矿石崩落体形态与放矿效果的关系研究.pdf

矿石崩 落体 形 态与放矿 效果 的关 系研 究 张国建 郭连军 鞍 山钢铁 学 院 1 1 4 0 0 2 摘 要 奉文通过分析和 试验初步认蕾 了崩落 体的形成过程及其复 杂形态 ，并根据无贫化放 矿理 论 提出 了通过矿石残 留体 与崩落悼共 同构成的堆积形体与放 出体尽量相符 ．以实 现纯矿石总体 回收最 大的 思想。 关键词 崩落体 崩落体形态 无贫化放矿 RELAT1 0NS HI P BETW EEN S HAPE F0RM 0F CAVED D0W N 0RE AND EFFECTI VENES S 0F 0RE DRAW I NG Z h a n g Gu o j i a n Gu o L L a n j u n An s h a n[ n s fi t u t e o f I r o n＆ s t e e l Te c h n o l o g y I I 4 0 0 2 A b s t r a l B y a n a i y s l n g ∞ d t e s t i n g， t h e s h a p e f o r mi n g p r o c e s s a n d c o mp l i c a t e d s h a p e s o f c a v e d d o wn o r e a p r e l i m n a r d y r e c o g n i z e d B a e d o n t h e t h e o r y o f n o - d i l u tio n o r e d r a wL n g． a n e w c o n c e p t i o n h a s b e e n e s t a b l i s h e d t h a t i s ； t h e s h a p e o f S l o c k p i l e o f c a v e d O F , -t o g o t h e r wi t h r e ma i n e d o r e 【a s f a r a s p o s s i b l e b e s i m i la r t o t h e s h a p e o f or e bed y t o be d r a wn； o n l y i n t h i s wa y t he t ot a l r e c o v e r y of pu r e or e i s t he r t a K[ F J l u r t l Ke v ,v o r d sCa ve d d o wn o r 。 Sk a p e of c a v e d d own㈣No - d L [ ut l onⅢd r awi a g 无底柱分段崩落法是地下铁矿山广泛应用的采 矿方法 之一 ，迄今 应用 该采矿 方法采 出的铁 矿石量 约 占地下 开 采 出的 铁矿 石 总量 的 7 0 ％，然 而该 采 矿方 法矿石损 失 贫化 大 的 问题 一 直 未 能彻 底 解决 ， 大部分矿山的矿石贫化率 达到 2 0 ％～2 5 ％，有的 甚至达 到 3 0 ％ ～5 0 ％。这 一 主要 的 缺点 无 疑 制 约 了无底柱分段崩落法的应用和使用效益的提高。 为了解决无底柱分段崩落法 的这一 主要缺 点， 国内外专家学者及使用该方法的矿山都进行 了大量 研 究 和试验 工作 ，取得 了可喜 的成果 。特别 是 以东 一 管 理 ，分工实施 ，先 易后难 ，由内至外 。在 开发 过程中，把 沙漠化治理纳入煤 田开发总体方案之 中，防沙设计与煤炭开发 同步进行 、同步施工 、同 步发展 。这样 ，煤 田开发与环境治理就形成一个活 的经 济． 生 态 系 统 。系 统各 层 次 、各 部 门之 间互 相 联系，功能互补 ，实现 良性循环。 在具体设计 中，应分别对土石 山区、风沙区、 铁路 公路及 黄河两 岸 、城市住 宅及 园林 区采用不 同 方法。建立植物种源 ，实施林带抚育管理等。 防治沙漠化要防治并重，一手抓治理 ，一手抓 防范 。要努 力保 护 、封育 好 沙区 现有 的植 被 ，防止 矿石崩落体形态与放矿效 果的关系研究 出现新 的沙 漠化 土地 ，改变 治理 速度 跟不 上破 坏速 度 、沙化速 度的局 面 。