郭林寧， 孫 偉， 馮興隆， 劉華武， 侯克鵬

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000； 2.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司，云南 香格里拉 674400)

普朗銅礦為目前國(guó)內(nèi)最大的銅礦山，同時(shí)也是國(guó)內(nèi)采用自然崩落法開(kāi)采的最大的礦山。與傳統(tǒng)崩落采礦法不同的是，自然崩落法一旦實(shí)施，將極難進(jìn)行開(kāi)采方案的變更，同時(shí)它也是一種技術(shù)含量很高的采礦方法。對(duì)普朗銅礦來(lái)說(shuō)，自然崩落法是一種新的采礦方法，在國(guó)內(nèi)礦山也不多見(jiàn)，成功地應(yīng)用自然崩落法的礦山更是屈指可數(shù)。因此對(duì)自然崩落法整個(gè)開(kāi)采工藝環(huán)節(jié)所存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，可為后續(xù)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 普朗銅礦自然崩落法采礦工藝

普朗銅礦將3 720 m水平以上的200 m礦體作為一個(gè)采場(chǎng)，通過(guò)在礦體的3 736 m水平進(jìn)行中深孔拉底爆破，形成拉底空間(高15 m)，使上部礦體在次生應(yīng)力場(chǎng)的作用下，內(nèi)部不連續(xù)面持續(xù)擴(kuò)張，并在重力作用下進(jìn)行崩落，崩落礦石通過(guò)布置在拉底和出礦水平之間的聚礦槽和3 720 m的出礦進(jìn)路放出。隨著拉底空間的不斷擴(kuò)大和崩落礦石的持續(xù)放出，上部礦體連續(xù)崩落并不斷向上發(fā)展，直至覆蓋巖層并崩通地表。

2 拉底工藝中存在的危險(xiǎn)因素

自然崩落法是通過(guò)在放礦點(diǎn)上部進(jìn)行拉底，直至拉底面積達(dá)到足夠大，礦石才能形成初始崩落和保持正常的持續(xù)崩落。影響拉底的因素主要有：拉底方式(拉底戰(zhàn)略)、拉底順序、拉底推進(jìn)速度、拉底高度、拉底形狀與工藝、拉底巷道施工與支護(hù)。

2.1 拉底方式

目前共有4種拉底方式，分別為：后拉底、預(yù)拉底、前進(jìn)式拉底以及亨德森拉底，其中前三種使用較多。拉底方式不合理將會(huì)引起以下問(wèn)題：不能進(jìn)行有效的崩落礦石；補(bǔ)償空間不夠；引起較大的應(yīng)力集中，影響出礦水平底部結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定；影響施工進(jìn)度；容易形成巖柱、巖墻。

2.2 拉底順序

影響拉底順序的因素主要有：礦體形狀；礦體內(nèi)品位的分布；原巖應(yīng)力的方向和大?。坏V體的強(qiáng)度和空間變化；礦石的構(gòu)造特征；在拉底礦塊附近是否存在已有的崩落區(qū)。

拉底順序不合理可能導(dǎo)致：礦石無(wú)序、不可控的崩落；巖體的大面積垮塌、空氣沖擊波的發(fā)生；應(yīng)力的集中，巷道的嚴(yán)重破壞。

2.3 拉底推進(jìn)速度

許多因素影響礦山的最優(yōu)的拉底速度。為了獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，要求加大拉底速度，但過(guò)高的拉底速度對(duì)拉底巷道、底部結(jié)構(gòu)、出礦水平巷道造成較大的破壞。拉底速度與礦石崩落速度、出礦速度應(yīng)一致，如果拉底速度過(guò)慢而放礦速度過(guò)快就會(huì)造成礦石崩落頂板與礦堆空間增大，頂板冒落引起空氣沖擊波風(fēng)險(xiǎn)增大；拉底過(guò)快而放礦速度過(guò)慢，則會(huì)導(dǎo)致礦石壓實(shí)，難以放出。

