冒落膠結(jié)充填體對(duì)崩落法礦石回收效果影響作用研究

譚寶會(huì)陶發(fā)玉 朱 強(qiáng) 鐘立鵬 張志貴 陳星明

（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)股份有限公司龍首礦，甘肅金昌737100）

在廢石散體覆蓋層下進(jìn)行采礦作業(yè)是無(wú)底柱分段崩落法的一大特點(diǎn)，這也是確保崩落法采礦作業(yè)安全性的必要條件［1］，但正是由于廢石與礦石的大面積直接接觸，為礦石的過(guò)度貧化和損失創(chuàng)造了可能性。為揭示覆蓋層廢石對(duì)崩落法礦石回收效果的影響作用，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者通過(guò)理論分析［2，3］、物理實(shí)驗(yàn)［4，5］、數(shù)值模擬［6-8］等手段對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了深入研究。研究結(jié)果表明，在放礦過(guò)程中覆蓋層廢石的塊度分布在空間上存在著自然分級(jí)的客觀現(xiàn)象，而且當(dāng)覆蓋層廢石塊度小于礦石塊度時(shí)，廢石在移動(dòng)過(guò)程中就容易穿過(guò)礦石縫隙超前到達(dá)出礦口，從而造成礦石提前貧化。由此可見(jiàn)，覆蓋層廢石塊度對(duì)崩落法的礦石回收指標(biāo)有著顯著的影響作用。

以龍首礦西二采區(qū)下向分層膠結(jié)充填法轉(zhuǎn)無(wú)底柱分段崩落法為工程背景，系統(tǒng)研究了冒落膠結(jié)充填體及扇形中深孔崩落礦石的塊度分布規(guī)律，及其在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中的二次破碎機(jī)理及特性，并提出了防止冒落膠結(jié)充填體過(guò)早破碎及提前混入礦石的控制方法，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了工程實(shí)踐，取得了良好成效，可為類(lèi)似礦山提供參考與指導(dǎo)。

1 工程背景

1.1 生產(chǎn)概況

金川龍首礦西二采區(qū)礦體賦存標(biāo)高為1 058～1 671 m，走向北27°西，傾向南西，傾角70°～80°，厚度28～200 m，沿走向全長(zhǎng)463 m，礦體及圍巖均較破碎，礦區(qū)地壓以水平構(gòu)造應(yīng)力為主。盡管礦石品位低，但礦石價(jià)值較高，因此礦山采用了下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填法進(jìn)行采礦，為擴(kuò)大產(chǎn)能，實(shí)行雙中段同時(shí)回采。截止2016年3月，上部中段已由1 642 m水平回采至1 613 m水平，形成了厚約30 m的膠結(jié)充填體；下部中段已由1 546 m水平回采至1 496 m水平，形成了約50 m厚的膠結(jié)充填體。由于近年來(lái)全球礦業(yè)經(jīng)濟(jì)不景氣，礦產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)走低，采用高成本的膠結(jié)充填法回采低品位礦石使得礦山瀕臨虧損。為了突破生產(chǎn)困境，礦山?jīng)Q定采用生產(chǎn)成本低、采礦效率高的無(wú)底柱分段崩落法替換現(xiàn)行的下向分層膠結(jié)充填法，并率先在上部中段進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。根據(jù)采礦條件，上部中段共布置4個(gè)回采分段，分別位于1 595 m、1 580 m、1 565 m及1 546 m水平。在無(wú)底柱分段崩落法正?；夭汕?，先利用誘導(dǎo)冒落法形成覆蓋層，即通過(guò)1 595 m首采分段的采礦在膠結(jié)充填體下形成大規(guī)模的連續(xù)采空區(qū)，誘導(dǎo)上部膠結(jié)充填體及頂板圍巖冒落形成覆蓋層。圖1給出了礦山無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)布置形式。

