无底柱分段崩落法最佳结构参数的确定方法!.pdf
无底柱分段崩落法最佳结构参数的确定方法 张国联邱景平宋守志 (东北大学资源与土木工程学院 沈阳 “ “ “ ) 摘要由于无底柱分段崩落法结构参数一直采用经验方法确定,很难保证结构参数最佳,本文分 析了放出体和矿石堆体的形态及其影响因素。在此基础上提出了最佳结构参数的标准即纯矿石放出量 最大和纯矿石回收率最高,据此提出了最佳结构参数的确定方法,并以鲁中矿山公司小官庄铁矿为例计 算了该矿最佳结构参数的理论值。 关键词无底柱分段崩落法结构参数纯矿石放出体矿石堆体纯矿石回收率 中图分类号 9 3 4 1 9 ( 1 7 7 8 7 A B C 7 6 D BEF 9 G 9 8 H 3 4 9 3 B B 9 3 4,I 7 J 1 B 2 C J B 3K 3 9 G B D C 9 J L 1 B 3 L 2 3 4 “ “ “ ) , 5 6 7 8 9 7M B 2 6 C B7 2 3 9 B 3 J 8 L6 C 6 2 8 8 L2 N 7 J 9 3 4B O 9 D 9 2 8O B J 1 7 NJ 7N B J B D O 9 3 B J 1 B C J D 6 J 6 D B 2 D 2 O B J B D7 3 7 3 P 9 8 8 2 D C 6 Q 8 B G B 8 2 G 9 3 4,J 1 B D B2 D B1 2 D NJ 74 6 2 D 2 3 J B B 2 D 2 O B J B D7 B R 1 B 2 B NJ 1 BC 1 2 B 2 3 N 9 3 8 6 B 3 B 2 J 7 D 7 N D 2 S P 7 Q 7 N L2 3 N 9 8 8 9 3 4Q 7 N L7 7 D B,7 3S 1 7 C B 7 6 3 N 2 J 9 7 3J 1 B 2 B D 6 J C6 S 9 J 1J 1 B D 9 J B D 9 7 37 7 J 9 O 2 8 C J D 6 J 6 D B 2 D 2 O B J B D,J 1 9 C 9 C,J 1 B G 7 8 6 O B 7 6 D B 7 D B N D 2 S 9 3 4 9 C 8 2 D 4 B C J 2 3 N J 1 B D 2 J 9 77 6 D B 7 D B D B 7 G B D L9 C1 9 4 1 B C J,2 7 D N 9 3 4J 7S 1 9 1J 1 B 2 B D D 7 G 9 N B CJ 1 BO B J 1 7 NJ 7N B J B D O 9 3 9 3 47 J 9 O 2 8C J D 6 J 6 D B 2 D 2 O B J B D R T 32 N N 9 J 9 7 3,J 1 B 2 B D 1 2 C 2 8 6 8 2 J B N J 1 B J 1 B 7 D LG 2 8 6 B7 7 1 7 3 4O B J 2 8 8 6 D 4 9 O 9 3 B 7 D 7 D 2 J 9 7 3 R ; 8 6I 7 3 P 9 8 8 2 D C 6 Q 8 B G B 8 2 G 9 3 4, J D 6 J 6 D B 2 D 2 O B J B D, D 2 S P 7 Q 7 N L7 6 D B7 D B,W 9 8 8 9 3 4Q 7 N L7 7 D B,A 2 J 9 7 D B 7 G B D L7 6 D B 7 D B 放出体 放出体是放出矿岩在原矿岩堆体中的形态及其 空间位置。无底柱分段崩落法的放出体为一近似三 不等轴的椭球缺,体积的近似计算式 “X (. J 4 “) 式中 椭球的长半轴; 椭球沿进路方向的短半轴; 椭球垂直进路方向的短半轴; “ 球轴线与端壁的偏角, X Y “ Y。 当已知放出体高度(. 2)和偏心率( 、) , 可用下式求得、值。 X - . “X - . “ 偏心率是放出体形态的特征值,值主要取决 于矿岩松散性质。