譚寶會(huì)，張剛剛，孫克讓?zhuān)队懒?，李明?rùn)

(1.西南科技大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621010；2.金川集團(tuán)有限公司龍首礦，甘肅 金昌 737100；3.宏大爆破工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

懸頂是無(wú)底柱分段崩落法采礦過(guò)程中常見(jiàn)的生產(chǎn)事故之一，一旦某條進(jìn)路發(fā)生了懸頂事故，就會(huì)嚴(yán)重影響該進(jìn)路的正?；夭勺鳂I(yè)[1]。如果懸頂事故不及時(shí)處理，而是強(qiáng)行繼續(xù)退采，則很可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大懸頂事故的規(guī)模，加大懸頂處理難度，同時(shí)還會(huì)造成大量的礦石損失。因此，懸頂事故的發(fā)生不僅會(huì)嚴(yán)重影響礦石的正常回收，而且還增加了采礦成本、降低了采礦效率和作業(yè)安全性。一般而言，造成懸頂事故的原因主要有爆破參數(shù)不合理、中深孔鑿巖不到位、炮孔堵孔未疏通、裝藥不到位等[2]。為了安全高效地處理懸頂事故，相關(guān)技術(shù)人員和研究人員進(jìn)行了積極探索，相繼提出了誘導(dǎo)冒落法[3]、側(cè)向傾斜孔爆破法[4]、擴(kuò)壺爆破法[5]、前傾孔壓頂爆破法[6]、硐室爆破法[7]等處理方法，并取得了顯著成效。然而在實(shí)際工程中，由于礦山生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，各礦山引發(fā)懸頂?shù)脑蚋鞑幌嗤?，在處理懸頂時(shí)也要根據(jù)礦山實(shí)際情況制訂最合理的方案。

1 礦山懸頂事故發(fā)生過(guò)程

龍首礦西二采區(qū)礦體分為1 554 m和1 430 m上、下兩中段同時(shí)回采，上部中段采用無(wú)底柱分段崩落法回采，下部中段采用下向分層膠結(jié)充填法回采。上部中段崩落法采場(chǎng)分段高度和進(jìn)路間距均為15 m，崩礦步距為2.2 m，首采分段布置于1 595 m水平。礦山于2020年3月結(jié)束了首采分段的回采作業(yè)，并于2020年5月開(kāi)始1 580 m水平第二分段的回采作業(yè)。1 580 m分段共設(shè)計(jì)27條回采進(jìn)路，其中初始回采工作面選擇在5#-9#進(jìn)路位置，初始開(kāi)采時(shí)5條進(jìn)路采取了齊頭退采模式。由于礦石較為破碎，1 580 m水平6#進(jìn)路在第4排扇形炮孔爆破后，出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的眉線(xiàn)破壞情況，導(dǎo)致后方第5排扇形炮孔孔口部分被破壞，眉線(xiàn)抬高了1 m左右，崩落的礦堆將第5排炮孔孔口完全掩埋，在出礦過(guò)程中始終沒(méi)有外露，導(dǎo)致第5排炮孔無(wú)法裝藥。在此情況下，礦山?jīng)]有采取相應(yīng)的清孔或補(bǔ)孔措施，而是放棄了第5排中深孔的裝藥爆破，直接在第6排炮孔進(jìn)行裝藥爆破。第6排裝藥爆破后，采用6 m3的油鏟出礦14鏟后發(fā)現(xiàn)礦石被出空，出現(xiàn)了一個(gè)長(zhǎng)約6 m、寬約8 m、高約10 m的懸頂空?qǐng)?，同時(shí)在空?qǐng)稣胺娇捎^察到整體的礦石推墻排面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可知，本次爆破后發(fā)生了懸頂+推排的生產(chǎn)事故，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1所示。

圖1 1 580 m分段6#進(jìn)路第5-第6排炮孔爆破后出現(xiàn)的懸頂+推排事故

該次懸頂事故發(fā)生后，礦山采用震炮方式(即在空?qǐng)隼锓胖寐懵端幇M(jìn)行爆破的方式)對(duì)懸頂進(jìn)行爆破震動(dòng)處理，但在嘗試了幾次后發(fā)現(xiàn)，震炮只能使該懸頂?shù)目請(qǐng)雎杂袛U(kuò)大，并不能將懸頂崩落。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，第7排炮孔孔口被完全破壞并抬高，現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)無(wú)法對(duì)其裝藥，而第8排炮孔的11個(gè)孔中有8個(gè)孔可裝藥爆破，隨即決定對(duì)第8排的8個(gè)孔進(jìn)行裝藥爆破，但在爆破后出礦37鏟后再次出現(xiàn)空?qǐng)觯砻鲬翼斒鹿室廊晃茨芙鉀Q，而且此時(shí)的懸頂規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。隨后對(duì)第9、第10排的炮孔進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)第9排11個(gè)孔中有4個(gè)孔完好、第10排有8個(gè)孔完好，故決定繼續(xù)對(duì)第9、第10排炮孔中可以裝藥的炮孔進(jìn)行裝藥爆破，以期將懸頂震落；然而在本次爆破后，出礦54鏟后爆堆再次被出空，懸頂事故依然未能解決。