1.2 問(wèn)題的提出

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試，膠結(jié)充填體的抗拉強(qiáng)度僅為0.5 MPa，抗剪強(qiáng)度為2 MPa，抗壓強(qiáng)度為4.8 MPa，可見(jiàn)其單體強(qiáng)度十分低，大約僅為礦巖體強(qiáng)度的1/10～1/20，同時(shí)由于充填沉縮、離析分層以及不完全接頂?shù)纫蛩氐挠绊懀z結(jié)充填體內(nèi)部還存在著復(fù)雜的裂隙和層理面，進(jìn)一步降低了膠結(jié)充填體的強(qiáng)度。在以往的工程案例中，誘導(dǎo)冒落的對(duì)象大多是礦巖體，在預(yù)測(cè)冒落塊度時(shí)有先例可以參考，而本次誘導(dǎo)冒落的對(duì)象是在材料組成、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)等方面均與礦巖體有著較大差異的膠結(jié)充填體，因而在本次研究中需要率先探明以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）由于膠結(jié)充填體強(qiáng)度較小，若其在初始冒落時(shí)產(chǎn)生了大量尺寸過(guò)小的塊體甚至直接冒落成粉，則小塊膠結(jié)充填體就可能在放礦過(guò)程中快速穿過(guò)礦石縫隙率先到達(dá)出礦口，造成礦石提前貧化，甚至導(dǎo)致無(wú)底柱分段崩落法在礦山的應(yīng)用失敗。

（2）即便膠結(jié)充填體的初始冒落塊度較為理想，但因其強(qiáng)度較小，若在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中受外力作用而過(guò)早或過(guò)度發(fā)生破碎（破碎后的塊度稱(chēng)之為次級(jí)塊度），產(chǎn)生大量的小塊或者粉末，也可能會(huì)造成礦石的提前貧化。

文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果表明，以上問(wèn)題幾乎沒(méi)有工程先例可以參考和借鑒，因此需要在工程實(shí)施前對(duì)膠結(jié)充填體的冒落塊度及其在放礦過(guò)程中的二次破碎特性進(jìn)行深入分析和研究，并制定相關(guān)的礦石貧化防治措施，確保無(wú)底柱分段崩落法在礦山的成功應(yīng)用。

2 膠結(jié)充填體及礦石破碎性能對(duì)崩落法應(yīng)用的影響

2.1 膠結(jié)充填體的初始冒落塊度統(tǒng)計(jì)與分析

目前對(duì)于初始冒落塊度組成的研究方法有篩分法、測(cè)量法、圖像處理法、軟件模擬法等。篩分和實(shí)際測(cè)量是最準(zhǔn)確的研究方法，但操作起來(lái)相對(duì)復(fù)雜、成本較高，對(duì)生產(chǎn)的影響也較大［9］；圖像處理法是通過(guò)采集有代表性的圖片為樣本，統(tǒng)計(jì)分析獲得冒落塊度數(shù)據(jù)，相對(duì)簡(jiǎn)單而且對(duì)生產(chǎn)影響小，所得數(shù)據(jù)也較為準(zhǔn)確，但處理工作量大［10］；軟件模擬主要是借助三維節(jié)理軟件系統(tǒng)對(duì)原巖塊度進(jìn)行預(yù)測(cè)［11］，對(duì)冒落塊度的測(cè)量和預(yù)測(cè)研究比較少。為了獲得科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)，本次以礦山充填采場(chǎng)頂板膠結(jié)充填體因地壓活動(dòng)而發(fā)生冒落后的散塊為研究對(duì)象，采用圖像處理法對(duì)膠結(jié)充填體的初始冒落塊度組成進(jìn)行了研究。現(xiàn)場(chǎng)冒落的膠結(jié)充填體散塊見(jiàn)圖2所示。

為了使所采集的數(shù)據(jù)更具代表性，在充填采場(chǎng)選擇了3處頂板膠結(jié)充填體發(fā)生冒落的地點(diǎn)采集圖像并進(jìn)行矢量化處理。最后根據(jù)圖像矢量化處理結(jié)果測(cè)算出不同尺寸塊體的占比，結(jié)果見(jiàn)表1所示。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，膠結(jié)充填體在空?qǐng)鰲l件下自然冒落的塊體呈不規(guī)則形態(tài)，且以大塊（＞0.6 m）和中等塊度（0.3～0.6 m）居多，占比達(dá)59%，次中塊（0.3～0.1 m）占23%，小塊（＜0.1 m）占18%?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，雖然膠結(jié)充填體的強(qiáng)度要比礦巖體低，但其在發(fā)生自然冒落時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生大量的粉狀物，更不會(huì)全部冒落成粉。