实验室实验的偏心率曲线如何应 用于生产中还有待研究,工业试验的偏心率曲线资 料很少(图) ,亟待加强这方面的研究工作。 放出体有如收受体,凡是进入放出体中的无论 是矿石或是岩石尽被放出。在移动带内未进入放出 体中的矿石被残留(或损失) ,进入放出体中的岩 石被放出造成贫化。放出体是分析研究无底柱分段 崩落法放矿矿石损失贫化过程的一项主要理论依 据。 . 矿石堆体 矿石堆体如图.所示,上部为上分段的矿石残 留体,下部为新崩落的矿石,新崩落的矿石可以准 确的圈出形态和算出数量。而矿石残留体形态与数 量,特别是回收情况现在还难于准确计算。 / 无底柱分段崩落法最佳结构参数的确定方法 国家“十五”科技攻关计划资助项目(. “ “ M , * “ / ,- “) 万方数据 图工业试验偏心率曲线〔“〕 〔〕 〔〕 河北铜矿;“ 梅山铁矿() ; 梅山铁矿(“) ; 程潮铁矿; (角标和’分别表示垂直进路方向(横轴) 和沿进路方向(纵轴)的偏心率) 无底柱分段崩落法回采是以步距为基本单元, 回采后在两条进路之间有脊部残留() ;进路端部 有端部残留(“) 。当遇到矿体底板时还有底板残留 (或损失) 。 上分段残留的矿石,当矿岩移动空间条件好和 结构参数合适时,矿石残留体大部分被回收。在步 距、进路和分段回采后,分段平均矿石损失率 * ,这部分矿石随分段回采下移,在移动 过程中与岩石混杂后形成矿岩混杂层损失于地下。 图“矿石堆体与结构参数 脊部残留;“ 端部残留 由图“看出,矿石堆体的端部与上部埋设于覆 岩中,中间部分与上分段采后进路相邻。由此可 知,根据结构参数和截止放出条件的不同,覆岩可 以从端部、顶部和两侧采后进路同时或先后混入放 出矿石中,即进入放出体。 放矿时回收上分段矿石残留体的同时,在本分 段放矿又照样残留下来。如回收上分段脊部残留 体,又于本分段两条进路之间形成新的脊部残留, 随着分段向下回采如此不断的转移下去。 矿石堆体的松散体积大致可按等于新崩落的矿 石松散后体积( “)计算,即 ( “) “ ( , ’) 式中 、、与、’意义见图“; “为挤压 爆破情况下的松散系数。 矿石残留体态与数量除了同结构参数和截止放 出条件有关之外,还与分段有关,根据模型实验表 明,第一、二、三分段的矿石残留体各异,直到四、 五和以下分段的脊部残留体形态与数量稳定下来, 从而分段回收指标也随之稳定下来。因此,必须按 稳定后矿石指标来评价结构参数与截止放矿条件。 当矿体铅直厚度不大和可布分段不多时,可按全部 分段指标进行综合评价。在分析矿石堆体形态和数 量以及矿石回收指标时,应该注意到这个情节。 最佳结构参数标准 有两种最佳标准一是贫化前纯矿石回收量最 大,同时纯矿石回收率最高;另一种是,停止放矿 时,由矿石损失贫化所造成的经济损失最小。 放矿过程是放出体在矿岩堆内扩展过程,当放 出体在矿石堆体内,放出的是纯矿石。当放出体为 矿石堆体的内切放出体时就是最大的纯矿石放出 体,此时放出矿石量为最大纯矿石量。继续放出 时,放出体将超越矿石堆体边界进入覆岩中,出现 岩石而产生贫化。贫化程度随放出体增大而增大, 直到单位放出矿石品位达到截止品位时停止放出, 此时放出体为最终放出体。依据放出总量与其中的 岩石量计算矿石贫化率(岩石混入率) ;按放出的 矿石量和矿石堆体数量(即新崩落的矿石量)计算 矿石回收率。 根据回采进路的交错布置情况,纯矿石放出体 的极限高度等于“倍分段高度,即“ “。有了 放出体高度之后,可在放出体偏心率曲线图上找到 与之对应的偏心率(“ 、“) ,便可算出放出体的 纵、横半轴(、) 。 根据最大纯矿石放出体参数(、、)和纯 矿石回收率最高条件就能够从理论上确定出最佳结 构参数。纯矿石回收率反映纯矿石放出体与矿石堆 体吻合程度,纯矿石回收率最高表示纯矿石放出体 与矿石堆体吻合程度最大。 