无底柱分段崩落法应进一步研究的几个问题.pdf

无底 柱 分段 崩 落 法应 进 一 步研 究 的 几 个 问题 张国建 蔡美峰 1 鞍 山科 技 大 学 土木 与 交 通 工程 学院 鞍 山 1 1 4 0 4 4 2 北 京科 技 大 学土 木 与 环 境 工 程 学 院 北 京 1 0 0 0 8 3 摘要本 文分 析 了 目前 无底 柱分 段崩 落 法应 用 中存 在 问题 ，指 出了应 对覆 盖 岩层 的 自然 分 级 、崩 落体形 态 以及 放 出体 松 动体 崩落体 三 者关 系进 一步 深入研 究 ，强 调 把放 矿 与爆 破作 为 一个 有 机 整体 进行综 合 研究 ，对 于优 化结构 参数 ，降 低 矿石损 失贫 化 ，提高 矿 山经济 效益具 有重 要 意义 。 关键 词崩落 法放 出体松动 体崩落 体 自然 分级 中 图分类 号TD 8 5 3 ． 3 6 文献 标识 码A 文 章编 号1 0 0 44 0 5 1 2 0 0 3 1 1 0 0 4 1 一O 3 SoM E CRI TI CAL I S S UES I N APPLI CATI oN oF PI LLARLES S S UBLEVEL CAV I NG M ETHoD Z h a n g Gu o j i a n C a i M e i f e n g 2 1 ． An s h a n Sc i e n c e＆ Te c h n o l o g y Un i v e r s i t y An s h a n 1 1 4 0 4 4 2 ． B e i j i n g S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y Un i v e r s i t y B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 Abs t r a c t So m e c r i t i c a l i ssui n a p pl i c a t i on of pi l l a r l e s s s ubl e v e l c a v i n g m e t h od a r e a n al y s e d． Fu r t he r r e s e a r c h s h o u l d b e d o n e t O n a t u r a l c l a s s i f i c a t i o n o f c a p p i n g r o c k； s h a p e ＆f o r m of b r e a k i n g d o wn r oc k； r e l a t i o n s h i p b e t we e n d r a wi ng O U t r oc k， l o o s e r oc k a n d b r ea king d o wn r oc k ． To o p t i mi z e t h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s ， r e du c e or e ’ S di l u t i on r a t e a nd i nc r e a s e m i ne ’ S b e ne f i t， i t i s of gr ea t i m p or t a nc e t h a t t he d r a wi ng op er a t i o n a ndb l a s t i n g o pe r a t i on a r e mu e d a s a c ompl e t e u nit． Ke y wo r d