无底柱分段崩落 法 结构 参数 的计算 与选取.pdf

I S S N 1 6 7 1一2 9 0 0 C N 4 3一1 3 4 7 / T D 采矿技术第6 卷第1 期 M i n i n g T e c h n o l o g y , V o l . 6 , N o . 1 2 0 0 6 年 3月 Ma r . 2 0 0 6 无底柱分段崩落法结构参数 的计算与选取 俞胜健 上海梅山矿业有限公司， 江苏 南京市 2 1 0 0 4 1 摘 要 从三维空间的角 度分析了 无底柱分段崩落法放出 体的空间布局， 并对结构参数进 行了 优化计算， 指出了 我国 无底柱分段崩落法加大其结构参数的具体方法和途径。 关键词 无底柱分段崩落法; 结构参数; 放出体 1 结构参数配置通式 无底柱分段崩落法放矿是在覆岩下进行的， 结 构参数的优劣对矿石损失贫化指标具有根本性的影 响。作者经多年研究后认为， 放出椭球缺的空间排 列存在3 种最优方式， 即高分段方式、 大间距方式、 大崩矿步距方式。设H , L , R , r , a , b , c , 0 分别为分段 高度、 进路间路、 崩矿步距、 上下分段炮孔排位线错 开距离、 纯矿石放出体的长半轴、 横短半轴、 纵短半 轴及放出体流轴倾角， 则3 种最优方式下结构参数 之间的关系如下。 1 . 1 高分段方式 分段高度与进路间距的数量关系为 分段高度与进路间距的数量关系为 H 1 一s i n 2 0 a L 2 b 7 崩矿步距与分段高度存在如下关系为 大崩矿步距方式时， 上下分段排位线正好完全 错开， 因此错开距离 r 为 2 t 5 2 0 / 3 一 t 扩 0 . a 2 1 t g 2 0 b 1 -- H-L 分段高度与崩矿步距的数量关系为 R H _ 1 s in g 1 t g 2 0 一 a t g 0 2 t g 2 B 万确.2 a 2 上下分段排位线错开距离; 为 r 二 s in O 2 - / 3 - tg 2 B 2 tg 2 0 / 3 一 t g 2 0 1 . 2 大间距方式 分段高度H和进路间距L . c a t g 0 . 万 3 、 2 a 之间的数量关系为 1 a 2 / 3 一 t g z 6 b 4 分段高度与崩矿步距R之间的 数量关系为 R 1s i n e ca t 9 0 二 一【 J HZ a 上下分段崩矿排位线之间的错开距离r 为 s in e c a tg e . 万 6 Za 1 . 3大崩矿步距方式 2 结构参数的选取 2 . 1 放出椭球缺有关参数之间的关系 从前述的公式可知， 结构参数的选取涉及到放 出体本身的一些基本要素， 它主要包括放出体的长 短半轴参数a , b , 。 及流轴倾角0 等， 这些单一放出体 参数的研究相对成熟， 确定方法也较多， 如实验室物 理模拟放矿、 数学模拟计算、 计算机仿真模拟及放出 体工业试验等， 但真正反映客观实际的还是工业放 出体试验。我国先后在河北铜矿、 梅山铁矿、 程潮铁 矿等单位开展过这样的工业试验， 纵观这些试验， 河 北铜矿的放矿高度最大， 最能反映放出体发育变化 的全景。因此， 以河北铜矿放出体工业试验的结果 见表1 进行分析计算。 根据偏心率观察， 作者认为放矿高度为2 7 m和 3 4 m时的相应数据不太正常， 故予赐除。由此可得 如下拟合关系 b 一 0 . 0 0 8 1 a 2 0 . 5 2 5 7 a 一 0 . 7 3 6 1 0 。 一 0 . 0 1 1 4 a 0 . 5 9 0 9 a 一 2 . 1 3 川 t g e一 0 . 0 0 0 7 a 0 . 0 6 7 5 1 2 采矿技术 2 0 0 6 , 6 1 表1 河北铜矿工业放出体有关参数 1 0 m , 5 5 0 , 7 6 0 。 放矿高度 m 放出体参数 a m b mc m 表2 无底柱分段崩落法放出体最优布局结构参数 03030404040404101214巧巧1621354762748589 0.0.0.0.住0.0.0.0.0.0.0.0.LLLLLI.L 任双鱿仅承犷仪加卜6j更托水4]倪如工牡倪补 内‘，‘，妇222，、︸12，乙2，J，J222内j凡j，、飞 02688885368313064781951312051922巧57 日00122尸﹂ 刁月二︸.且，.人书.1‘.1﹃.1﹃.1 202224262830咒1012巧182022156.51820222425 -220。