圖2展示了1 580 m分段6#進(jìn)路第5-第10排炮孔爆破回采過(guò)程中懸頂形態(tài)的變化。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在第9-第10排炮孔爆破后，懸頂空?qǐng)龅拈L(zhǎng)度已達(dá)12 m，高度也有12 m左右，寬度10 m左右，屬于大規(guī)模懸頂事故，懸頂部位還不時(shí)出現(xiàn)掉塊的情況，為了確保后續(xù)的生產(chǎn)安全，礦山亟需安全解決本次懸頂事故。

圖2 1 580 m分段6#進(jìn)路懸頂事故發(fā)展過(guò)程

2 懸頂事故成因分析

本次懸頂事故最先發(fā)生在6#進(jìn)路第5-第6排中深孔爆破后，按照設(shè)計(jì)每次只能爆破1排中深孔，但由于西二采區(qū)礦石較為破碎，在6#進(jìn)路第4排中深孔爆破后眉線(xiàn)被破壞，導(dǎo)致第5排中深孔無(wú)法裝藥，加之在初始回采階段對(duì)5#-9#進(jìn)路采取了齊頭退采模式，因此也不具備從相鄰進(jìn)路中向6#進(jìn)路第5排炮孔位置補(bǔ)孔的條件，故只能采取對(duì)第6排裝藥以崩落第5-第6排礦石的做法，相當(dāng)于原來(lái)設(shè)計(jì)的2.2 m的崩礦步距變?yōu)?.4 m，崩礦厚度增大的后果便是爆破補(bǔ)償空間的不足，炸藥能量也不足，最終未能將擬崩落的礦體完全崩散，使第5-第6排礦石形成整體性推排。炸藥爆破的能量未能充分向正前方釋放，而是以中深孔排面下方的回采進(jìn)路作為自由面，產(chǎn)生向下和向后的爆破破壞作用，從而使后方第7、第8排炮孔的孔口部位受到不同程度的破壞，從而引發(fā)了最開(kāi)始的懸頂+推排事故。

在懸頂事故初次發(fā)生后，由于懸頂兩側(cè)進(jìn)路與6#進(jìn)路退采齊平，不具備從側(cè)向補(bǔ)孔崩落懸頂?shù)臈l件，加之使用的阿特拉斯Simba-H1254鑿巖臺(tái)車(chē)也無(wú)法從該進(jìn)路懸頂后方向懸頂部位打前傾孔崩落懸頂，因此繼續(xù)對(duì)第7-第8排炮孔實(shí)行裝1排炸藥崩2排礦石的做法；結(jié)果在本排爆破夾制以及前方懸頂夾制的共同作用下，第7-第8排炮孔爆破后繼續(xù)懸頂，而且對(duì)第9、第10排的炮孔孔口又造成了破壞，繼而不得不對(duì)第10排炮孔裝藥，再次出現(xiàn)裝1排炸藥崩2排礦石的情況；然而這次爆破后懸頂依然未能被崩落，如此循環(huán)幾次后，不僅沒(méi)有將最開(kāi)始出現(xiàn)的懸頂順利崩落，反而使懸頂變得更大，處理難度進(jìn)一步增加。

3 懸頂處理方案

3.1 懸頂處理方案初選及其適用性分析

為了能及時(shí)有效地對(duì)6#進(jìn)路的懸頂事故進(jìn)行處理，盡早恢復(fù)正?；夭桑岢鲆韵聨追N具有一定可行性的懸頂處理方案，并對(duì)其在西二采區(qū)的適用性進(jìn)行了分析。

3.1.1 誘導(dǎo)冒落處理方案

所謂誘導(dǎo)冒落處理方案，是指通過(guò)持續(xù)回采與6#進(jìn)路左右相鄰的7#和5#進(jìn)路，從而使6#進(jìn)路懸頂處于前后兩側(cè)有支撐、左右兩側(cè)無(wú)支撐的懸空橫梁狀態(tài)，利用上部地壓迫使懸頂被壓垮而自然冒落。該方案示意圖如圖3所示。一旦懸頂自然冒落，便可繼續(xù)出礦，此時(shí)甚至有可能將第5-第6排的推墻順帶拉倒并回收，西二采區(qū)礦石相對(duì)破碎，該方法成功的可能性較大。需要注意的是，當(dāng)決定采用這種方案處理6#進(jìn)路懸頂時(shí)，需要暫停6#進(jìn)路的所有工作，只對(duì)鄰近的7#進(jìn)路和5#進(jìn)路進(jìn)行退采；同時(shí)為防止6#進(jìn)路懸頂突然冒落垮塌產(chǎn)生的沖擊氣浪或滾石對(duì)設(shè)備和人員造成傷害，需要提前用鏟運(yùn)機(jī)鏟一部分礦石封堵6#進(jìn)路眉線(xiàn)口，并在進(jìn)路入口設(shè)置警戒線(xiàn)，防止工人誤入。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于能以最小的代價(jià)處理懸頂事故，而缺點(diǎn)在于處理懸頂耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，安全性也較差。