2.2 冒落膠結(jié)充填體的次級(jí)塊度組成研究

2.2.1 冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中的破碎機(jī)理及過(guò)程分析

在首采分段回采過(guò)程中，由于采空區(qū)頂板滯后回采工作面一段距離而發(fā)生冒落，因此冒落下來(lái)的膠結(jié)充填體基本不受本分段出礦影響而存留于采場(chǎng)之中，此時(shí)冒落膠結(jié)充填體的塊度幾乎不受放礦散體移動(dòng)場(chǎng)影響，而后續(xù)冒落體擠壓和中深孔爆破沖擊的作用影響范圍也不會(huì)很大，因而在這一階段可認(rèn)為冒落的膠結(jié)充填體保持初始?jí)K度不變。而當(dāng)下部分段開(kāi)始回采出礦時(shí)，冒落膠結(jié)充填體將隨放礦而發(fā)生下移運(yùn)動(dòng)。冒落膠結(jié)充填體在移動(dòng)過(guò)程中不僅受到塊體之間的擠壓、碰撞及研磨作用，還將受到放礦散體移動(dòng)速度場(chǎng)中的剪切破壞作用，這是因?yàn)樵诜诺V過(guò)程中，越靠近出礦口部位的散體移動(dòng)速度越快，而離出礦口較遠(yuǎn)部位的散體移動(dòng)速度較慢，因此在放礦散體移動(dòng)速度場(chǎng)中不同部位的散體流動(dòng)速度是不一致的，散體流速差異較大的界面上將產(chǎn)生剪切力，就可能使強(qiáng)度較小的膠結(jié)充填體發(fā)生剪切破壞，而且速度差越大，剪切力越大［12，13］，此外，越靠近出礦口流軸的散體移動(dòng)速度越快，塊體之間的碰撞擠壓作用也更明顯。因而，放礦截止時(shí)間越晚，膠結(jié)充填體就越靠近流速較快的放礦口部位，所受的各種破壞作用也就越明顯。由于無(wú)底柱分段崩落法以步距為最小回采單元，在生產(chǎn)過(guò)程中步距放礦循環(huán)數(shù)量大，因此覆蓋層膠結(jié)充填體將頻繁受到放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中的各種破壞作用。圖3給出了放礦過(guò)程中覆蓋層膠結(jié)充填體的流動(dòng)過(guò)程。

2.2.2 冒落膠結(jié)充填體二次破碎性能研究

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x。要研究冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中發(fā)生破碎后的塊度變化規(guī)律，最可靠的辦法就是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量通常具有滯后性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)膠結(jié)充填體散塊的二次破碎性能不理想時(shí)，已經(jīng)造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。因此需要提前對(duì)冒落膠結(jié)充填塊體的次級(jí)塊度組成進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)。本次采用物理實(shí)驗(yàn)的手段來(lái)揭示冒落膠結(jié)充填體的二次破碎性能以及二次破碎后的塊度組成，這對(duì)于掌握冒落膠結(jié)充填體是否會(huì)造成礦石提前貧化，以及可能造成的貧化程度具有重要意義，同時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提前制定礦石損失貧化控制方法。

（2）實(shí)驗(yàn)原理及過(guò)程。冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦過(guò)程中因受到周?chē)鷫K體的不斷碰撞、擠壓及研磨等作用而發(fā)生二次破碎，這種破碎作用與其在破碎機(jī)中受的擠壓、研磨破碎作用基本類(lèi)似，因而本次物理實(shí)驗(yàn)研究采用顎式破碎機(jī)對(duì)冒落膠結(jié)充填體進(jìn)行機(jī)械破碎，以模擬冒落膠結(jié)充填體在放礦移動(dòng)場(chǎng)中的破碎過(guò)程。實(shí)驗(yàn)前先從現(xiàn)場(chǎng)取樣50 kg，通過(guò)人力對(duì)其粗破至能夠放入破碎機(jī)，粗破后塊體命名為實(shí)驗(yàn)樣品1，然后利用顎式破碎機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品1進(jìn)行中破，中破的目標(biāo)塊度尺寸控制在4.5 cm左右，利用4組網(wǎng)格尺寸分別為4.5 cm×4.5 cm、3 cm×3 cm、1.5 cm×1.5 cm、0.5 cm×0.5 cm的格篩對(duì)中破后的樣品進(jìn)行篩選，再按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的塊度比例進(jìn)行級(jí)配，配好的膠結(jié)充填體樣品塊度與實(shí)際中初始冒落塊度相似比為1∶20，稱(chēng)之為實(shí)驗(yàn)樣品2。隨后將實(shí)驗(yàn)樣品2放入破碎機(jī)再次進(jìn)行細(xì)破，目標(biāo)塊度控制在0.9 cm左右，細(xì)破后的目標(biāo)塊度與實(shí)際中膠結(jié)充填體的初始冒落塊度相似比為1∶100，完成后利用4組網(wǎng)格規(guī)格分別為0.9 cm×0.9 cm、0.6 cm×0.6 cm、0.3 cm×0.3 cm、0.1 cm×0.1 cm的格篩對(duì)破碎料進(jìn)行篩分分級(jí)，最后分別對(duì)每一級(jí)的物料進(jìn)行稱(chēng)重并記錄，實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)圖4所示。

