采场结构参数与放矿方式的相似物理试验优化研究.pdf

Vol. 29,No. 9 Sept 2020 第29卷第9期 2020年9月 中国矿业 CHINA MINING MAGAZINE 采场结构参数与放矿方式的相似物理试验优化研究 郑志杰12,黄 丹12,董凯程12,王志修12 1.矿冶科技集团有限公司，北京102628； 2.国家金属矿绿色开采国际联合研究中心，北京102628 摘 要摘 要基于单漏斗放矿试验，对放出椭球体形态发展趋势进行了分析，确定最终放出椭球体轴偏角、偏 心率等核心指标。基于立体放矿模型，对比无贫化与低贫化两种放矿方式下回贫差指标，对放矿方式进行 了优选。在物理试验结果基础上，采用相似物理试验法、经验类比法、理论分析法相结合的方法，对大间距 椭球体排列形式下的采场结构参数进行优化，确定20 m分段高度下的进路间距、崩矿步距、放矿步距、放 矿方式等关键参数与工艺’采场结构参数优化的过程与结果，可以为同类工艺矿山参数设计提供技术参考’ 关键词关键词无底柱分段崩落法；相似物理试验；采场结构参数；放矿方式 中图分类号中图分类号TD853 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1004-4051202009-0104-06 Study on the optimization of similar physical tests for stope structure parameter8andoredrawing8 ZHENGZh ijie12, HUANG Dan12 , DONG Kaic h eng12 , WANG Zh ixiu112 1. BGRIMM Tec h nology Group, Beijing 102628 , Ch ina 2. National Center for International Joint Researc h on Green Metal Mining, Beijing 102628, Ch ina Abstract Based on th e single funnel ore drawing test, th e developing trend of th e sh ape of th e release elipsoidisanalyzed,andth ec oreindexsuc h asaxialdeviationangleandec c entric ityrateofth efinalrelease elipsoidaredetermined.Based onth eth ree-dimensionaloredrawing model,th e ore drawing meth odis optimizedbyc omparingth eindexofreturntoleananddiferenc ebetweentwooredrawing meth ods“no dilutionand low dilution.Based on th e ph ysic altestresults, using th e similar ph ysic altest meth od, experienc eanalogy meth od,th eoretic alanalysis meth od,th e meth odofth elargespanelipsoid underth e arrangementofstopestruc tureparametersoptimization,determineth erouteunderth e20 msublevelh eigh t interval,c avedoreinterval,interval,andth emodeoforeminingandoth erkeyparametersandproc ess.Th e proc essandresultsofth eoptimizationofstopestruc tureparametersc anprovidetec h nic alreferenc esforth e designofsimilarmineparameters. Keywords non-pillar sublevel c aving； similar ph ysic al test； stope struc ture parameter； mining meth od 无底柱分段崩落法是一种相对比较成熟的采矿 方法，在地表允许崩落的矿山中，大部分都采用无底 柱分段崩落法进行开采。近年来，随着装备技术水 平的提高，无底柱分段崩落法的工艺参数也在逐步 加大。该采矿方法的理论基础可追溯至20世纪50 收稿日期收稿日期2020-01-23 责任编辑责任编辑赵奎涛 第一作者简介第一作者简介郑志杰1993 ,男，山西吕梁人，工程师，主要从事 机械采掘与采矿工艺方向的研究,E-mailzh engzh ijiebgrimm. c om。 引用格式引用格式郑志杰，黄丹，董凯程，等采场结构参数与放矿方式的相 似物理试验优化研究中国矿业，2020,29 9104-109. doi10. 12075/j. issn. 1004-4051. 