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覆岩下底部放矿的理论与生产实践综述 c 2 昆 明 工学 院 刘 国 棣 ．．一 ； r [ 摘要 ] 本文从覆岩下底部放矿的崩落 采矿法的理论中，结台生产实践分析了理论的实用性与 局限性．并对放出椭肆 体运用探讨了放矿制度使用条件与降低贫损指标的措施等． 关键饲覆岩下放 睾 士 放出椭球体相邻谲斗放矿制度 -_‘● ‘一 __ __‘一 1 概述 覆岩 下底部放矿是指 与覆盖岩 石下放矿 的有底拄结构崩落采矿法捅适应的一种放矿 理论和方法。此类方法中有7 o 而 丽 盲亘 覆盖下放出来的。此类采矿法 是 以崩 落围岩 以实现地压管理 ，在 回采过程 中是 以整 个矿 块为单元 ，按一 定回采顺 序连 续进行 单步骤回采 。该法生产效 率高 ，柞业 安 全和使用 灵活，6 O 年代 已广泛使用 ，在 我 国有色 地下 矿山中 占采 出矿石 总量的 2 6 左 右。 加强放矿管理是 降低此类 方法矿石 贫损 的关键 。选择 与放矿相 适应 的矿 块 结 构 参 数 ，并在 放矿过程 中， 防止废 石过 早和过 多 地混入矿石， 降低贫损，是提高此类崩落采 矿法经济效益 的基 本保 证。 2 覆岩下底部放矿 的理论研究 覆岩下放 矿时，对矿岩移动规 律的理论 研 究，是 控制崩 落矿岩 在重力作用下 流动规 律所 必需的理论 基础 。对此， 国 内外专家 学者进行了大量研究工作。其中放矿模型实 验法表述 崩落矿岩 移动规律有关 方程 的椭球 体理论，虽不够完善，但能够说明和解决一 些生产实际问题，在生产实践中仍居主导地 位 。 2 1 椭球体放矿理论 该理 论是 从单一 精斗放矿实验 中，证实 图T 放 出椭球 体、松动椭球 体、 废石曩 斗的相互 位置关系 图 H日 一松动椭球庠高度 ； h 一放出棒球 体高虚I m--梧 动椭球体长半轴；YL 一直石帚斗半 径，I 一格动椭豫 体； 2 一放出蔼斗 ；5 一放出椭豫体 1放出椭球体t从单漏斗放出纯矿 石后 ，只有在 一定范 围内的矿石才 被放 出， 这部分矿石原在采场内所 占空间的几何形状 是 一个旋转椭球体， 即称 为放 出椭球体 。 2松动椭球体随着椭球体 内矿石 的放出，其周围矿石随 即产生 二次松散 ，占 据放 出矿 石原来所 占空 间。这 个二次松 动的 范 围在 空 间的几何形状 也是 一个椭球体 即松 动椭球体。 3暖石漏 斗 当放 出一 定矿 石后， 覆岩下庠部放矿阿理论与生产实睦综述 刘嗣棒 ～ 2 5 维普资讯 矿石和废石接触面开始 向下弯曲，当放出椭 球体的高度与崩落矿层高度相等时，矿岩接 触面即弯曲呈漏斗状，其下端点刚好在放矿 平 面上 ，漏斗 内充 满废石称 为废石潺 斗，标 志 着纯 矿石放完， 贫化 即将开始 。 放出椭 球体 、松动椭球 体 、废石 潺斗三 者同时存在而相 互影 响。然 而放 出椭球 体还 具有其特 征① 位于放 出椭 球体表 面上的颗 粒同时从漏口放出J③放出椭球体下降过程 中，其表 面颗 粒相关 位置不 变 ，◎ 放 出 椭 球体 放出过程 中，其 表 面 颗 粒 不 相 互 转 移 。 2 2 椭 球体理 论的局 限性 椭球体理 论是 从矿岩颗 粒 比较均 匀，放 出条 件 比较理 想 的情 况下通过实验 得出的 ， 其计 算参 数是用实 验数 据确定的。