采矿方法研究与室内试验(1).pdf

第 l 8 卷1 9 9 7年第 2期 表 2 采矿方法选择 的综 台参 散 相似序 号和 代号 采 矿 方 { 圭 x 真值 新值 综合评判 练音参数 结果 y O 2 9 6 6 0 2 2 9 0 0 ． 2 9 2 5 0 ． 2 4 0 4 铲 运 机 出矿 削 壁 挂 工 出矿 削 壁 { 圭 铲运机出矿于式充填法 电耙 出矿 削 壁 法 l 4 l 7 l 6 l 3 4 6 4 3 4 4 4 7 就上 述 同样 是二 道沟 金矿采 矿 方法 试验 研究 内容 ， 再 用 灰色 关联 分 析 方法 进 行 剖析 与验 证 ， 其 方法 与步 骤 如下 。 3 ． 2 ． 1 确定数 据列 根据 上述 矿 床 开采 技 术 条 件 ， 并参 照 模 糊数 学 选 择 时 提 出 的 4座 矿 山 、 7种 采 矿 方 法 ， 从 中 选 出 3座 矿 山 、 5种 可 行 的 采 矿 方 案 ， 见 表 3 。根 据 需 要 而 选 用其 技 术 经 济 指 标 。在采 矿方 法研究 中的安全 程度 与施 工难 易程度 是非 定 量 的 比 较项 目， 采 用 专 家 评 分 法对其赋予不同的权重值， 选取结果见表 3 。 表 3 各采矿方 法技 术经济指标 由表 3可列出矿房生产能力、 安全程度、 采矿贫化率 、 损 失率等 8个 由太到小或 由小 到大的数据列 ， 并从 中可 以得到晟优参考数 据 列 。 l ． ．} 6 6 ． 7 ， 4 ． 5 ， 2 4 ． 5 6 ． O ， 1 5 ． 2 , 0 ． 3 5 ， 7 ． O ， 4 ． 8 I 此外 ， 还可 以依 次 列 出 5种 采 矿 方 法 的 被 比 数 据 列。 3 ． 2 ． 2 求 关联度 欲求 出各 被 比数 据列 与最 优参 考数据 列 的关联 度 ， 首先 要求 出各数 据列 的关 联 系数 ， 公式 为 ． l { 一 k ㈣ l l 】 ． l 】 L 一 一 I 1 } l ， I 1 I 】 l 式中 m ／ “ rr } “ l X o k 一 l 称为两级晟小 差， 而m l X o k 一 l 称为两级最大 差； p为分辨系数， P ∈ 0 ， 1 ， 而 p取值大小一 般不影 响关联系数 的大 小顺序 ， 因此 一般 取 p 0 ． 5 。求 出各 关联 系 数后 ， 再 用下 式 求各 被 比数据列 { { 对参考数据列l l 的关联度。 1 r l 三 “ k Ⅱ I_ 1 各 方 案 计 算 结 果 分 别 为 0 ． 7 7 2 0 2 5 、 0 ． 8 4 5 7 6 2 5、 0 ． 9 4 6 1 8 7 5 、 0 ． 8 3 7 6 2 5与 0． 8 1 6 8 5 。 按 从优 到劣 的顺序 排 列 即为 r 3 r 2 1 “ 4 r 5 r 1 从灰 色关联分析 法比较 结果看 出， 铲运 机 出矿削壁充填 法最优 ， 其 次是 电耙 出矿之削壁 充填法 ， 证 明 上述 两种 数 学 优 选 方 法 结果 一 致 。 3 ． 3 试验研究实施方案 二 道 淘 金 矿 v号 脉 采 矿 方 法 试 验 研 究 方 案 ， 经 过两 种方 法数学 优选 ， 最 佳方 案为铲 运机 出矿削 壁 充 填 法 。但 是 ， 鉴 于 该 矿 当 时 已购进 的 C T 5 0 0 H E微型 电 动 铲 运 机 已卖 给 别矿， 因此， 不得不按第二最佳方案进行试验 研 究 。根据 矿床 开 采技术 条件 及矿 山生 产 要 求 ， 于 1 9 9 1 年 8月 ， 经 上级 主 管 机关 组 织 的 专家审 查论 证 ， 确 定 伪倾 斜 长 工 作 面 削壁 充 辄 ～ 好 幢 维普资讯 2 0 黄金 填 采矿法 作为 实施 方案 。这 是一个 在 国 内外 构 与采矿 方 法布 置如 图所示 。 岩 金矿 山 尚未使用 过 的独特方 案 。其采 准结 ≮ ] 2 0 0 叽L 3 4 0 o ]口口口口[ 伪倾斜长工作面 削璧 充填 法布置圈 此法沿矿体走向布置矿房 ， 可从矿体 一 侧 开始 连续 回采 。它除 具 有 新颖 性 外 ， 还具 有 采切 工程 量少 ； 矿脉 可连 续回采 ； 不 需任何 矿柱 。