6护0，乙月了 叨一060606050505时 6 . 5 8 1 2 . 5 1 6 2 2 . 5 ; .; 方式 高分段 分段高度 H m 进路间距 乙 m ， 尺 、 、I 少 m 6 . 7. 8 . 5 4 9. 31 5 . 4 5. 6 月. 内尹内了 ‘ 4产D ，︸勺︸ 巧182734475055 2 . 2 结构参数计算 无底柱分段崩落法放出椭球缺的空间排列优化 是确保某一设定范围内的纯矿石放出量最大， 因此， 当已知分段高度 或进路间距 及进路断面尺寸等 条件下， 先设定某一进路间距值 或分段高度等 ， 这样便可知纯矿石放出体的半轴a , b 的相互关系; 结合工业放出体的a 和b 的相互关系， 便可得到a , b 值。 把a , b 代人前述的公式， 得到新的进路间距值 或分段高度等 ， 再由这一新进路间距值重新作为 设定值再行计算。通过多次这样的迭代运算， 便可 得到真正合理的进路间距值或分段高度等值。这里 需要说明的是， 在具体求解时， 认定漏斗母线与放出 体相切位等同于以放岩流动角正切值为斜率的直线 与放出体的相切位， 并认为X O Y平面内的最大纯矿 石放出椭圆在立体上即为最大纯矿石放出体。事实 上， 这两种假定对计算结果的影响极其甚微。设进 路高度为1 、 凿岩中心高度为 、 凿岩边孔角为R 、 矿 岩流动角为a， 并设放出体的MY平面方程为 x 2 / b 2 尹 / a 2 1 1 3 则椭圆上切点为 x , } Y i 的切线方程为 x , x / b 2 少 ， y/a 2Y , Y / a1 1 4 矿岩流动线方程为 Y 一 Y o x一 x o t g a 1 5 其中， x 。 二 i 一 z c t gs一 L / 2，Y O 二H j 1 3 一 a . 这里假定凿岩炮孔的孔口位于巷道顶板上。 由方程 1 4 、 1 5 得 x ， 二 一 b t g a / e , y ， 二 a 2 / e 1 6 其中， 。 Y O 一 x o t g a 。 将其结果代人方程 1 3 ， 得 b 2 t g 2 a a 2 e 2 1 7 将式 1 0 代人式 1 7 ， 在设定的进路间距值 下， 经迭代运算得到半轴a 值; 将a 值分别代人 1 、 4 , 7 式， 得到迭代进路间距值， 并得出相应的崩 矿步距值及上下分段排位之间的错开距离。 现将上 述计算结果列于表2 j , z , /8 , 。 的取值分别为3 . 8 m , 大间距 1 8 . 2 0. 2 1 2 2 . 121甘4lj6工O ‘.lj.1‘.1﹃.1通.1粗.1‘.1 大崩矿步距 对大间距方式而言， 令分段高度等于进路间距 应先对上表进行适当的曲线拟合 ， 则可得H , L 值 为2 3 . 7 m ， 即当H 2 3 . 7 m时， 其 外在表现为进路间距小于分段高度; 当H 2 7m 时， L 为2 4 . 7 m , R为3 . 3 m 。 瑞典基鲁纳矿选用的 是2 7 mX 2 5 mx 3 . 5 m ， 两者基本相符。 3 . 1 不同 布局方式的比较 布局方式的选择 在表2 计算范围内， 高分段方式时， 其分段高度 与进路间距之比在2 . 3 4一 2 . 5 9之间; 大间距方式 时， 其分段高度与进路间距之比在0 . 7 8 一 0 . 之 间; 大崩矿步距方式时， 其分段高度与进路间距之比 在1 . 3 5 一 1 . 5 1 之间。显然， 高分段方式应予摈弃。 由于我国常用的边孔角在5 0 “ 一 6 0 “ 之间， 大间 距与大崩矿步距方式在凿岩炮孔深度上的区别不是 太大。为进一步比较， 将表2中分段高度和进路间 距相乘的结果S 作为自变量， 以崩矿步距作为因变 量， 由此可得二者之间的拟合关系， 令两种方式下的 S 相等， 可得大崩矿步距与大间距方式的崩矿步距 之比值K o K值的变化范围为1 . 1 7 一 1 . 2 9 在完全球 体情况下， K值永远为1 ， 说明在单一崩矿步距下， 俞胜建 无底柱分段崩落法结构参数的计算与选取 大崩矿步距方式时的崩矿量最大， 其矿岩接触机会 更少。因此， 大崩矿步距布局方式更具优越性。 3 . 2 布局方式的应用和改变 由于传统设计中的分段高度是进路间距的1 . 2 倍左右， 因此， 目 前我国极大多数生产矿山， 其分段 高度与进路间 距的配置更接近于大崩矿步距方式时 的二者配置。为此， 只要对崩矿步距重新选取、 确认 即可。