要保 护好现有林 革植 被 ，在 防沙 固沙 的同时 ，对沙 区实行 沙 、水 、田 、林 、路 综合治理、综合开发 ，变 “ 沙进人退”为 “ 人进沙 退” ，从根本上扭转沙漠化扩大的趋势 - 参考文献 [ 1 ] 朱震达等 ．中国沙漠化撬论 ．科学出版社 ，1 9 8 0 【 2 ] 兰开斯特 ，N 1 9 8 2 ．线性抄丘． 世界沙漠研究’ ，1 9 8 4 【 3 ] 是 正，中国干 旱地区的 风枷地貌 ， 一 中国干旱 地 区 自然地 理” ．科学 出版社 t 9 8 5 收 稿 日期 2 0 0 1年 3月 2 7日 31 维普资讯 北 大学放 矿实验 室刘 兴 国教 授 为代表 研究小 组 ，在 对无底柱分段崩落法进行 了系统的调查 、研究基础 上 ．提 出 了该方 法矿 石贫化 的主要原 因是现 行截 止 品位放 矿方 式 ，与 其它 因素关 系不 大 ，只有 改革 现 行放矿方式 ，才能降低矿石贫化率 ，并且提 出了无 贫化放 矿 理论 。这 一 研 究 成 果 为 从 根 本 上 消除 无底 柱分 段 崩 落 法 贫 化 大 的 缺 点 奠 定 了 坚宴 的基 础 ，也 为这一 领域 的深 入研 究 开辟 了新 的方 向 。 本 文正是 从无贫 化放 矿 的基本原 理 出发 ，分析 了爆破作用 下崩落体形态的估计与控制及其对放矿 效 果 的影 响。 1 崩 落体 形态分析 放矿的对象是崩落的矿石，正确认识和控制矿 石崩落体的形态对于降低矿石的贫化损失是至关重 要 的 。无 贫化放矿 的基本 原 理之一 就是 为扩大纯 矿 石放 出体 体积 ，应 调节 放 出矿石量 使崩 落矿石堆 体 c 含矿 石残 留体的形态 与放 出体形 态最大吻合。 从 这一 基本原理 出发 ，为扩 大纯矿 石 回收率 ，在 通 过 出矿来控制放出体的同时，还应通过落矿来控制 崩落体的形态 ，这两者是并存的，缺一不可。 1 1 矿岩移动规律及崩落体生成浅析 为确切 了解矿石崩落体的形态 ，有必要对矿岩 移动规律及崩落体的生成进行简要分析。根据放出 椭球体理论 放出体的移动过程如图 1 所示。 图 1放 出体 移 动 过 程 回采巷道 ；2 -- 放出体 ；3 一 废石漏斗4 一松动体 ；5 一 压缩悻 随着矿石的放出， 覆盖岩层的稳定性受到破坏， 靠近放出体的岩石随之移动， 距放出体越近 ， 覆岩 中 碎石移动越快 ， 并逐渐趋于稳定。放矿结束后 ， 在覆 岩的压实体中形成了松动体。橙动体的形成既为下 次爆破提供了补偿空间， 也是影响下次落矿崩落体形 态的重要因素。因为在爆破落矿时， 矿石由于碎胀作 用使 体积增大 1 5 ％--2 0 ％ ， 这部 分增大 的体积必然在 爆炸动力作用下向松动体挤压， 形成向松动体压力小 的方向突出的崩落体形态。为了进一步认识崩落悼 3 2 的生成形态 ， 我们进行 了水泥砂浆模 型爆破试验 。 1 ． 2 模 型爆 破 试验 按 模 拟 比 l 5 0制 作 两 个 三 色 水 泥 砂 浆模 型 如 图 2 水 泥 为 4 0 0号 ，灰 砂 比为 1 4 。 预制 两 排炮孔 ，直径为 7 ． 5 m m。从 回采巷道底板 向上分 红 、黑 、绿三 种颜 色浇铸 。 图 2水 泥 沙 浆爆 破 试 验 模 型 l 一炮孔 ；2 -- 同采巷道 将模 型平放 在基 岩上 ，孔 内装人 导爆 线作 为炸 药，用导爆管起爆 ，并用碎石和砂土作覆盖层将 试 验模 型埋好 ，覆盖 层厚度 为 0 8 m 以上 ，并 用草 垫 子盖起 来 爆破 参数如 表 1 。爆破 后 ，利 用人 工 水 平分层剥离覆盖层，并按崩落碎块的颜色分别进行 筛分 统计 ，并 依次测量 矿岩边 界 ，即 以回采巷 道底 板标高为 0 ，自上而下每隔 4 c m测绘一张崩落体边 界 水平分 层 图 ，以查 清爆破后 矿堆 的空 间形 态。 表 1 模型爆破试验参数表 了 1 c c m - ； 从模型爆破试验可以看出，矿石崩落体呈一复 杂的空间形态，尤其是靠近矿体 的上部 有一陷落 区 ，如 图 3 这 在以往 的放 矿研 究 中是 从 未注 意 到 的 ，这一 现 象 的 出 现 显 然 是 与 爆 破 作 用 密切 相 关 的 当爆破发生时，矿石在冲击波和爆炸气体的作 用下被从矿体上分 出来，并 向岩石松动 体挤压膨 胀，直到达到新的平衡。