s S u b l e v e l ca v i ng m e t h o d ， Dr a wi n g O U t r oc k， L o o s e r oc k， Br e a k i n g d o wn r oc k， Na t u r a l c l a s s i fic a t i on 无底 柱分段崩落法 自2 0世 纪 6 0年代 中期在我 国开始使 用以来 ，因其具有结构简单 、机 械化程度 高 、安 全 性 能 好 、采 矿 强 度 大 等 特 点 ，在 金 属 矿 山 获得 迅 速 推 广 ，特 别 是 在 铁 矿 山更 为 广 泛 ， 目前 己 占地下 铁 矿 山矿 石 总 产 量 的 7 0 ％左 右 。 无 底柱分段崩落法是在覆盖岩层下放 矿与崩 矿 的 ，为 使 这 一 采 矿 方 法 得 到应 用 ，降低 矿 石损 失 贫 化 ，国 内外 的专 家 学 者 及 使 用 该 采 矿方 法 的 矿 山 进 行 了大 量 的研 究 工 作 ，取 得 了 可喜 的 研 究 成 果 ，对 这 种 采 矿 方 法 的应 用 具 有 指 导 意义 。 然 而 像 任 何 事 物 一 样 ， 随着 该 采矿 方 法 的 应 用 ，也 出现 了一 些 急 待研究解决 的新问题 ，应引起我们的重视 ，使该采 矿 方 法 得 以更 好 的应 用 。 1覆 盖 岩 层 的 自然 分 级 随着 开采 深 度 的增 加 ，起 初 形 成 的覆 盖 岩 层 也 不 断下 降 ，在 下降过程 中覆盖岩层 出现 了岩层块度 上 大下 小的分级现象 ，我们称这种现象为覆盖岩层 的 自然 分级 如 图 1 。它是 放 矿研 究 中 出现 的一 无 忘柱 分段崩 落 法应进 一步研 究 的几个 问题 个 急待研究 的新 问题 ，这种 自然分级现象 已被矿 山 生 产 实践 所 证 实 ，并 对 矿 山损 失 贫 化 有 很 大 影 响 。 而且 随 着 开采 深 度 的增 加 ，这 种 影 响愈 加 明显 。 1 矿 体 ；2 回采 巷道 ；3 覆 盖岩层 图 1覆盖 岩层 自然 分级示 意 图 覆 盖岩层 的 自然分级告诉我们 ，采用无底柱分 段崩落法 的矿山 ，应对覆盖岩层 的性质 、岩层 的移 动规律 以及岩层块度 分布进行深入研究 ，这对该种 采 矿 方 法 的 应用 具 有 很 重要 的意 义 ，必 须 引起 广 大 采矿工作者 的注意 。 2矿 石 崩 落 体 的 形 态 41 维普资讯 我们把被爆矿体爆落后在覆盖 岩层 中形成 的松 散矿石堆称为崩落体 ，它 是我们放 矿的对象 ，是放 矿研究 的基础 。弄 清 崩 落体 形 态对 于优 化结 构 参 数 ，减 少 矿 石 损 失 贫 化 ，提 高 矿 山 经 济 效 益 具 有 重 要 意 义 。 以往 的放 矿研 究 主 要 建 立 在 对 矿 石 爆 堆 简 单 假 设基础上 ，认 为爆 破后矿石爆堆仅仅是 向周 围覆 盖 岩 层 的 线 性 挤 压 如 图 2 。 4 3 1 矿 体 ；2 回采巷 道 ；3 矿 石爆 堆 4 覆 盖岩 层 图 2假 设矿 石爆 堆 示意 图 被爆矿 体 爆 破 后 由原 来 A B C D 膨 胀 为 A B C’ D’ 。缺 乏对 矿石 崩 落体 及 其形 态 的研 究 。矿 石 崩 落体形 成受 多种 因素 的影 响 ，主要 有 爆 破参数 、 被爆矿 体性 质 、覆 盖岩层 性 质、放矿 工艺 过程 等。 这些影响 因 素综 合作 用 的结 果 形 成矿 石 崩 落体 形 态 。 矿石崩 落体形态 研究的 主要 内容有 崩落矿石 所处 的空间位置 、大小 、块度分布 、松散状态 、流 动性等 。 