采场 通 风行人 条件 好 ； 术 材消耗 少 ； 采 矿两率 指标 低 ； 可彻 底 解 决该 矿矿 石 混 泥后 放 不 出 的 问题 ； 矿 石用 3 0 k W 电耙 运 搬且 生 产能力大 ； 无矿石积压与二次损失贫化问题 ； 采 场 随采 随充 ， 不会 引发 矿 山地 压 问题 。 本方 法 的 出 矿 溜 井 间距 经过 优 化 后 为 3 4 m 。本法 的技 术关键有三 一是如何在 切 割工 程完 成后 回采 过程 中形成 2 0 o 的伪倾 角 ； 二是 自行设 计 的 电耙 装 车 台 的移 动 、 固 定 是 否适台本法回采工艺需要 ； 三是采场矿石运 搬及铺 垫。该 矿历 来 采 用脉 外 采 准方 法 ， 1 9 9 2年 5月正 要 实施 之 际 ， 由于 各种 原 因而 终 止试验 。因此 ， 可 以说 本 方 法 是一 种 预 想 的具 有特 色 的采 矿方 法 试 验 研 究方 案 ， 在 相 应 矿 山可试 验实施 。 4 结语 在 上述 所列 采 矿 方 法研 究 中 ， 应 用数 学 优 选最佳试 验研 究方 案 已有 白广 熙 、 谢 贤平 、 刘东等人发 表在 黄 金 杂志上 的文章作 参 考 ， 他们 提 出 之 价 值 工 程 法 、 灰 色 关 联 分 析 法 、 模 糊 数学 优 选法等 都有 具体的 应用 实例 。 此外 ， 有 的采 矿 工 作 者 针 对现 有 采 矿方 法选 择系统的不足 ， 实现其计算机化和优化 ， 提出 了新 的采 矿 方 法选 择 系 统_ 7 J ， 并 包 括 矿 块设 计 、 采 准 切割 工 程 布 置 及 回采 工 艺选 择 等将 要研 究 出“ 智 能 化一体 化采 矿系统 。这 是在 采 矿方 法选 择 与实际 试验应 用相 结台方 面迈 出的重要一步， 笔者预祝其获得成功。 在 采 矿方法 研 究 中 ， 从 数 学 优 选 采 矿方 法发 展 至今 ， 具 有多种 方法 ， 今后 还将有 新 的 更佳方法出现。它具有广泛的适应性 ， 计算 精 确 ， 能实 现计 算机化 ， 简 便易行 ， 容 易掌握 。 此法与传统的 比较法、 技术经济分析法或技 术经济综台 比较法相 比， 具 有显著 的进步。 这也是 社会 发展 、 技术 进 步的一种 表现 。 参考文献 l 采 矿手册编 辑蚤员会 ． 采 矿手册 第四眷 北 京 冶童 工业出版社 ， 1 9 g O 1 0 91 2 9 2 王喜兵 ． 北干 沟金矿急倾斜薄矿脉采矿方法优化选择 黄金 ． 1 9 9 5 ， 1 6 5 1 21 6 ． 3 尊垆 ． 实用 模l 钳 数学 ． 北京 科学技术 出版社 ， 1 9 8 9 2 8 3 3 3 2 4刘智 超 ． 模 糊 教学在采 矿 方法上 的应用金 属矿 山． 1 9 8 6． 3 21一∞ 5 云 庄夏等 ． 采矿方法选 择 中的模l 钳豳莆 化工矿 山技 术 1 9 8 6 ， 5 ． 6 1 0 维普资讯 2 】 一 2 6 第 2期 1 9 9 7年 2月 黄金 G0U 第 l 8卷 - 2l 水砂 充填料 浆流变参数 的现场测定及应 用 2 杨 炔 丈 。 ， 北 京矿 冶研究总 院 摘要】 文中简要升绍了利用电 法在矿山充填站现场测定水砂充填料浆管道输送 时的流速 和压差的方法 ， 并根据对水砂 充填料浆管 道输送时 的物理 力学特性 和流韭 特性 的分析 ， 利用测定结果计算 出砂浆的漉 变参 数和漉变特征方程 ， 所得 结果已成功地应 用于 生产 管理和 现场生产设计。 l 引 言 关键词 ，划 蔫 近年 来 ， 随 着 无 轨 采矿 设备 的广 泛应 用 和充填料管道输送技术的 日趋完善 ， 高效率 机械化水砂充填采矿方法在有色金 属矿 山和 黄 金矿 山地 下开采 中得 到 了广泛应 用 。水 砂 充填 采 矿法 的基本 特 点是充 填料 与水 混合 成 浓度均匀的砂浆 ， 利用 自然压 头或泵压通过 管道 将砂浆 送到需 要 充填 的采 空 区或 回采 工 作面 。目前， 砂浆 的管道水 力输送参数 一般 均根据经验和实验室实 验资料进行 粗略选 取 ， 因此 ， 很 难 对 矿 山充 填 系 统 进 行 科 学 管 理 。为有 救地 指导 现场 生产 ， 提高 技术 经挤 收穑 日期 1 9 9 6 - 0 4 - 1 8 扬焕文北京市西直 门外 文兴街 1号1 0 0 0 4 4 豇 唾 噼 ，蟛 效果． 为今后充填系统设计提供可靠的技术 数 据和使 用经 验 ， 需 对 砂浆 管道 输 送 的 有 关 参数 ． 