在生产实 践 中，爆 破后的崩 落矿石中，在大 块呈长条 形 时，可能在放矿 中横 跨或竖 跨在若 干放 出 椭球形表 面， 由于不 合格大块多， 从而 放矿 时产 生堵 塞破 坏流 动。再加上爆破动载 荷和 崩 落覆岩压力 对矿石 流动的影 响， 破坏 了椭 球体表 面颗 粒 “ 相关 位置不 变”及 “ 表 面颗 粒不相 互转移” 的原则。关 于 “ 放 出椭 球体 表面颗粒 同时到达潺斗 口放出 ， 在实 践中 放出椭球体表 面颗 粒是 由具有 一定大小 体积 的矿石组成，它们都占有一定空间，不能收 缩变 小， 更不 能 同时从漏 斗 口放 出。因此应 理 解 为；椭球 体表面上真正能 到达蒲 口的只 是漏 口所 能 容纳下 的颗 粒，而其余 的颗 粒则 被挤 出组 成新 的椭球壳体使放 出体 表面厚度 逐渐 加大 ，颗 粒层上面厚而下 面薄，而 每个 颗粒到 达漏 口的先后顺序是随 机的。 椭球 体理 论主要遥过实验研究 了运动的 散体形状 ，但对形状与其力 学性质的关 系缺 乏深入研究。由于该理论没有充分概括实际 生产 中的问题 ， 因而具有一 定的局 限性 。但 必须 看到，遥过实验 得出的椭 球体理论 ，已 形 成了 自身体系，对指导 生产 和崩 落采矿法 的设 计起 到 了很大的作用 。 3 覆岩下放矿 的管理 3 1 放 矿制度的选择 有底柱崩 落法矿 块 中的矿石 ，是 通过 若 干彼此相邻 的潺 口放 出。从模型 实验表明； 当相邻漏 斗 口放矿 时，放出椭球体处于相交 或相 切的情 况，其 放出顺序和一次放 出量对 矿 块的 贫化损 失密切相关，必须根 据生产技 术条件结合矿岩流动规律选择合理的放矿制 度 。 1等 量均匀顺序放矿 在 放矿过程 中用相等 的一 次放出量，多次顺序 从每 个漏 斗中逐次 把矿石放出 。这 种放矿 制 度 的 特 点 一是 在只 有一个水平矿岩 接触 面的垂直 壁采场 时， 比较容易 控制矿岩 接触 面下 降。 二是能在整 个放出面积上均 匀松 动，减少底 柱上压力，避免高峰放矿过程中的负荷，同 时还 可防止空洞的产生 。在生产实 践 中， 由 于漏 斗负 担的矿量不均，采用等量 均匀放矿 制度难以保持矿岩接触面呈水平下降，引起 贫损加大。若等量均匀顺序放矿与不等量均 匀顺序放矿制度联合便甩，则贫化 、损失指 标较好 ，如 ；易 门矿务局 狮，凤山坑把这两 种放矿制度 联合使用，放矿步 骤分 为四个阶 段 首先进行全 面松 动 放 矿，放 出1 0 ～ 1 6 矿石量，其次是采用不等 量均匀放矿顺 序 ，造成一个人 为的水平 矿岩 接触 面，然 后 进行 等量均匀顺序放 矿， 回收纯矿石，最 后 是扫 尾阶段，放出贫 化矿 石。该矿务局 自7 0 年代坚持 执行这项 联合放 矿制度 以来， 已创 造 了1 0 年 多来损失率和 贫化率 分 别 保 持 为 1 7 ． 2 2 ，1 0 ～1 5 和1 9 ． 7 的明显效果。 2不等量均 匀顺 序放 矿；依照 漏斗 顺序 ，逐个每次放 出不等 量矿石。 当采场 倾 角小于9 0 时，各漏斗负担的矿量 不 同，要 使矿岩接触 面保持水 平或 近乎水平下 降，必 须采取底盘 漏斗先放 ，且放矿量要按一 定的 分配比例逐个向上盘方向推进。桃林铅锌矿 矿体倾 角较 缓， 采用 不等量 均匀顺 序放矿， 一 0 6 一 有色矿 l 9 9 3 ． 