由此可 见 ，弄 清 崩 落体 形 态 即被 爆 矿 石 的 形 态 、大 小 、块 度 分 布 、松 散 状 态 、流 动性 等 ，对 于 优化放矿过程 ，最大 限度 的 回收地 下资源有着重要 作用 。 3覆 盖 岩 层 与 崩 落 体 的接 触 关 系 无底柱分段 崩落法的落矿是采用垂直扇形 中深 孔 爆 破 进 行 的 如 图 3 。 图 3扇形 炮 孔装药 示 意 图 因此 ， 爆破后 的矿石块度分 布很不均 匀 ， 呈现 出 块度上大下小 的现象 ， 这与覆盖岩层 的 自然分级形成 的上 大下 小 构 成 了如 图 4所示 的矿 岩接 触关 系 。 4 2 l 崩落 岩层 ；2 崩 落矿 石 图 4覆盖岩 层与 崩落体 的接 触关 系 这种新的矿岩接触关系 ，由于覆盖岩层与矿体 接触处形成一层 岩粉 有时甚 至还 含黄 泥等 ，致 使矿石爆破后 ，岩粉渗入崩落体 ，随着后续 的放矿 提 前 到 达 放 矿 口 ，造 成 提 前 贫 化 。这 种 接 触 关 系大 大 增 加 了 矿石 的损 失 贫 化 率 ，是 我 们 必 须 研 究 解 决 的 问题 之 一 。 4放 出体 ． 松 动 体 ． 崩 落体 三者 的 关 系研 究 过去我们在无底柱分段 崩落法的研究 中 ，有的 侧 重放矿 ，有的侧重爆破 ，缺乏把放矿与爆 破作 为 一 个整 体 进行 综合 研 究 ，今 后应 加 强 这 方 面 的研 究 。 我们知道 ，放 矿过 程形 成 了放 出体 、松 动体 ， 与之对应还形成 了压缩体 ；爆破过程形成崩落体和 挤压体 如图 5 。 1 崩落体 ；2 放 出体 ；3 松 动体 ； 4 矿体 ；5 回采巷 道 ；6 覆 盖岩层 图 5崩落 体形 态 不难看 出，崩落体 的形 态直接影响放 出体 的形 成 ，而放 出体又影响松动体的形成 ，松动体 又影 响 崩落体 的 形成 。 因此 ，放矿 与 爆破 落 矿 是相 互 联 系、相互制约 的一个有机整体 ，把他们分割开来研 究 问题是不科学 的。我们应就放矿和爆破分别形成 的放 出体． 松 动 体． 崩 落体 三者 的关 系进 行 深 入 研 究 ，找出其规律性 ，指导无底柱分段 崩落采矿法 的 成 功应 用 。 影 响崩落体形成的主要因素有 爆破作用 、矿 体性质 、松动体形态及覆盖 岩层性 质等 。 影 响放 出体形成 的主要 因素有 放矿工艺 、崩 中盈 矿 业 2 0 0 5年第 l 2卷第 1 1期 维普资讯 落 体 形 态 、覆 盖 岩 层 性 质 等 。 影响松 动体 形 成 的 主要 因素有 覆 盖 岩 层 性 质、放 出体等 。 爆破参数不 同 ，崩落矿 石所 处的空间位置 、形 状 、大 小 、块 度 组 成 、 松散 系 数 等 也 不 同 。也 就 是 说 ，调 整 爆 破 参 数 ，可 改 变 崩 落 矿 石 的形 态 。这 里 所 指 的爆 破 参 数 有 一 次 崩 矿 层 厚 度 、炮 孔 排 距 、 炮孔扇 面倾 角、扇形炮孔的边孔角 、孔底距 、炸 药 品种 及 性 能 、装 药 结 构 、起 爆 顺 序 、微 差 时 间 等 。 这些 参数极大地影响着崩落矿石 的数 量和质 量 ，即 矿 石崩落体 的形态 ，是放矿 问题不 可忽视 的重要 因 素。在其它条件一定 时 ，增加一 次崩矿层 厚度 ，可 增 加 每 次 爆 破 量 ，增 加 崩矿 步距 。 但 是 ，随 着 崩 矿 层厚度 的增加 ，从松散介质 中获得的补偿空 间将逐 渐减少 ，造 成“ 过 挤压 ”现象 ，影 响崩落 体形 态 ， 进而影 响放 出体 的形 成与发育 。相反 ，减少一次崩 矿层厚度 ，可使 崩矿步距减小 ，同样影响崩落体形 态 。因此 ，一次崩矿层厚度过大 、过小都会使矿 石 损 失 贫 化 指 标 变 坏 。 