2.4 拉底高度

較大的拉底高度可以限制出礦水平巷道的誘導(dǎo)應(yīng)力，保證崩落的順利進(jìn)行和礦巖的順利流動(dòng)。然而由于高拉底必須采用深孔進(jìn)行拉底爆破，容易形成不規(guī)則的頂板，導(dǎo)致崩落效果不好。

2.5 拉底形狀與工藝

受爆破施工影響，拉底形狀對(duì)拉底的難易程度和效果及初始的崩落效果有較大影響。通常存在以下問(wèn)題：炮孔施工質(zhì)量差；爆破效果不理想，形成巖柱。

2.6 拉底巷道施工與支護(hù)

拉底巷道與出礦巷道相比，服務(wù)時(shí)間相對(duì)較短，不是永久性工程。但是其在崩落過(guò)程很重要，必須保證在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全。拉底巷道主要存在以下問(wèn)題：拉底巷道的支護(hù)過(guò)于簡(jiǎn)單，可能在鑿巖、打孔工程中造成人員傷害和設(shè)備損失；拉底巷道支護(hù)過(guò)于堅(jiān)固，可能會(huì)難以爆破，造成資金的浪費(fèi)；爆破下來(lái)的支護(hù)措施(像噴錨網(wǎng)、鋼筋等)可能會(huì)劃傷皮帶，影響礦山運(yùn)輸。

3 出礦工藝中存在的危險(xiǎn)因素

出礦工藝環(huán)節(jié)是自然崩落法采礦中重要的環(huán)節(jié)之一。普朗銅礦在此工藝環(huán)節(jié)過(guò)程中可能出現(xiàn)大塊率過(guò)高、卡斗、底部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、聚礦槽成槽失敗等現(xiàn)象。

3.1 大塊率過(guò)高

礦石崩落塊度有三個(gè)不同的階段，即自然塊度、初始?jí)K度和出礦塊度。礦石(巖體)的自然塊度是由礦體(巖體)的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度以及本身的構(gòu)造密度、空間分布狀態(tài)、發(fā)育程度等礦體自身性質(zhì)決定的。通過(guò)拉底來(lái)破壞礦體本身的原巖應(yīng)力，加大礦體存在的軟弱結(jié)構(gòu)面，增加礦體本身不存在的節(jié)理裂隙，從而達(dá)到初始?jí)K度的要求。在放礦過(guò)程中，礦石相互碰撞擠壓破碎形成出礦塊度。在礦石三個(gè)不同的塊度階段，塊石塊度大小不同，一般來(lái)說(shuō)，自然塊度大于初始?jí)K度，而初始?jí)K度又大于出礦塊度。

出現(xiàn)大塊率過(guò)高的原因可能有：

(1)第二階段礦體沒(méi)有充分將結(jié)構(gòu)面擴(kuò)展，導(dǎo)致破碎的巖體塊度較大。造成這種情況出現(xiàn)的原因可能為拉底推進(jìn)速度過(guò)快。由于拉底速度過(guò)快還會(huì)導(dǎo)致崩落的礦石一直與頂板相連，無(wú)法使崩落的塊石在重力作用下進(jìn)行破碎達(dá)到預(yù)測(cè)的初始?jí)K度值。

(2)隨著放礦活動(dòng)的進(jìn)行，松散礦石不斷移動(dòng)，礦石的活動(dòng)帶周圍出現(xiàn)張力松馳，對(duì)將崩落礦石的夾制作用降低，使其出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，最終滑動(dòng)崩裂。因此，較快的放礦速度為礦石提供的崩落機(jī)會(huì)大，崩落礦石受應(yīng)力作用的時(shí)間就短，節(jié)理裂隙無(wú)法充分發(fā)育和貫穿切割，崩落礦石的塊度必然大。