圖3 誘導(dǎo)冒落處理懸頂方案示意圖

3.1.2 切割平巷+上向扇形炮排處理方案

該方案是指先在懸頂空區(qū)后方2～3排崩礦步距位置向進(jìn)路左右兩側(cè)幫墻重新掘進(jìn)切割平巷，該切割平巷左側(cè)與5#進(jìn)路崩落區(qū)貫通，右側(cè)與7#進(jìn)路貫通；然后在該平巷中利用鑿巖臺(tái)車(chē)打上向扇形炮排，使扇形炮排覆蓋懸頂部位礦體，崩礦步距可取1.5 m；崩礦時(shí)從5#進(jìn)路方向開(kāi)始，依次逐排向7#進(jìn)路方向退采，直至退采至7#進(jìn)路與6#進(jìn)路正排炮孔排面交界處。為避免過(guò)度退采對(duì)7#進(jìn)路正排產(chǎn)生破壞，這些炮排爆破時(shí)既有5#進(jìn)路回采區(qū)域作補(bǔ)償空間，又有側(cè)向的6#進(jìn)路懸頂空區(qū)作補(bǔ)償空間，因此可以獲得較好的爆破效果。該方案示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 切割平巷+上向扇形炮排孔處理懸頂方案示意圖

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)鉆孔崩落懸頂，可靠性較高，而且炮排崩落后能夠及時(shí)出礦，可實(shí)現(xiàn)對(duì)懸頂?shù)V石的再次回收，同時(shí)也為6#進(jìn)路后續(xù)正排的爆破形成了較為充分的補(bǔ)償空間；該方案的缺點(diǎn)在于需要重新施工切割平巷，所需周期較長(zhǎng)，工序復(fù)雜、工作量較大，成本也較高。

3.1.3 側(cè)向傾斜孔處理懸頂方案

所謂側(cè)向傾斜孔方案是指從相鄰進(jìn)路打傾斜孔至懸頂部分，再在孔底進(jìn)行裝藥爆破從而將懸頂崩落。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，5#進(jìn)路已經(jīng)超前6#進(jìn)路5排中深孔的距離，不具備從5#進(jìn)路補(bǔ)側(cè)向傾斜孔的條件，而7#進(jìn)路退采至第7排，滯后于6#進(jìn)路3排中深孔的距離(6.6 m)，因此具備從7#進(jìn)路向6#進(jìn)路補(bǔ)側(cè)向傾斜孔的條件。補(bǔ)孔前應(yīng)先對(duì)懸頂空區(qū)形態(tài)進(jìn)行實(shí)測(cè)，再制訂補(bǔ)孔方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況補(bǔ)3～5排側(cè)向傾斜孔至懸頂實(shí)體部位，每排3～5個(gè)孔，若能補(bǔ)孔至第5-第6排推墻部位，將推墻同時(shí)崩落則可獲得更好的處理效果，裝藥時(shí)僅需對(duì)孔底穿過(guò)懸頂部位進(jìn)行裝藥，實(shí)現(xiàn)壓頂爆破。該方案示意圖如圖5所示。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單、可靠性高、見(jiàn)效快、成本低，但在實(shí)施該方案時(shí)需要對(duì)懸頂空?qǐng)鲞M(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，以防在鉆鑿側(cè)向傾斜孔時(shí)鉆桿打入空?qǐng)龆l(fā)生卡鉆事故。

圖5 側(cè)向傾斜孔處理懸頂方案

3.1.4 硐室爆破處理方案

所謂硐室爆破，是指在懸頂空區(qū)后方2～3排崩礦步距位置向進(jìn)路頂板鉆鑿天井，再沿天井方向布置2～3層爆破硐室，爆破硐室對(duì)稱(chēng)于天井分布，爆破時(shí)在各硐室中集中裝藥進(jìn)行爆破，利用巨大的爆破能量將前方懸頂崩落。該方案示意圖如圖6所示。

圖6 硐室爆破處理懸頂方案示意圖

該方案施工程序繁瑣，天井施工安全性也較差，而且集中大量爆破還容易對(duì)后排中深孔及眉線(xiàn)造成破壞，除非是在其他方案均未奏效的情況下，否則不考慮采用該方案。