垂 直 扇 形 中深 孔使 炮 孔装 药 能量 分 布很 不 均 匀 ，使 崩 落矿 石 堆上 部 大 块 偏 多 ，块 度 分 布不 均 匀。可通过优化 爆破 参数 ，使 爆 破能 量分 布均匀 ， 延长爆破作用 时间 ，改善爆破效果 ，优化崩落体和 放 出体 ，使二者相 吻合 ，以降低矿石损失与贫化 。 被 爆 矿 体属 爆 破 的 对 象 ，其 性 质 如 何 ，直 接 关 系到崩 落体的形 态。在其它条件一定 时 ，不 同性 质 的矿体 ，其崩落体形态是截然不 同的。因此 ，认 识 被爆矿 体的性质 ，如可爆性 、碎胀性 等 ，是研 究崩 落体形态 又一 主要 因素 。 被爆 破矿体周 围的覆 盖岩层是 在一定 的放矿工 艺条件下形成 的松动 和松 动体以外的压缩 体 未二 次 松 动 部 分 如 图 6所 示 。 ，、 ／t 1 松动体 ；2 压 缩体 ；3 矿体 ； 4 回采巷 道 ；5 覆盖 岩层 围 6松 动体 和 压缩体 无 庶柱 分段■ 落法应 进 一步 研 究的几 个 问题 2 覆 盖 岩 层 的状 态 是 形 成 崩 落 体 形 态 的外 部 约 束 条件 ，直接影 响崩落体形态 的形成 。而放矿工艺关 系 到 覆 盖 岩 层 松 动 体 的形 成 。放 矿 理 论 认 为 ，松 动 体 为一椭球体 ，而在这一松动椭球体 内的松散介质 孔 隙度较 它以外 的压缩 体大得多。这使得被爆破 矿 体在爆破 和矿 石碎胀作 用下 ，崩落矿 石对 其周 围覆 盖 岩 层 的推 移 与 压 缩 变 形 是 非 均 匀 的 。 一 般 来 说 ， 其结构变形 主要发生在松动体 内，是矿体爆破的主 要补偿空间 ，松动体的形态是决定崩落体形态的主 要 影 响 因素 。 放矿工艺 如铲取方式 、铲取深度 、放矿制度 等 的不 同 ，影 响放 出体和松动体 的形成 ，进而 又 影 响崩 落体 的形 态 。这 说 明上 次放 矿 所 形 成 的松 动 体 的形 态对崩 落体形态有着很 大影 响 ，而崩 落体形 态 又影 响放 出体的形成 与发 育。如果崩落 体形态不 合理 ，势必影 响放 出体和松 动体的形成 ，进而影 响 后 续的崩落体形态 。总之 ，放矿工 艺影响放 出体和 松动体的形 成 ，爆 破和松 动体影 响崩 落体 的形成 ， 崩落体又影 响 放 出 体 和松 动 体 的 形 成 如 图 7 。 因此 ，放出体． 松 动体． 崩落体三 者是相互 联 系的一 个整体 。研究 放 矿 问题 ，应 从 整 体 优化 的观点 出 发 ，研究放 出体 、松动体 、崩落体三者之 间的相互 关 系 ，以解决矿 石损 失贫化 和结构参数优化 问题 。 图 7放 出体 ． 松 动体． 崩落体 三者 的关 系 总之 ，随着开采深度 的增加 ，无底柱分段崩落 法覆盖岩层 的 自然分级 和崩落体形成 了新 的矿岩接 触 关 系 ，这 种 关 系 直 接影 响矿 石 的损 失 贫 化 。 把放矿与爆 破作 为一有机整体进行研究 ，摸清 放 出体． 松 动 体． 崩 落 体 三 者 的 关 系 ，优 化 结 构 参 数 ，提高矿 石 回收率 ，降低 贫化率。 为 此 ，无 底 柱 分 段 崩 落 法应 着重 研 究 的 几 个 问 题 ①覆盖岩层的性质及 自然分级 ；②崩落体形 态 及崩落矿岩移动规 律 ；③放 出体． 松 动体． 崩落 体三 者 的 关 系 。 1 收 稿 日期 2 0 0 3年 1 0月 1 2 日 [ 作者 简介 ] 蔡 美峰 北京科技 大学土木 与 环 境工程 学院 院长教授博士生导师 张 国建教授鞍 山科技 大学副校 长北科 大 土木 与环境工程 学院在读博士 4 3 维普资讯