圖5展示了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為了確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)、可靠，共進(jìn)行了2次實(shí)驗(yàn)，分別命名為實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2，每次實(shí)驗(yàn)用料25 kg。在實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)觀察膠結(jié)充填體散塊在破碎過(guò)程中是否會(huì)產(chǎn)生大量的粉狀物，并對(duì)破碎前后的樣品塊度變化規(guī)律做分析。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，與初始冒落塊度組成相比，膠結(jié)充填體散塊經(jīng)過(guò)破碎機(jī)模擬的采場(chǎng)放礦破碎行為后，大塊（＞0.6 cm）比例由29%降低為18.4%，減小10%，中塊（0.3～0.6 cm）比例由30%變?yōu)?0.1%，基本保持不變，次中塊（0.1～0.3 cm）比例由23%變?yōu)?6%，增加3%，小塊（＜0.1 cm）比例由18%增加至25.5%，增長(zhǎng)7.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冒落膠結(jié)充填體散塊在放礦過(guò)程中經(jīng)過(guò)二次破碎后，大塊比例將得到減小，中塊和次中塊的比例變化不明顯，小塊比例將得到一定程度的增加，但增幅不大，更不會(huì)全部變?yōu)樾K或粉末。

2.3 扇形炮孔崩落礦石塊度及其次級(jí)塊度研究

由于金川礦區(qū)過(guò)去一直采用的是下向分層進(jìn)路式膠結(jié)充填法，充填采場(chǎng)內(nèi)采用淺孔落礦，其崩落礦石塊度及塊度組成與無(wú)底柱分段崩落法扇形中深孔崩落的礦石塊度及塊度組成有本質(zhì)上的差異，故無(wú)法直接采用充填法淺孔崩落礦石塊度參數(shù)作為崩落法扇形中深孔崩落礦石塊度及塊度組成的參考數(shù)據(jù)。為了更精確地預(yù)測(cè)西二采區(qū)無(wú)底柱分段崩落法扇形中深孔崩落的礦石塊度及塊度組成，此處通過(guò)采集若干類(lèi)似礦山（即采礦方法相同、結(jié)構(gòu)參數(shù)相近的礦山）扇形中深孔實(shí)際崩落的礦石塊度組成情況，作為西二采區(qū)無(wú)底柱分段崩落法扇形炮孔崩落礦石塊度組成的參考數(shù)據(jù)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3所示。

分析表3中3個(gè)無(wú)底柱分段崩落法生產(chǎn)礦山的實(shí)際崩落礦石塊度及塊度組成情況可以發(fā)現(xiàn)，扇形中深孔爆破崩落的礦石，超過(guò)0.6 m的大塊占比十分微小（2.1%），即便是塊度在0.3～0.6 m間的中等塊度比例也很低（9.3%），而0.3 m以下的次中塊及小塊比例相對(duì)較高（88.6%），幾乎占據(jù)了崩落礦石的絕大部分。而且需要強(qiáng)調(diào)的是，西二采區(qū)礦石松軟破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，其強(qiáng)度和完整性均要遠(yuǎn)小于以上幾座鐵礦山礦體的強(qiáng)度和完整性，由此可以預(yù)測(cè)西二采區(qū)礦石在利用扇形中深孔崩落后的塊度將更小。此外，由于冒落的膠結(jié)充填體位于崩落礦石上方，崩落礦石將會(huì)比冒落膠結(jié)充填體受到更頻繁、更劇烈的爆破沖擊作用以及放礦擠壓破碎作用，因此崩落礦石的次級(jí)塊度可能會(huì)更小。