最佳结构参数确定方法 结构参数如图“所示,包括分段高度() 、 进路间距() 、步距() 、进路尺寸(-’)和 崩矿边壁角()等,一般情况下,对矿石损失贫 化影响较大者为、和,本文所讨论的结构参 数就是指这三者、和。 本文按纯矿石回收量最大(纯矿石放出体最 大)和纯矿石回收率最高确定最佳参数。当确定分 段高度后,首先按“倍分段高度确定纯矿放出体高 度。其次按“ ./进路宽度确定进路间距,此时的 矿石堆体高度若能满足纯矿石放出体高度为“倍分 段高度要求,这个进路间距就是最佳值。再依据纯 * 中国矿业“ 年第 “卷第 “期 万方数据 矿石放出体参数求算最佳放矿步距值。 这样确定的结构参数,可保证纯矿石回收量最 大,纯矿石回收率最高。由于端部、顶部和两侧三 处覆岩同时与放出体的相切,故端部、顶部及两侧 三处同时产生岩石混入,此时放出的贫化矿石量最 小,以及随之矿石贫化率最低。 若按 “进路宽度确定进路间距的脊部残留 顶点高度低于上分段时,即不能保证纯矿石放出体 高度为倍分段高度,则应加大进路间距,随之增 大脊部残留高度。 进路间距增大的数值,以纯矿石放出体高度恰 好等于倍分段高度为准,进路间距过大时,脊部 残留高度虽然可以满足最大纯矿石放出体高度要 求,但矿石堆体宽度过大将减少纯矿石回收率。此 时覆岩混入顺序为首先端部与顶部覆岩同时混入, 放出较多贫化矿石之后,两侧覆岩才开始混入。 按纯矿石放出体高度恰好等于倍分段高度要 求确定进路间距,可将进路间距()计算式写 成 “ 式中 与分段高度有关,根据理论计算与模型 实验检验,可按表选取值。 按上述方法确定的结构参数即为最佳参数。该 结构参数的特征是纯矿石回收量即纯矿石放出体 最大;纯矿石回收率最高;放出的贫化矿石量最小。 确定最佳结构参数示例 确定的步骤和方法如下 ()根据凿岩设备和矿体条件等确定分段高度 () 。 ()根据放出体试验绘制偏心曲线,由偏心率 曲线图上找出和纯矿石放出体高度相对应的 “、 ,计算“和的值。 表 分段高度(’) * (’) , 进路间距(’) - . , / , * * / . , (.)由上表根据分段高度选取进路间距, “,以满足最大纯矿石放出体高度等于倍 分段高度要求。 纯矿石放出体排列如图.所示,放出体相交部 分被放出两次,第一次放出的部分是在新崩落的矿 堆中。放出后被纯矿石放出体以外的矿石递补,形 成完整的脊部残留,以备第二次(下分段)放出, 不影响纯矿石回收量。 ()放矿步距( ’)是根据与最大纯矿石放 出体相切条件确定的,如图所示。 放矿步距 ’0 1 2 2 3 4(式中“为放出体 轴线偏角,“ . 5 5) 。 图.最大纯矿石放出体排列图放矿步距确定方法 放矿步距除以挤压爆破条件下的松散系数 ( ) ,便可得出崩矿步距。 下面以鲁中矿山公司小官庄矿为例确定最佳结 构参数(、、) 。 根据采用的凿岩设备、矿体条件和阶段高度 等,取分段高度 ’,按河北铜矿工业试验偏 心率资料(图) ,取 “ / .、 / , 。 “ 6 “ 7 6 / . - - ’ 6 7 6 / , - ’ “ 7 - - , ’ 放矿步距 ’ “ * 2 3 4 - 7 0 1 2 . 5 7 2 3 4 . 5 / . ’ 崩矿步距 ’ / . - / 松散后的崩矿体积 , ( 6 ) 7 - / 7 ( 7 , 6 ) , / * ’ . 纯矿石放出体体积 “ - , “ ( . 8 9 “ ) 7 7 - 7 - - 7 ( . - 8 9 . 5) / - - ’ . 纯矿石回收率 “ - , “ - , , / - - , / * * / * 在 ’情况下,依据上述计算结果,确 定矿山生产实际的和值。保证实现纯矿石放 出量最大,纯矿石回收率最高以及贫化矿石放出量 最小,达到纯矿石放出体与矿石堆体最大吻合要 求。 (收稿日期 .年/月日) 〔作者简介〕张国联( / , )东北大学 副教授主要从事采矿工艺和土木工程方面的研究 无底柱分段崩落法最佳结构参数的确定方法 万方数据