维普资讯 首先出近而远地清理电耙遭内堆积的矿石， 再 由远而近放 出纯 矿石和贫 化矿 石，在实践 中已连续 四年保持 矿石损失 率为2 6 ． 1 2 ， 贫 化率 为2 9 ． 1 2 的 良好 效果。 3 依次顺序放矿 删 安精斗顺序， 把每 个精斗负 担的矿量一次 放完。这种放矿 制度 的主要缺 点是 ①不能 利用 相邻精 斗的 相互影响和作用，损失贫化大。②就整个放 矿面积而论，造成不均衡，使放出椭球休偏 向松散一边， 也造 成损失大 。这 种放矿制度 对于低分段，特别是缓 倾斜 中厚矿体， 各漏 斗是单独放矿，放出椭球休使放矿保持近似 垂 直面前进 ，采用依次 顺序放矿是 可行 的。 松树山铜矿和云锡松树脚锡矿均采用由远而 近依次顺 序放矿 ，分别 取得 了损失率 为2 5 和9 ． 7 3 ，贫 化率为1 0 ％～1 5 ％和1 9 ． 7 的 好效 果。 在开采 倾斜中厚 以上矿 体时，若上盘岩 石在放矿 过程 中不 冒落 ，采 用 由顶盘 『 可底盘 方向依次顺序放矿制度是比较合理的，其优 点是放矿管理 简单，侧边和上部已采区的废 石 混 入 少 。 4 简易放矿是一 种 比较广泛采用 的放矿制度，其特点是从等量和不等量顺序 均匀放矿制度发展起来的简单放矿工艺，每 个精斗一次放 出量不严格要求相等，第一次 是 由近而远先 扫清 电耙 遘，然后又 由远面 近 顺序放矿 反复循环几次 把矿 石耙完 。坚持 由 远而近的 后退 式放矿顺 序，可以减少 电耙道 的维 护工作 量 和防止某 些精斗 口发生破 坏而 堵塞 电耙遘。实现 均匀放矿 时精斗 的暂 时封 闭工作， 一般 均用 大块 卡漏 而形 成 自然 封 斗。该 法在易 门矿 务局也取 得较好 效果，其 特点是在 四个 阶段放矿过 程中，除 回收纯 矿 工作 阶段 由远而近每个漏 斗经 几次顺 序放 矿外，其余三个阶段中，每个精斗基本上都 是 一次放完 。 3 2 放矿 图表 放矿 图表 图 2是实 施 拟定的 放矿 制 { l 幕 J 一 『 l 『 f l V l I 黼 十 卜 I J 碍斗申导 围2故矿 固袭 1 一放矿初期各漏斗负担矿量 ；2 一放矿中期各漏 斗负担矿置 度的手段。根据放矿图表，可 以即时掌握矿 岩接 触面在放矿 过程中的移 动状态，分 析各 个 精 斗出现贫 化 、损失的 原因，用 以指 导放 矿工作的正常进行。在使用电耙出矿的有底 柱 崩 落法的矿 山，放矿图表应 电耙巷 道 为 单元进行编制，按平行六面休粗略计算出每 个漏斗负担的放矿 量 贬相应 的放矿 高度 。在 图表中各个精斗所负担的纯矿石放出量也应 列入图中，以便对纯矿石的放出阶段进行指 导。在放矿过 程中，根据放矿 原始记录 和报 表资料，放矿 初期以 日、朱期 以班 统计各漏 斗的放矿量和品位，用不 同颜色线条填入图 表中以便能及时分析查明矿岩接触面的移动 情况、存在问题及采取相应解决办 法。 此外，还应采取快速计量 、取 样 化验、 现场 快速 分析等手段进行综 合监测o 4 对 降低损失贫化的措施与放出 椭球体影响因素的分析 4 1 矿块主要结构参数的合理选择 1 阶段或 分段高度t 当采用等量 均 匀顺 序反 复放矿 时，精斗 间和脊部损失 高度 与 落矿层 高度 无关 。在采矿技术条 件允 许情 况下 ，应选 取最大可能的高度 。 