2020. 09. 013 年代，由波兰专家J LITWNISIZ YN采用概率方法 表示散体的移动过程，由此提出随机介质放矿理 论1。1958年，苏联学者PM马拉霍夫假设放矿过 程中放出体为椭球体形态，在此基础上，研究椭球形 放出体的运动过程在此基础上经30余年的发 展逐渐形成了椭球体放矿理论与类椭球体放矿理 论11。目前确定无底柱分段崩落法中最优采场结 参 的方法， 体放矿理 为基 ， 理论分析、工程类比、相似物理试验、或数值模拟分 析法进行椭球体形态几何排优及效果验证。张国联 等以纯矿石放出量最大与纯矿石回收率最高作 为评判标准，提出了最佳结构参数的理论计算方法 第9期郑志杰，等采场结构参数与放矿方式的相似物理试验优化研究 105 李迅等「⑷通过相似物理试验方法，模拟矿山不同结 构参数下矿石回收率，并以此确定最优结构参数 还有部分学者采用相似物理试验和计算机模拟相结 合的方法，分析无底柱分段崩落法采场结构参数对 矿石回收率的影响，并根据试验结果确定最佳采场 结构参数（4皿- 本文以新疆某矿山350〜450中段采场结构参 数优化为工程背景，基于相似物理试验结果，结合工 程类比经验和理论分析方法优化大结构参数下的进 路间距、崩矿步距与放矿方式。指导矿山提高生产 能力，降低人员劳动强度。 1 矿山概况 某矿山位于新疆哈密地区，矿区工程地质类型 属坚硬一半坚硬为主的非层状矿床，为工程地质条件 简单-中等和水文地质条件简单的矿区，且地表允许 崩落。该矿山采用无底柱分段崩落法开采，原采场 结构参数15mX13.3m。因矿山生产接续和降本 增效需要，希望将分段高度设置为20 m,降低采准 工程和施工费用，并且提高其生产能力。为此开展 适用于矿山的大结构参数无底柱分段崩落法研究， 结合矿山开采技术现状提高采场结构参数，使其保 证矿山生产能力。 2椭球体放矿理论 柱 分 落 法 放 矿 中 ， 放 矿 构和出矿方式影响，放出体发育不完全，其主要形态 参数如图1所示。在分段高度确定时，采用大间距 排列方式布置采场，进路间距大，采准作业量小。此 外，大间距排列的结构参数明显大于高分段的排列 形式，放出椭球体的体积明显较大，其效率、生产组 织、规模化作业优势明显，所以推荐大间距排列形式 的大结构参数无底柱分段崩落法，当然，结构参数增 大的前提是采矿装备和爆破工艺及参数的匹配。 在崩落矿石堆体放出过程中，放矿方式、崩矿步 距、铲运机、进路尺寸等都是影响无底柱分段崩落法 整体效能的关键因素。实际生产中，崩落矿石堆体 形态并非严格的椭球体，排列方式达到最优状态也 无法将崩落矿石堆体完美覆盖（6「18）。以椭球体相切 可以作为进路间距布置的理论基础，但具体实施中， 进路间距的选择应考虑一定的弹性，在一定范围内 推荐选择相对较小的进路间距。综合以上两点，实 际推荐的进路间距应比大间距理论计算的进路间距 偏小。 3 室内物理模型试验研究 3.1模型设计与试验材料制备 设计单体物理模型与立体放矿模型进行试验， 形态 2 度 亚克力板与钢结构加工，通过透明亚克力板观测矿 石散体流动状态并进行标注。综合考虑各模型的试 验目的与试验难度，单体物理模型与立体放矿模型 箱件尺寸分别按照现场150和1100的比例加工 制作，模型内的矿石块度比例也按照模型比例制备 -放矿巷道；2-放出椭球体％-放矿漏斗；-放出椭球体长半轴；- 放出椭球体垂直进路方向短半轴；-放出椭球体沿进路方向短半 轴；-放出椭球体轴偏角；氏崩矿步距；放出高度 图图1椭球体示意图椭球体示意图 Fig. 1 Schematic diagram of ellipsoid （a）单体物理模型 （b）立体放矿模型 图图2物理试验模型物理试验模型 Fig. 2 Physical test model 表表1矿石及其破碎粒级矿石及其破碎粒级 Table 1 Ore and crushing grading 序号块度/mm - 粒级/ mm -比例/ 1501i100 1 50〜200 1〜40. 5〜2. 0 15 2 200〜350 4〜72. 0〜3 5 40 3 350〜500 7〜103. 5〜5. 0 35 4-500 10 〜15 5. 0〜7. 5 10 获取采场出矿进路中爆堆图像，采用图像处理 与自主编程识别的方式对爆破块度进行统计分析， 确定模型中矿石块度比例。因井下获取的爆堆图像 质量较差，图像分析算法对块度小于50 mm矿石无 法有效辨识，因此，主要对图像中50 mm以上块度 进行提取，各粒级及所占比例见表1。以150和 1 100的相似尺寸作为块石破碎的要求，矿石通过物 106中国矿业 第29卷 料鄂式破碎机逐粒级自大而小破碎，矿石均破碎完 成后，根 粒级比 行人 混 匀匀- 3.2单漏斗放矿试验 单漏斗放矿模型底部出矿口尺寸4 cmX4 cm, 选取标志颗粒，刷上油漆，每隔4 cm高度放一层标 志颗粒，通过流动性直接观察椭球体形态，并以此反 体缺横剖面协调相关部门，在信贷融资等方面给予绿色矿 山企业政策倾斜，在政策性临时停产、限产时，适当 减少绿色矿山停产限产天数；建议有关部门在开展 环保督察、安全生产巡查、矿山卫片执法等监管工作 时，不将绿色矿山作为重点检查对象或免于检查绿 色矿山；鼓励用矿单位优先采购绿色矿山矿产品等。 