3.2 懸頂處理方案的確定及其實(shí)施效果

在同時(shí)考慮了西二采區(qū)6#進(jìn)路的懸頂形態(tài)、規(guī)模，以及相鄰進(jìn)路的實(shí)際生產(chǎn)情況和采場(chǎng)需要盡快形成臺(tái)階式回采局面的基礎(chǔ)上，最終決定采用側(cè)向傾斜孔的方案處理本次懸頂事故。由于6#進(jìn)路已經(jīng)超前7#進(jìn)路3排中深孔的距離，因此具備在7#進(jìn)路向6#進(jìn)路懸頂部位打側(cè)向傾斜孔的條件，這樣既可以較為便捷可靠地處理懸頂事故，也不會(huì)影響采場(chǎng)階梯式回采局面的形成。經(jīng)過(guò)測(cè)量技術(shù)人員對(duì)懸頂進(jìn)行實(shí)測(cè)，最終確定從7#進(jìn)路向懸頂部位打2排側(cè)向傾斜孔，每排包含4個(gè)炮孔，炮孔深度在14～22 m，最終使這兩排炮孔穿過(guò)懸頂部位及其周邊拱腳處，7#進(jìn)路中施工完成的側(cè)向傾斜孔如圖7(a)所示。為避免側(cè)向傾斜孔在爆破時(shí)將本分段的桃形礦柱破壞，在裝藥時(shí)只對(duì)孔底穿過(guò)懸頂及拱腳的部位進(jìn)行裝藥即可。為進(jìn)一步確保能夠順利處理懸頂，在對(duì)這2排側(cè)向傾斜孔進(jìn)行爆破時(shí)，同時(shí)也對(duì)6#進(jìn)路第11排中深孔進(jìn)行爆破。本次爆破后，出礦136鏟(占第11排炮孔崩礦量的130%)后礦堆仍然十分飽滿(mǎn)，如圖7(b)所示，眉線(xiàn)口被完全封堵，看不到任何空?qǐng)?，而且礦堆中偶爾發(fā)現(xiàn)有少量廢石與礦石一起被放出，這表明上分段的覆蓋層廢石已經(jīng)達(dá)到本分段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的種種跡象可以判斷，通過(guò)采取側(cè)向傾斜孔方案，6#進(jìn)路的大規(guī)模懸頂事故已得到安全處理。

(a)從7#進(jìn)路打2排側(cè)向傾斜孔

(b)6#進(jìn)路懸頂處理后出礦136鏟時(shí)的爆堆狀態(tài)

4 結(jié)論

對(duì)龍首礦西二采區(qū)1 580 m分段6#進(jìn)路第5-第10排炮孔爆破后出現(xiàn)的大規(guī)模懸頂事故原因進(jìn)行了分析，采取了相應(yīng)的處理措施，得到以下主要結(jié)論：

a.西二采區(qū)礦石較為破碎，前一排扇形炮孔爆破后易對(duì)后一排炮孔的孔口造成破壞，導(dǎo)致該排炮孔被崩落的礦石掩埋而無(wú)法裝藥，因而只能再后退一排進(jìn)行裝藥，便出現(xiàn)裝1排炸藥崩2排礦石的現(xiàn)象，這樣做的直接后果是炮排爆破時(shí)由于正前方的夾制作用過(guò)大而無(wú)法有效將炮排內(nèi)礦石完全推向前方崩散，炸藥爆破能量只能向爆破排面的下方以及后方釋放，造成后排孔孔口被破壞，同時(shí)發(fā)生懸頂、推排事故。因此，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)，采取眉線(xiàn)加固措施，積極驗(yàn)孔、疏孔和補(bǔ)孔，以減少破碎礦石對(duì)眉線(xiàn)的破壞，盡可能避免裝1排炸藥崩2排礦石的情況發(fā)生，是預(yù)防懸頂事故頻發(fā)的有效措施。

b.實(shí)踐證明，側(cè)向傾斜孔方案是一種行之有效的懸頂處理方法，該方案不僅工序簡(jiǎn)單、作業(yè)安全性好、施工成本較低，而且處理懸頂?shù)目煽啃院统晒β室草^高，可以作為礦山后期處理懸頂事故的首選方案。

c.西二采區(qū)在后期回采過(guò)程中應(yīng)盡快在各進(jìn)路之間形成階梯式回采局面，這樣的好處是一旦有某條進(jìn)路發(fā)生懸頂或者炮孔被埋無(wú)法裝藥的情況，可以靈活地從相鄰進(jìn)路中補(bǔ)打側(cè)向傾斜孔，以保證排面爆破效果或及時(shí)處理懸頂事故。