2电耙巷道 与精斗间距t 电耙巷道 间距和精 斗 间距与崩矿 高度 有密切关系，确 定上述尺 寸时，应 以保 证相邻放出椭球体相 疆岩下j 莆 部旅矿昀理论与生产实践综述刘目栋 一 2 7 一 捌习崧蛙， 维普资讯 用控制爆破拆除2 2 米高钢筋混凝土排洪塔 _ _ { ， ⋯⋯司 7 [ 擅 蜜 ] l 本 文 卉 绍 了 采 用 压 杆 失 稳 理 论 韶 几 何 作 图 j 盍 确 定 欲 爆 粗 暂 布 筋 钢 筋 混 凝 土 排 供 潜 的铰 I J 支柱和倾饼帕承重立拄的爆破畦碎高度阻厦为其选取的爆破参数等． 关键 阔 1 高大建筑 物。 计由竖并和并塔两部分组成， 栗西 沟尾矿库是一 座大型设施 ，总库容 设计 竖井 部分 5 7 ． 5 m，井塔4 8 m 事故前仅建 1 ． 6 5 亿m。 。该库排洪 系统是 由排洪井 、排 洪 成井塔 2 2 m ，内 径 3 ． 0 1 1 1 ，外 径 5 ． 2 ， 同 涵洞和隧道组成。1 9 8 8 年 4 月1 3 日，排洪隧 样尺寸的塔柱 8 根，每根柱断面 为0 ． 4 m。 道突然塌陷，造成 了严重的污染，直接损失0 ． 0 6 m }每隔2 m有钢筋混凝土圈 梁，断 面 3 2 0 0 万元 ， 同时破 坏 了尾矿 库 的排洪系统， 尺 寸为9 ． 5 r a9 ． 8 m 见 图 1。 每根柱 有 其中的新 l 号排洪塔失去作用。 竖筋 2 2 和4 ， l 6 各 6 根}外箍 筋 为2 5 1 o ，内 事故处理后，尾 库又使用多年，因而 箍筋为2 4 ， l 0 。每根圈粱横断面有 竖 筋 l o 2 坝面增高，水 位上 升，新 1号排 洪塔将被尾 和 s 41 s ,箍筋 双肢 为4 1 0 、 1 1 0 见 图 2、 矿水淹没需拆除。为拆除粗密布筋的钢筋混 图 3 。整 个井塔属粗密布筋筒式框架结构 ， 凝土排洪塔 ， 回收1 O 余吨钢 筋，经公 司领导 其强度是很 高的。设 计欲爆体钢 筋 混 凝 土 同意．于 1 9 9 3 年 8月 1 0 日，采 用控制爆破拄 1 1 6 m ，钢 筋构 件1 5 t 。 十十十 十十十 十十十 十 十 十十十 十十十 十十十 十十十 十十十 十十 切 为原则 。 3漏斗 口有效 断面 当漏斗 口尺寸 大于 标准块度尺 寸 3～ 4倍 时，卡 漏现象几 乎消除。目前有色矿山崩落法放矿漏日宽度 一 般为1 ． 8 ～2 ． 0 ～2 ． 5 m，有效 高度 为0 ． 5 ～ 1． 0～ 1 ． 4m 。 4 当崩 落矿块具 有垂直壁条件下放 矿时，应尽可能增加崩落矿石层高度，可提 高纯矿石的回收率和降低贫化率。倾斜矿体 增加阶段 分段高度时，应结合矿体厚度 和倾角等因素同时考虑。在任何条件下，当 崩落矿蛱的有效崩落矿石层高度约太于两相 邻精斗的放出椭球体相切时的椭球体高度的 O ． 6 ～O ． 7 倍 时，必须采取均匀放矿 工艺 ，才 能 保证较 高的矿石回收和较低 的矿石贫 化。 4 2 放出椭球体形态的影 响因素 1 放出矿石层高度 与放出 口尺寸的 比值 比值 愈小，放 出椭球体 愈肥短，反 之 则瘦长o 2 放出矿 石层高度不 变，放 出口愈 大则放 出椭球体愈肥短。 3崩落矿 石块 度细小， 湿度大，含 有粉矿而易粘结时 放矿口尺寸小，放出层 高度 大，则 放 出椭 球体 瘦长。 4 崩落矿石块度大面松散。放矿口 尺寸大，放出矿石层高度／ J 、 ，则放出椭球体 肥短 。 参考文献 略 责 任编辑王 家骧 一 2 8 一 有色矿山1 9 9 3 ． 6 维普资讯