无底柱崩落法在双碑石膏矿区石膏开采中的应用

摘要：无底柱分段崩落采矿法在我国金属矿山广泛使用，取得了成功的经验，但到目前为止石膏矿山还没有使用这种采矿方法的的例子。从目前石膏矿山使用的采矿方法存在的问题可以看出，借鉴金属矿山使用的无底柱分段崩落采矿法，在安全生产、提高回采率、提高矿山机械化程度和装备水平等都是比较合理的选择。

关键字：无底柱分段崩落采矿法、石膏开采

引言：我国绝大多数石膏矿山采用房柱法开采，它把矿体划分为矿房和矿柱，只采矿房，把矿房采空后，在矿房的顶板、底板和两壁留下永久矿柱支撑采空区，不让上覆岩层垮塌，原来作用在矿房那部分的压力就转移到矿柱上承受。这种方法只适应矿体和围岩都稳固的矿床。这在矿体与围岩稳固性好的南京石膏矿得到了成功的应用，该矿矿石的普氏坚固性系数f＝8～12，相当于每平方厘米的矿石面上可以承受800～1200公斤的压力，相当于金属矿山的坚固性岩石，顶板灰岩的f＝4～6，且矿体上方为含水岩层和水田，地表不允许崩落。对于较稳固的平邑石膏矿，矿石f＝4～6，顶板灰岩的f＝2～6，已多次出现采空区冒顶和地表塌陷等工程地质灾害，他们正在思索改变采矿方法，崩落处理采空区。而双碑矿区矿石的f在2左右，为软弱岩石，顶板泥岩的f系数有的小于1，而且石膏层内泥质软弱夹层十分发育，极不利于矿柱的稳定，均属软弱不稳固矿岩，各矿频繁出现各种工程地质灾害和伤亡事故就很难杜绝。

正文：

无底柱分段崩落采矿法在我国金属矿山广泛使用，取得了成功的经验。该采矿法是将矿块划分为分段，在分段回采进路中进行落矿、出矿等回采作业，不需要开掘专用的出矿底部结构；崩落矿石在崩落围岩的覆盖下放出。按矿块出矿装运设备的不同，分为无轨运输方案和有轨运输方案。无轨运输方案采用的出矿设备是自行的柴油铲运机、电动铲运机或气动装运机；有轨方案采用的出矿设备是装岩机和翻斗矿车或电动自行矿车。目前，国内外大多数矿山都采用无轨运输。改进的无底柱分段崩落采矿法典型方案见图1。

图1改进的无底柱分段崩落采矿法典型方案

到目前为止，石膏矿山还没有使用这种采矿方法的的例子。但从目前石膏矿山使用的采矿方法存在的问题可以看出，借鉴金属矿山使用的无底柱分段崩落采矿法，在安全生产、提高回采率、提高矿山机械化程度和装备水平等都是比较合理的选择。

（1）无底柱分段崩落采矿法工艺过程

无底柱分段崩落采矿法是以中深孔爆破落矿为基础，利用中深孔爆破将矿石强制崩落，并配合出矿设备回收矿石。其工艺特点与中深孔房柱法有许多共同点。其工艺过程为：掘进回采进路―开掘切割立槽―钻凿中深孔―装药爆破―顶板清砟及支护―出矿。

①采区布置方式

由于无底柱分段崩落采矿法是逐条进路回采，可以连续推进，可以从矿体的一端向另一端推进，也可从矿体中部向两端推进，所以，采区的概念不是很明晰，可为了管理方便，把几条或十几条进路划为一个采区。根据采区作业顺序要在稳定的矿层内布置辅助提升下山，以利于矿石的提升和作业人员及设备的出入。

切割平巷与切割天井联合拉槽法是在分段内各回采进路掘进之后，沿矿体边界掘进一条切割平巷贯通各回采进路端部，然后在适当位置掘进切割天井。在切割天井两侧，从切割平巷内向上打若干排平行或扇形深孔，每排4～6个炮孔；以切割天井为自由面进行爆破，形成切割槽（图2）。

切割天井拉槽法。如图3所示，不需要掘进切割平巷，只在回采进路端部掘进切割天井（1.5×2.5）。天井矩形断面的里边距回采进路端部留有1～2m距离以利于台车凿岩；天井的长边平行回采巷道中心线；在切割天井两侧各打三排扇形炮孔，微差爆破，一次成槽。

④钻凿中深孔和爆破落矿

无底柱分段崩落法需要在进路中钻凿扇形中深孔进行采矿，它们是无底柱分段崩落采矿法工艺的核心。

a）凿岩爆破参数的确定

炮孔扇面角有前倾和垂直两种。前倾时，常采用70º～85°以延迟上部废石细块提前渗入，装药比较方便，有利于防止放矿口处被爆破破坏。垂直布置时，炮孔方向易于控制，但装药条件差。当矿石稳固及围岩块度较大时，多采用垂直布置方式。

⑤出矿

在金属矿山，一般是用出矿设备将回采巷道端部的矿石运到采区溜井，在石

膏矿山使用无底柱分段崩落法可以不设采区溜井，矿石由出矿设备直接装矿车。

⑥ 通风工作

回采工作面为独头巷道，无法形成贯穿风流；工作地点多，巷道纵横交错，很容易形成复杂的角联网路，风量调节困难；因此，搞好通风是一项极为重要的工作。在考虑通风系统和风量时，应使每个矿块都有独立的新鲜风流，要求每个回采进路的最小风速在有设备工作时不低于0.3m/s，其他情况下不低于0.25 m/s。条件允许时，应采用分区通风方式。

⑦ 回采顺序

同一分段可以采取从中央向两翼回采或从两翼向中央回采，也可以从一翼向另一翼回采；走向长度很大时，可以沿走向划分成若干回采区段，多翼回采。分区多，则同时回采的工作面也多，可以加大回采强度，但通风管理困难。

⑧覆盖岩层的形成

覆盖岩层的厚度应满足下列两个要求：首先，放矿后岩石能够埋没分段矿石，否则形不成挤压爆破条件，爆下的矿石崩入空场，增加矿石损失；其次是一旦采空区大量围岩突然冒落时，能起到缓冲作用，以保证安全。根据这个要求一般覆盖岩层厚度约等于两个分段高度。

⑨ 采矿方法评价

根据双碑矿区目前的开采条件，地表与围岩允许崩落；矿石稳固性在中等以上，回采巷道不需要大量支护，有利于在其中开凿采准巷道；石膏矿体缓倾斜而且是厚或极厚矿体；矿石损失与贫化率要求不高，矿石价值不高，矿石可选性好；因此，有利于在石膏矿山采用本方法。

无底柱分段崩落采矿法的优点是：安全性好，各项回采作业都在回采巷道中进行，二次破碎比较安全；矿块结构与回采工艺简单，容易标准化，易于使用高效率的大型无轨设备；机械化程度高；回采率高，资源利用好；没有形成大规模采空区的条件，不会有顶板大面积冒落事故的发生。

无底柱分段崩落采矿法的缺点是：回采巷道通风困难，这是由于回采巷道为独头作业，无法形成贯通风流造成的；矿石贫化大，这主要是由于每次崩矿量小，放矿时矿岩接触面大所形成的，而对石膏矿来说影响不大；若采用装运机出矿，由于受到装运机出矿效率的限制，其采矿强度不如有底柱分段崩落法大。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。