn)的施工方案進(jìn)行模擬。鑿巖硐室參數(shù)為寬×高=8.0 m×3.6 m，拉底巷參數(shù)為寬×高=3.0 m×2.6 m。在鑿巖硐室兩側(cè)建立X、Y軸方向約束，在豎直方向上建立Z軸坐標(biāo)，利用摩爾—庫(kù)侖[5]準(zhǔn)則，建立平衡關(guān)系。為了使模擬結(jié)果具有可信性，Z軸方向上施加應(yīng)力按凡口鉛鋅礦最深的-650 m生產(chǎn)中段處應(yīng)力計(jì)算，以保證其他中段的施工可靠性。根據(jù)凡口鉛鋅礦圍巖物理力學(xué)參數(shù)，泊松比μ為0.29，由此計(jì)算X、Y軸的方向應(yīng)力。通過(guò)設(shè)置模型的開(kāi)挖順序和計(jì)算步驟，監(jiān)測(cè)鑿巖硐室開(kāi)挖后，模型頂板的穩(wěn)定性和邊幫的應(yīng)力及位移變化。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

3.1 頂板位移云圖對(duì)比

在鑿巖硐室頂板中心設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)應(yīng)力和位移變化，兩種方案模擬結(jié)果中頂板位移云圖如圖3所示，方框內(nèi)為頂板位移區(qū)。

圖3 頂板位移云圖

由圖3所示，兩種方案中，頂板位移最大量分別為1.06和1.04，可見(jiàn)兩種方案對(duì)頂板的破壞程度相差不大，但是現(xiàn)有方案的最大位移區(qū)占頂板面積的50%，改進(jìn)方案的最大位移區(qū)占頂板面積的25%(方框內(nèi)深色為最大位移區(qū))?？梢?jiàn)改進(jìn)方案降低了頂板大面積冒落的可能性。

3.2 頂板監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化曲線

兩種方案頂板中心監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移曲線如圖4所示,圖中由下至上箭頭所指相應(yīng)為施工順序1至3時(shí)的頂板位移。

圖4 頂板點(diǎn)位移曲線

由圖4所示，現(xiàn)有方案中施工拉底巷時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為0.5，切采邊幫時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為0.8，薄壓頂板時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為1.06；改進(jìn)方案中施工拉底巷時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為0.5，切采邊幫時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為0.9，降坡施工時(shí)，頂板中心點(diǎn)位移為1.04?？梢?jiàn)現(xiàn)有方案中，頂板中心點(diǎn)的位移變化經(jīng)受了2次大變動(dòng)，發(fā)生二次冒落的可能性較大；改進(jìn)方案中，在切采邊幫時(shí)，頂板發(fā)生冒落的可能性較大，但由于可以很快處理松石，并進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，降低了空區(qū)暴露時(shí)間，在降坡施工時(shí)，頂板位移變化不大，提高了工人施工的安全性。

3.3 邊幫應(yīng)力云圖對(duì)比

兩種方案中邊幫應(yīng)力云圖如圖5所示，方框內(nèi)為邊幫應(yīng)力區(qū)。

由圖5所示，現(xiàn)有方案中，邊幫最大應(yīng)力區(qū)占邊幫的40%，改進(jìn)方案中，邊幫最大應(yīng)力區(qū)占邊幫的20%(方框內(nèi)深色為最大應(yīng)力區(qū))，因此現(xiàn)有方案發(fā)生片幫的可能較大，對(duì)于可能發(fā)生片幫的區(qū)域必須采取必要措施，以保護(hù)施工人員和機(jī)械設(shè)備的安全。

4 結(jié) 論

(1) 改進(jìn)方案降低了頂板發(fā)生大面積冒落的可能性，在切采后，立即處理松石，錨網(wǎng)支護(hù)，降低了工人暴露在頂板下發(fā)生危險(xiǎn)的可能。

圖5 邊幫應(yīng)力云圖

(2) 改進(jìn)方案降低了鑿巖硐室邊幫發(fā)生片幫的可能性，同時(shí)邊幫的中心區(qū)較易發(fā)生片幫，必須采取二次切采等措施，保證安全。

(3) 通過(guò)優(yōu)化施工順序，對(duì)現(xiàn)有施工工藝加以改進(jìn)，保證鑿巖硐室的安全高效施工，安全構(gòu)建VCR采場(chǎng)，保證該采礦方法在凡口鉛鋅礦的高效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鵬偉. 光面爆破在凡口鉛鋅礦間柱深孔爆破中的應(yīng)用[J]. 采礦技術(shù), 2012, 12(4): 84-86.

[2]解世俊. 金屬礦床地下開(kāi)采[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2008.

[3]史秀志, 邱賢陽(yáng), 張木毅, 等. 凡口鉛鋅礦無(wú)底柱深孔后退式崩礦嗣后充填采礦法[J]. 采礦技術(shù), 2011, 11(4): 11-12.

[4]陳育民, 徐鼎平. FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實(shí)例[M]. 北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

[5]黃剛海. 間柱采場(chǎng)深孔爆破落礦采礦工藝關(guān)鍵技術(shù)數(shù)值模擬研究[D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué), 2010.