3.2 卡斗

卡斗的形成有三種情況：(1)崩落的超大塊直接壓在底部結(jié)構(gòu)之上，造成底部結(jié)構(gòu)堵塞與卡斗；(2)崩落塊度并不足以直接堵塞底部結(jié)構(gòu)，而是適當(dāng)?shù)膲K度相互組合堆疊造成底部結(jié)構(gòu)堵塞；(3)由于選礦廠、尾礦庫(kù)等采礦工藝環(huán)節(jié)之外的因素出現(xiàn)故障，造成礦山無(wú)法正常出礦，礦石存留在采場(chǎng)內(nèi)無(wú)法放出，造成底部結(jié)構(gòu)壓死現(xiàn)象。

3.3 底部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)

底部結(jié)構(gòu)屬于礦山的咽喉部位，十分重要，一旦底部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦山都無(wú)法正常運(yùn)營(yíng)，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。直接影響底部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素有：底部結(jié)構(gòu)的礦巖性質(zhì)及巖石力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性；底部結(jié)構(gòu)的支護(hù)與施工；卡斗(超大塊)對(duì)底部結(jié)構(gòu)的破壞；二次破碎的震動(dòng)影響；鏟運(yùn)機(jī)在鏟礦運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)底部結(jié)構(gòu)的破壞。目前，普朗銅礦的底部結(jié)構(gòu)不會(huì)失穩(wěn)，然而底部結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)18年，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，底部結(jié)構(gòu)可能無(wú)法一直保持穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 聚礦槽成槽失敗

聚礦槽施工爆破后，不能形成桃形礦柱，出現(xiàn)類似“樓板”現(xiàn)象，從而影響生產(chǎn)效率和出礦進(jìn)度。造成這種情況的原因有：爆破設(shè)計(jì)不合理，對(duì)拉底層的測(cè)量不準(zhǔn)確，導(dǎo)致炮孔打穿，無(wú)法裝藥；炮孔布置不合理，現(xiàn)場(chǎng)工人不按設(shè)計(jì)圖打孔；現(xiàn)場(chǎng)工人不按設(shè)計(jì)進(jìn)行裝藥，或設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)不合理；爆破方式不合理；炮孔變形，導(dǎo)致炸藥裝不進(jìn)去。

4 普朗銅礦在放礦工藝中存在的危險(xiǎn)因素

普朗銅礦放礦過(guò)程中主要涉及到溜井井壁的磨損和放礦管理兩個(gè)方面。

4.1 溜井井壁磨損

主溜井是地下金屬礦山最重要的開(kāi)拓系統(tǒng)工程之一，卸礦過(guò)程中礦石對(duì)溜井的損傷形式主要表現(xiàn)為對(duì)溜井的沖擊損傷和摩擦損傷。溜井井壁的磨損與礦石的塊度、礦石的運(yùn)動(dòng)速度、礦石沖擊角度、摩擦系數(shù)以及礦石與圍巖的力學(xué)參數(shù)有關(guān)。

4.2 放礦管理

放礦管理在普朗銅礦日常工作中是一項(xiàng)十分繁瑣的工作，一旦放礦管理不合理則很難實(shí)現(xiàn)均衡出礦，可能出現(xiàn)損失貧化，甚至出現(xiàn)沖擊地壓或壓死現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

在普朗銅礦開(kāi)采之前，國(guó)內(nèi)只有銅礦峪礦山成功采用自然崩落法采礦，因此，普朗銅礦在開(kāi)采過(guò)程中可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。普朗銅礦需要在開(kāi)采過(guò)程不斷探索、不斷學(xué)習(xí)，因此對(duì)普朗銅礦自然崩落法采礦工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，辨識(shí)方向主要是自然崩落法采用的拉底、出礦、放礦三個(gè)工藝方面。在拉底工藝方面，影響拉底的因素主要有拉底方式、拉底順序、拉底推進(jìn)速度、拉底高度、拉底形狀與工藝以及拉底巷道的施工與支護(hù)；在出礦工藝環(huán)節(jié)可能會(huì)面臨大塊率高、卡斗、底部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)以及聚礦槽成槽失敗的問(wèn)題；在放礦工藝環(huán)節(jié)中面臨著溜井井壁磨損以及放礦管理不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。