根據(jù)以上分析可知，無(wú)底柱分段崩落法扇形炮孔崩落的礦石平均塊度要遠(yuǎn)小于自然冒落的膠結(jié)充填體平均塊度，甚至也小于在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中經(jīng)過(guò)二次破碎的膠結(jié)充填體塊度。在此情況下，冒落的膠結(jié)充填體提前滲入到崩落礦石中造成貧化的可能性和比例將進(jìn)一步降低。

3 防止冒落膠結(jié)充填體過(guò)早破碎及提前混入礦石的措施

3.1 爆破技術(shù)及管理措施

（1）減小崩落礦石塊度。冒落膠結(jié)充填體是否會(huì)提前滲入礦石造成貧化，不僅取決于其自身的塊度，還與崩落礦石的塊度有關(guān)。只有當(dāng)膠結(jié)充填體塊度小于礦石塊度時(shí)，在放礦過(guò)程中廢石才有可能提前滲入礦石而造成貧化，而當(dāng)膠結(jié)充填體塊度大于礦石塊度時(shí)，就不易混入礦石造成貧化，也就是說(shuō)只要保持崩落礦石的塊度小于冒落膠結(jié)充填體的塊度就可以有效阻止廢石提前混入礦石。因而，在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)調(diào)控中深孔的爆破參數(shù)來(lái)控制崩落礦石的塊度，利用炸藥使礦石充分破碎，從而使崩落礦石的平均塊度小于覆蓋層冒落膠結(jié)充填體的平均塊度。

（2）提高爆破質(zhì)量。在無(wú)底柱分段崩落法生產(chǎn)過(guò)程中一旦發(fā)生懸頂、隔墻、推排以及大塊堵漏等事故，將嚴(yán)重影響到礦石的流動(dòng)性以及放出體的正常形態(tài)，從而可能導(dǎo)致覆蓋層廢石被提前放至出礦口。因此在實(shí)際生產(chǎn)中一旦發(fā)現(xiàn)有以上事故的出現(xiàn)，就應(yīng)立即采取措施對(duì)其進(jìn)行處理，防止因礦石流動(dòng)不暢而引發(fā)覆蓋層廢石提前混入礦石。

3.2 放礦控制及管理措施

3.2.1 多分段組合式放礦

由于越靠近放礦口，礦巖散體所受的擠壓、碰撞和剪切等破壞作用也就越劇烈，因而要防止冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中過(guò)早破碎成小塊，就要盡可能地延緩膠結(jié)充填體到達(dá)放礦口的時(shí)間?；谶@一思路，并結(jié)合礦山崩落法采場(chǎng)4個(gè)分段各自的生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)出以下放礦方式：

（1）1 595 m分段。該分段的主要目的和任務(wù)并不是采礦，而是通過(guò)采礦形成連續(xù)采空區(qū)誘導(dǎo)頂板膠結(jié)充填體安全高效冒落形成覆蓋層。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式［14］計(jì)算，要在礦山預(yù)防空區(qū)頂板冒落帶來(lái)的氣浪沖擊危害，至少需要在首采分段空區(qū)底板預(yù)留7.5m厚的松散礦石作為安全緩沖墊層，此時(shí)出礦比例需要控制在崩礦量的45%以?xún)?nèi)，以確保出礦口始終處于封堵?tīng)顟B(tài)，因此首采分段屬于總量控制出礦。

（2）1 580 m分段。由于礦區(qū)水平應(yīng)力相對(duì)較大，對(duì)膠結(jié)充填體冒落有一定限制作用，因此無(wú)法完全排除首采分段結(jié)束后仍有局部地段（如9行勘探線附近礦體厚度最小部位）的頂板沒(méi)有完全冒落下來(lái)的情況發(fā)生。因此從保證生產(chǎn)安全和延緩覆蓋層廢石到達(dá)出礦口時(shí)間的角度考慮，第二分段的崩落礦石也不全部放出，而是繼續(xù)采用總量控制的方式進(jìn)行出礦，同時(shí)考慮到產(chǎn)能需求，第二分段的出礦比例可增加至80%。