在达到新的平衡之前 ，由 于崩落的矿岩迅速向覆岩方向移动 ，在矿石分离面 上方形成一瞬间压力降低 区，这时上方的覆岩在压 力 作用下迅 速 向下 移 动 ，在 矿 石 回缩 达 到 平衡 时 ， 便在矿石上方形成了一 凹陷接触面。 中国矿业 2 0 0 1年第 l 0卷第 5期 ● _＼ 一、、 4 维普资讯 ， 、 ／ 、 固 3覆岩下放矿所形成 的松动体 与压缩体 矿悻 2 一覆盖岩层 ；3 一 橙动件；4 一 压缩件 ；5 -N采 道 2 爆破 特征与 无贫化 放矿 从上面的分析可以看出， 崩落体复杂形态的形戚． 一 方面受松动体特征的影响， 另一方面更主要的是受 爆破落矿特征 的影响 ， 与放矿效果有着密 切的关系。 2 ， 1 爆破特征 与放矿 效 果 爆破特征是决定崩 落体形态的重要因素，进而 影响矿石损失贫化率 这些特征包括爆破参数 如 一 次 崩矿层厚 度 、炮孔 排 距 、炮 孔扇 面倾 角 、装药 参数 、装药结构 、微差时问及炸药特性等 ，覆岩 物理力学性质及放矿工艺 ，矿体的J 生质等。 根 据放矿 理论 ，极 限 放 出漏斗 的倾 角 一般不 大 于 7 0度，小于 7 0度的矿石不能在本阶段放 出来 对于小步距，放出体由于进入侧面岩石 中而产生贫 化，而步距较大时 ，放出体由于不能完全覆盖崩落 的矿石 而产生损 失 。过大 和过小 的 步距都 是不科学 的，最佳的落矿步距应是使崩落矿石的堆积形态与 放 出体 的形态基本 一致 。同时爆 破作用 还决 定矿石 粒度分布 如适当减少抵抗线 、增大 L 底距 、采用 L 底空气间隔装药，可 以明显降低大块率 ，增加矿 石的流动性。这样通过控制爆破特征可获得有利于 降低矿石损失贫化的崩落体形态。 2 ， 2 无 贫化放矿 的实现 爆破落矿在一定程度上控制了矿石崩落体形态， 但要实现无贫化放矿 ， 还必须有科学的放矿管理方法。 从图 3可以看 出， 按椭球体放矿原理 ， 在不损失 矿石的前提下， 必然会由于上部下 陷部分废石的侵 入而产生贫化。然 而如果下陷部 分不是废石， 而是 上分段放矿剩下的矿石 ， 这时的矿石堆积体形态与 放 出体形 态 十分接近 ， 如 图 4 。 矿石崩落体形态 与放矿效果 的关系研 究 囤 4崩落矿石形态示意围 l 一崩 落体； 2 -- 松动体 ； 3 一 压缩体； 4 一回采着道 5 一崩 落岩层 陷落区； 6 --矿件 根据模型爆破试验对崩落体形态的认识及 以上 分析 ， 为了弥补下陷部分废石可能引起的贫化 ， 在上 分段放矿结束时 ， 不是将矿石全部放 出， 而是留有一 定厚度矿石残留体 ， 这些残留矿石同崩落的矿石一 起近似构 成 了放 出体 形 态 这 也 正是 无 贫 化放 矿 所 要求 的 。 残 留矿石厚度的确定应该是在掌握了具体矿 山 的矿石崩落体形态之后 ， 根据总体最优的原则 ， 在保 证最大限度地提高纯矿石回收量的前提下来确定 3结论 无底柱分段崩落法是应用广泛 、 生产效率高的 采矿方法， 深入认识和研究矿石崩落体的形态及其 放矿过程 的规律对于解决损失贫化问题具有重要的 意义 。本 文 在无 贫化 放 矿 理论 指 导下 ， 通 过分 析 和 试验初步认识 了崩落体的形成及形态 ， 并在此基础 上提出了通过矿石残留体与崩落体共同构成的堆积 形态与放 出体尽量相符 ， 以实现纯矿石总体 回收最 大的思想 。有关崩落体形态的认识及控制将作进一 步研究 。 。 参考文献 [ I 】 刘兴国 ， 无底 柱分段崩落法放矿研究的新进 展 第五届 生国采 矿学术会议论文集 ， 成都 ． 1 9 9 6 ． v 3 6 I --3 6 5 [ 2 】 解世俊等缩， 金属矿床地下开采 北京 冶金工业 出咂杜 ， I 9 7 9 [ 3 ] 张国建等 ， 地下矿垂直扇形中辣 L 孔底空腔 爆破 验 研究 中 国 矿 业 ． V0 1 4． No 1 ． I 9 9 5 收稿 日期 2 0 0 1年 4月 7日 [ 作者简介] 张国建鞍 山钢铁学院教授 郭 连 军 鞍 山钢铁 学院副教授博士 3 3 维普资讯