对于已经采用大间距的生产矿山， 考虑进一 步加大结构参数时， 为避免改变进路间距而带来的 过渡问题， 应首先考虑大崩矿步距布局方式， 在进路 间距不变时， 加大分段高度并使之达到最优值。从 这一角度看， 瑞典基鲁纳矿一味采用大间距布局方 式、 不断改变进路间距的方法并不可取。这一原理 同时要求有关设计人员在设计阶段高度、 分段高度 及矿块尺寸等参数时， 要为以后结构参数的更改留 下变通的可能。 参考文献 [ 1 l俞胜健. 无底柱分段崩落法结构参数的优化研究【 i l . 采矿技 术， 2 0 0 4 , 4 收稿 日 期 2 0 0 5 - 0 6 - 1 3 . 创 . 卜.月 口 卜.闷 . . -. 口 ..心 门 卜一司 . 卜 .目 . 卜二 门 .一月 . ，.闷 . 卜 .司 . ，一月 . 户 一川卜 .叫 . . 一月 . . .月 . 卜.川 . 卜 .司 . 卜 .月 . ， .月 . 卜一训 . 卜 一心 . ， .月 . ， .川 . . .月 心 .一司 . 卜 一闷 . . .“ . 卜.月 . 卜.司 . . 一川 . . .州 口 . 一叫 口 卜一司 . . 一叫 . 卜 一月 . . .月 . 卜一司 . .一月 . . 一月 . ， 州 . 卜 .司 . . 一叫 . 户.川 . . .闷 . .. 上接第3页 表3 矿产资源综合评价二级指标特征值取值 特征值 评 价 指 标评 价 值 0 . 2 0 . 4 0- 0 . 3 0 . 3-0 . 5 0 . 6 0 . 8 1 . 0 0 . 5-0 . 7 0 . 91 . 0 资源总价值 亿元 矿床形态产状 矿岩稳定性 矿石特征 矿区工程地质条件 矿区水文地质条件 矿区气候与地理条件 交通运输 电力供应 水源供应 燃料供应 劳动力供应 生产资料供应 0一1 5 极不规则 极不稳定 差 复杂 复杂 差 困难 困难 困难 困难 困难 困难 巧 一3 0 不规则 不稳定 较差 较复杂 较复杂 较差 较困难 较困难 较困难 较困难 较困难 较困难 3 0一4 5 次不规则 次不稳定 一般 中等 中等 一般 一般 一般 一般 一般 一般 一般 0 . 7- 0 . 9 4 5一6 0 较规则 较稳定 较好 较简单 较简单 较好 较好 较好 较好 较好 较好 较好 6 0 规则 稳定 好 简单 简单 好 好 好 好 好 好 好 ClqC3q几吼qqqcl0CllClz几 等， 根据本行业特点选择研究适当的评价数模也是 研究的重要内容之一。 参考文献 钱亚鹏， 戴晓江 矿区可持续发展指标的评价〔 i l . 有色金属 设计， 2 0 0 3 , 3 0 3 1 1 一 1 4 , 3 2 . 龚利华， 黑色金属矿山清洁生产评价指标体系的建立〔 J ] . 金 属矿山， 2 0 0 3 , 7 5 7 一 5 9 . 汪应宏， 汪云甲. 级差矿利的确定方法研究【 J 〕 . 金属矿山， 2 0 0 0 , 6 2 0 一 2 2 . 陈玉和. 可持续发展系统工程论〔 J 〕 . 中国煤炭经济学院学 报. 2 0 0 3 , 1 7 1 8 一 1 4 . 陈玉和， 王玉浚， 李堂军. 矿区的概念与矿区可持续发展的基 本问 题【 月. 西 安 科技 学院 学报， 2 0 0 0 , 2 0 4 2 9 9 一 3 0 3 . 饶运章， 侯运炳. 矿山岩土工程系统环境质量评价指标体系 l i l . 中国 矿 业， 2 0 0 3 , 1 2 3 1 8 一 2 2 ﹃一一一J，..J，..J，wejfweJleeJ 12内j4工I护0 r‘.r..r.LlesesLlesesLrlL 各指标特征值取值如表3 所列。 4 结束语 随着浅表和易采矿产资源的日 趋枯竭， 深部开 采及对开采条件复杂矿床的开采势在必行。因此在 今后对矿产资源状况的评价应该重视开采条件及其 外部条件。以利于恰当评价具体条件下的有色金属 矿山资源， 搞好资源管理， 科学合理地规划矿产建设 及生产规模。同时也是矿产资源资产化管理、 开采 权流转、 合理计取资源税及资源补偿费的重要基础。 在确定了指标体系后， 对评价数学模型的选择 与建立也是评价科学可靠的 重要保证。近年评价方 法有很多种， 如模糊综合分类法、 灰色聚类综合分析 法、 模糊数学、 稳健数据处理、 分形几何、 层次分析、 灰色系统以 及近年来发展起来的人工神经网络理论 收稿日 期 2 0 0 5 - 1 1 - 1 5