严格按照“双随机、一公开”原则开展抽查，并借助社 会监督力量，加大监管力度，不符合标准要求的及时 报自然资源部除名，实现全国绿色矿山名录的动态 管理。 ■ 参考文献 1刘丽萍，侯华丽，刘建芬.对我国绿色矿山建设与发展的思考 .中国国土资源经济，2015,287 18-21. LIU Liping， HOU Huali， LIU Jianfen Somesuggestionsfor ving meth od[J. Journal of Central South University Natural Sc ienc eEdition 2012，4351845-1850 5 章林，陆玉根，孙国权，等.无底柱分段崩落法放矿结构参数优 化研究中国矿业2014,23788-91. ZHANG Lin，LU Yugen，SUN Guoquan，etal Struc turalpa- rameter optimization of botomless pilar segment c aving meth od. Ch ina Mining Magazine,2014,237 88-91. 6 张志贵.无底柱分段崩落法最优结构参数及确定准则探讨 .矿冶工程，2004,24146. ZHANG Zh igui Optimum struc tural parameters of sublevel c aving and th eir determining princ iples]]. Mining and Metal- lurgic alEngineering 2004 2414-6 17俞胜健无底柱分段崩落法结构参数的优化研究J.采矿技 术，200442-4,62. YU Sh engjian. Optimization of struc tural parameters for sub level c aving with out sub-pillar]. Mining Tec h nology, 2004 42-4，62 8 原丕业，赵金先,鞠玉忠，等.无底柱分段崩落法大间距结构参 数研究金属矿山，200465-8. YUAN Piye， ZHAO Jinxian，JU Yuzh ong，etal Study on largespan struc ture parameters ofsublevelc aving meth od with out bottom c olumns]. Metal Mine,20046 5-8. 9 黄兴益.尖山铁矿无底柱分段崩落法结构参数研究J.金属 矿山 201245-7 HUANG Xingyi Study onstruc turalparametersofsubsid- enc eless c aving meth od of Jiansh an iron mine]. Metal Mine, 201245-7 来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来来 ralResourc eEc onomic sofCh ina2015 28718-21 2 杨海洋，王太海.发展循环经济，建设绿色矿山J.再生资源 与循环经济，2010119-12. YANG Haiyang, WANG Taih ai. Establish green mines by de veloping c irc ular ec onomy]. Rec yc lable Resourc es and Cir c ularEc onomy 201011 9-12 3 司0,张应红，刘立，等.新时代我国绿色矿山建设与发展的思 考.中国矿业，2020,29259-64. SIXiang,ZHANG Yingh ong,LIU Li,etal Th ough tsonth e c onstruc tionanddevelopmentofgreen minein Ch inainth e new era]. Ch ina Mining Magazine,2020,292 59-64. 4 孙映祥，吴尚昆，侯华丽，等.浙江省绿色矿山建设经验与启示 ]J 中国矿业 2018 27S246-48,65 SUN Yingxiang, WU Sh angkun, HOU Huali, et al. Enligh t- enmenton c onstruc tion ofgreen minein Zh ejiang provinc e ]J Ch ina Mining Magazine2018 27S246-48,65 5 孙映祥.我国绿色矿山建设研究现状综述与思考]/OL.中 国国土资源经济，2020. h ttps 〃doi. org/10. 19676/j. c nki. 1672-6995 000477 ]6 鞠建华.构建中国绿色矿山建设的支撑体系]中国矿业， 2020 291 13-15 JU Jianh ua Building th e support system of green minec on- struc tioninCh ina]J Ch ina Mining Magazine 2020 291“ green minesc onstruc tionanddevelopmentinCh ina]J Natu- 13-15