浅谈自然崩落采矿法底部结构地压破坏与防控

自然崩落采矿法，优点是采矿成本低，劳动生产率高，炸药、木材等消耗少，工作安全，矿山生产能力大，条件合适时开采强度大，如果放矿控制好，矿石损失贫化小。缺点是初期基建投资大，建设周期长，适用的条件苛刻，条件不太合适时可能造成很大的损失，对施工质量和管理要求严格，否则无法控制矿石的损失贫化，产量调节比较困难，增加产量需要较长的生产准备时间。

2 自然崩落采矿法应用现状

自然崩落采矿法因其具备其他采矿方法不可比拟的优势，在国内有条件的大型地下开采矿山得到了越来越多的应用。但自然崩落采矿法，矿石是依靠在矿体底部进行拉底后，岩体内部应力重新分配而诱使岩体节理不断发育，在拉底面积不断增大的过程中而自然崩落。应力重新分配的过程，在无有效监测和控制手段的情况下，在临近拉底的区域极易造成各类井巷工程的破坏，甚至是区域性的连续破坏。目前在国内自然崩落法地下矿山，因拉底速度、放矿管理、爆破质量等出现技术管理偏差，或因地质构造等因素，导致地压过度集中，对采区底部结构造成扭曲变形、坍塌等形式的恶性破坏，给后续的生产带来阻断性影响和巨大的经济损失。在国内运用自然崩落采矿法进行采矿的矿山，阶段高度已经达到了 120m 以上，采用铲运机出矿底部结构，出矿设备采用大功率的电动铲运机，矿山生产能力大幅攀升。但对于地压的监测与研究，很大程度上局限于理论研究，实际生产中鲜有实践，尚谈不上合理的利用与控制，使其向恶性破坏趋势发展。这一点应足够引起管理者与相关从业人员的高度重视。

3 几种常见的底部结构地压破坏形式与原因浅析

(1)巷道支护工程首先从拱角区域持续开裂、剥落并呈区域性扩张。在此阶段尚处于地压破坏的初期，如不存在其他技术性问题，应适当加大区域内的出矿泄压，一般是可以控制破坏力的持续向恶发展。

(2)若进行区域性松动泄压尚不能缓解或阻断地压的持续性破坏，一般应对来压原因进行调查，排除爆破质量导致的岩墙岩柱、放矿管理的均衡性以及超标大块过度积压等因素。如不能及时处理，应力的恶性破坏会快速向临近区域发展，并对底部结构呈现整体性破坏，致使井巷工程失去服务功能，生产活动出现停滞。如图 2。

(3)自然崩落采矿法底部结构因各类问题交织，而导致的应力破坏达到一定程度后，巷道出现扭曲变形甚至坍塌，在当前尚无快速有效的技术措施及处理手段，地压的破坏会导致承压段区域性坍塌，给后续的生产活动造成矿量永久性损失或拉底爆破中断等严重后果，或导致地压恶性破坏呈大面积区域性发展。如图 3。

4 浅谈自然崩落采矿法实际生产中底部结构地压破坏防控措施

对于尚未建立有效的地压监测系统的自然崩落采矿法地下矿山，为保证各类生产的正常组织及矿产资源的回收。通过长期的生产实践总结，应从以下几个方面加强管理，降低应力的不良破坏，提高底部结构的稳定性。

4.1 严格控制拉底推进方向与主应力方向的关系

拉底工作是自然崩落法产生自然崩落的前提条件，也是控制地压最为有效的手段。它对矿岩的崩落影响很大。其实拉底是在出矿工程的上部，整体矿岩的下部，进行定期爆破从而建立空间，待该空间的面积变得足够大时，矿岩发生崩落现象。矿块大面积拉底后，会破环矿岩内部应力平衡，这时候需要对拉底推进的方向应和主力的方向保持一致，拉底推进线应与主应力方向垂直进而对应力发展进行合理控制拉底推进线在平面上以阶梯状布置，且每个台阶均匀向前，相隔间距不可过大。

4.2 拉底爆破的质量管理

爆破质量好坏是保证拉底工作能否有效实施的前提，也是后续生产能否正常衔接的重要条件，因此对于爆破质量管理要高重视。为解决此方面的问题，一是要结合现场地质类型、岩石状况、施工设备等进一步优化中深孔设计方案，包括孔径、孔底距、排距等技术参数确定及布置形式等。二是尽可能保证拉底前拉底道少掉底或不掉底。确保人行进路的畅通，降低爆破前的准备难度。三是爆破周期内中深孔的超前量和积压量要控制在合理范围内，确保中深孔利用率。四是掌握好爆破前的松动出矿量，确保矿岩挤压空间合理。五是做好炮孔的施工质量以及爆破当日炮孔装药质量的现场监控。六是爆破后及时查看爆破效果，出现问题及时处理，杜绝岩柱、岩墙或“楼板”问题。七是要确定合理的拉底爆破周期间隔，避免拉底推进线长期停留，而导致应力长期集中一处。

4.3 严格的放矿控制与管理

自然崩落采矿的放矿管理是拉底爆破后应高度重视的管理工作。首先矿体拉底后，矿岩崩落过程中，仅放出已崩落矿石的碎涨部分(约 1/3)，并保持矿体下部的自由空间高度不大于 5m，以防止大规模冒落或形成空气冲击。再者当拉底爆破后，要计算拉底区域理论的崩落高度，得出应进行的松动矿量，制定合理的放矿计划。另外在覆岩下放矿必须遵循同等比例均衡放矿，并确保区域范围内放矿均衡。而且在整个生产区域，要加强底部结构监测，在个别放矿点出现地压破坏迹象时，要及时恢复出矿，避免出现应力破坏区域性蔓延。最后应注意的是，当局部出现应力破坏时，利用周围区域出矿达到泄压的手段，不但收效甚微，甚至会导致首现破坏的区域发生不可逆转的彻底坍塌，这一点要绝对重视。

4.4 积极处理超标大块

自然崩落法超标大块产出率较高，在放矿过程中大块挤压在放矿口上部出现拱棚效应，致使矿岩在宽度上和高度上过量积存，形成采场压力而破坏底部结构。在日常生产中要及时发现积极处理。

4.5 底部结构的支护形式多样化

底部结构服务于整个阶段生产始末，在支护形式选择上，有条件的矿山可采取刚柔并举的联合形式进行支护。对于岩石结构完整且较为稳固的矿山，首推喷锚网等积极支护类型，但在放矿口区域要进行加固处理，以应对矿岩的长期冲击磨损。

4.6 优化底部结构设计参数提高其稳定性

自然崩落法采矿工艺在设计之初，应结合地质、岩石力学、矿山压力等方面的研究成果，确定底部结构的设计参数，适当加大底部结构的规格，以提高其稳定性。

4.7 积极探索、研究地压的监测技术与形式

随着浅表矿产的逐步减少，采矿作业不断地向深部转移，为保证各类采矿工程安全及可持续利用，积极有效的地压监测工作必不可少。当前各种地压监测技术不断前行，对于地下矿山而言，应积极探索寻找适合自身条件的监测手段，切莫忽视。

5 小结

近些年，伴随着矿山生产由浅层的开采慢慢地向深部进行转移，在地下矿山回采过程中，顶板应力集中现象是越来越明显的，采区工程遭受一定的地压破坏频次也在不断地增加，同时强度也大幅增强。对地压进行一定的防治，对于采矿业的发展有着十分重要的意义。因此，充分结合地压防控工作研究的理论性知识及经验总结，进一步进行实质性的分越来越宽广。