（3）1 565 m分段。在前2個(gè)分段回采結(jié)束后，基本可以保證其上部的膠結(jié)充填體及覆巖已經(jīng)完全冒落，在采場(chǎng)中形成了預(yù)留崩落礦石+冒落膠結(jié)充填體+冒落覆巖的覆蓋層。因此，第三分段可以視作正常條件下的礦石回收，其主要任務(wù)就是充分有效、高質(zhì)量地回收礦石，同時(shí)避免放礦過(guò)程中覆蓋層廢石與礦石過(guò)度混雜，因而該分段采取低貧化放礦。由于第一、二分段通過(guò)總量控制放礦后在采場(chǎng)中留下了相當(dāng)數(shù)量的崩落礦石隔離層，隔離層在放礦過(guò)程中可以有效阻隔覆蓋層廢石提前混入，這也為第三分段實(shí)施低貧化放礦創(chuàng)造了極大的便利。本分段在出礦時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)廢石正常到達(dá)出礦口，就可立即停止出礦，由于冒落膠結(jié)充填體與礦石的色差及密度差異明顯，便于低貧化放礦管理。

（4）1 546 m分段。是礦山上部中段無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)的最后一個(gè)回采分段，因而該分段是采場(chǎng)中礦石回收的最后機(jī)會(huì)，同時(shí)也不必再考慮冒落膠結(jié)充填體是否會(huì)過(guò)早破碎及過(guò)度混雜的問(wèn)題，因此在該分段采用截止品位放礦方式，以實(shí)現(xiàn)礦石的充分回收。

由此，便在礦山上部中段無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)構(gòu)建了一種組合放礦方案，這種組合放礦方案可極大限度地延遲覆蓋層膠結(jié)充填體達(dá)到放礦口的時(shí)間，避免覆蓋層冒落膠結(jié)充填體在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中發(fā)生過(guò)早破碎和過(guò)度礦巖混雜，有效減少礦石損失與貧化。

3.2.2 單分段多點(diǎn)位均衡出礦

在無(wú)底柱分段崩落法中，同一分段內(nèi)通常會(huì)有多條進(jìn)路在同時(shí)進(jìn)行采礦，此時(shí)應(yīng)盡可能地使這些進(jìn)路按階梯式均勻退采擴(kuò)展采空區(qū)，同時(shí)在同一進(jìn)路內(nèi)，各步距嚴(yán)格按照比例進(jìn)行出礦，出礦時(shí)鏟運(yùn)機(jī)在進(jìn)路斷面上按照左—中—右三點(diǎn)均衡出礦，避免出礦欠量或過(guò)量，從而使覆蓋層均勻下沉，保持礦廢界面的相對(duì)平整。

此外，由于放礦作業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，在實(shí)際生產(chǎn)中也要不斷提高技術(shù)人員及現(xiàn)場(chǎng)工人的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)及技能，做好出礦記錄、管理及交接工作，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理及考核，確保現(xiàn)場(chǎng)工作按序開(kāi)展。

4 工程實(shí)踐

2019年5月底礦山在1 595 m水平9行勘探線以東施工了18條垂直礦體走向的回采進(jìn)路，進(jìn)路間距為15 m。為使頂板膠結(jié)充填體及時(shí)冒落，并保持具有平整的礦巖分界面，采取階梯式退采模式均勻擴(kuò)展采空區(qū)，1 595 m首采分段的初始回采位于4#～6#進(jìn)路部位，這3條進(jìn)路同時(shí)退采，然后逐步均勻擴(kuò)展工作面，首采分段出礦比例嚴(yán)格控制在45%以?xún)?nèi)。1 595 m首采分段工程布置及回采順序見(jiàn)圖6所示。

1 595 m首采分段正排炮孔爆破后礦石塊度見(jiàn)圖7（a）所示，可以看出崩落的礦石以中小塊為主，其尺寸大多在0.3～0.6 m之間，出礦過(guò)程中很少發(fā)現(xiàn)有大于0.6 m的礦石塊體。在2019年8月15日礦山對(duì)5#進(jìn)路的第25排和第26排炮孔同時(shí)裝藥爆破，爆破后按照2排炮孔崩礦量的45%進(jìn)行出礦控制，在出礦至第75鏟時(shí)有冒落的膠結(jié)充填塊體被放出，這些被放出的膠結(jié)充填塊體尺寸較大，最長(zhǎng)邊大多超過(guò)了0.6 m，有的塊體最長(zhǎng)邊甚至超過(guò)了2 m，見(jiàn)圖7（b）所示。由此可以證明，首采分段采空區(qū)頂板膠結(jié)充填體基本在沒(méi)有人為控制的情況下安全地發(fā)生了冒落，表明回采范圍內(nèi)的覆蓋層正在安全高效地形成，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況也再次說(shuō)明，空?qǐng)鰲l件下膠結(jié)充填體自然冒落的塊度的確要遠(yuǎn)大于崩落礦石的塊度，礦—廢塊度組成達(dá)到理想預(yù)期。

西二采區(qū)在2020年1月結(jié)束了1 595 m首采分段的回采作業(yè)，并于2020年5月28日開(kāi)始了第二分段1 580 m水平的回采工作，1 580 m水平初始回采面選擇在5#～9#進(jìn)路位置，按照扇形中深孔排面崩礦量的80%進(jìn)行控制出礦。從現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，第二分段扇形炮孔崩落的礦石塊度基本為0.3～0.6 m之間，見(jiàn)圖8（a）所示，回采進(jìn)路在出礦至炮排崩礦量的80%時(shí)礦堆上幾乎沒(méi)有出現(xiàn)冒落的膠結(jié)充填體。在個(gè)別進(jìn)路中，由于前一排中深孔爆破后眉線被破壞導(dǎo)致后排炮孔被埋，在清理炮孔過(guò)程中使前一排出礦量達(dá)到了110%～130%，此時(shí)有個(gè)別冒落膠結(jié)充填體被放出，見(jiàn)圖8（b）所示，可見(jiàn)在第二分段被放出的冒落膠結(jié)充填體仍然保持了較大的塊度，很容易與礦石區(qū)分被挑揀出來(lái)。1 580 m第二分段的實(shí)際生產(chǎn)情況表明，冒落的膠結(jié)充填塊體在經(jīng)過(guò)2個(gè)分段的放礦作用后，仍能保持較大塊體形態(tài)，這不僅打消人們擔(dān)心膠結(jié)充填體會(huì)直接冒落成粉的疑慮，也說(shuō)明冒落的膠結(jié)充填體在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中并不會(huì)被過(guò)度粉碎，這為西二采區(qū)崩落法的礦石損失貧化控制創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)論

以龍首礦西二采區(qū)下向分層膠結(jié)充填法轉(zhuǎn)無(wú)底柱分段崩落法為工程背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、物理實(shí)驗(yàn)、理論分析以及工程實(shí)踐等方法，系統(tǒng)研究了冒落膠結(jié)充填體對(duì)無(wú)底柱分段崩落法礦石損失貧化的影響作用，并得到以下幾項(xiàng)主要結(jié)論：

（1）膠結(jié)充填體在空?qǐng)鰲l件下發(fā)生冒落后呈不規(guī)則塊體形態(tài)，其尺寸以中等塊度（＞0.3 m）以上為主，這表明盡管膠結(jié)充填體強(qiáng)度較低，但其發(fā)生自然冒落形成覆蓋層時(shí)并不會(huì)產(chǎn)生大量的小塊，更不會(huì)全部冒落成粉。

（2）冒落的覆蓋層膠結(jié)充填體在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中主要因受到擠壓和剪切作用而發(fā)生二次破碎，物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冒落的膠結(jié)充填體在受到外力二次破碎后其小塊比例會(huì)得到一定程度的增加，但不會(huì)大幅增加，更不會(huì)全部破碎成粉。

（3）無(wú)底柱分段崩落法扇形炮孔崩落的礦石平均塊度要遠(yuǎn)小于自然冒落的膠結(jié)充填體平均塊度，甚至也小于在放礦散體移動(dòng)場(chǎng)中經(jīng)過(guò)二次破碎的膠結(jié)充填體塊度，崩落礦石塊度與覆蓋層冒落膠結(jié)充填體塊度在空間分布上存在“上大下小”的客觀規(guī)律，這是確保西二采區(qū)崩落法成功應(yīng)用的關(guān)鍵所在。

（4）現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐表明，通過(guò)采取減小崩落礦石塊度與低貧化放礦相結(jié)合的技術(shù)方案，可有效防止冒落膠結(jié)充填體過(guò)早破碎和提前混入礦石造成貧化。