尤 其是 流变 参数 进 行现场 测定 。 为 了确定充填站的生产能力和充填料最 大输 送距 离 ． 在武 山铜 矿 进 行 了现 场 砂 浆 管 道 水力输 送试 验 。根据 测 定 结 果 ， 计 算 出 了 砂浆管道输送流变参数 ， 并对砂浆管道输送 特性进行了研究和探索， 所得试验结果 已成 功地应用于生产管理和现场设计 ， 现将试验 方 法 简介 如 下。 2 水砂 充填料 的物理 特性 武山铜矿使用长江砂作充填料 ， 其物理 特性 如 表 1所 示 ， 粒 级 组 成 见 图 1 。江 砂 的 平 均粒 径为 0 ． 4 4 8 m m， 不均 匀系数 为 2 ． 0 。 ⋯o⋯⋯⋯o⋯o ● 0⋯⋯o ● o o ⋯⋯0o● o⋯o o aa⋯⋯⋯oo⋯● ⋯⋯⋯oo⋯⋯⋯oo ● 0⋯oo 0 a 6 挑香等 ， 摸朝数学优选采矿方 法黄金 ． 1 9 9 2 ， 1 3 4 1 8 7 季 英龙 等 ． 新的采矿方珐盎择系坑 ． 黄金， 1 9 9 3 ． 1 4 4 一2 2 l 4． I 7 ． 编辑 崔岱 S t ud y o f mi n i n g m e t h o d a nd ma t h e ma t i c o p ti mi z a t i o n Ya 0Xi a ng m R e s e a r c hl n s t u e Ahot r a c t I n t h e p e a t i me， t h e t r a d i t t o r me t h o we r e a l wa y s u s e d t o s e l e c t Il l i ni “ g me t h o d by r o c k g 0 I d mi n e s a n d o th e r m m l n e g ． S the e t h e m i d d 1 e p t 0 f 1 9 8 0 s ， I 量 l e m 岫p e o n n e l a t h o m e h a v e b q m to e m p l o y v a r i o u s m e t h ods o f ma the ma ti c o p t i Ⅱ I i 翻 叽 w 曲 i ik e t h e s e l e c t i o f mi n i n g me tho d n m1 肿 f r o m ； l a l i v e a n y s i s i n tu q v ．n l i toti v e a n a l y s i 8 a n df _n , m c a l c u l a t i o n b y h a n di n t o c c l】 1 a Ⅱb y c o f fl J tue r c a u s i n g c c l l Ⅱm [ 雌 r e i a b ．e皿d a c c u r a t e a n d a d d l n g a n e w wa yt ot h e s t ud y o fmini n gme thod - Ke y w o r d s r o c k g o l d Ⅱ e ； s l u d y of 血 g m e th od； m a t hem a t i c o p ti m i z a ti a n 维普资讯 2 2 黄金 充填 料 浆 中 除 江砂 外 ， 为 增 加 充 填 体 强 度 ， 还 添加 了一部 分水 泥 ， 灰砂 比在下 向充 填 章 ■ 札 盘 法 中采用 1 46 ； 在上 向充填 法 中采 用 1 8 裹 l 江移物理特性裹 围 l 3 江砂粒级组成曲线 3 计算公式的确定与推 导 砂浆 是 一种 液． 固两 相 流 体 。 由于 其 复 杂 性 ， 目前对 两 相 流 问 题 的研 究 还 未 能从 根 本 上解 决其 基本理 论 问题 。 已有 的水 力输 送 理 论还 不能 完全 解 决某 些 水力 充填的 实 际问 题 ， 对 砂浆 管道 水力输 送 的许多 主要 参数 ， 如 输送 能力 、 临 界 流速 、 沿 程 阻 力 、 输 送 浓 度 等 在某种 具体 条 件 下 如何 选 取 ， 还有 待 进 一 步 研 究解决 。 目前 ． 虽 然 可 以根 据 经 验 和 实 验 资 料粗 略选取 ， 但把 握性 不大 。因此 ， 很难 进 行 科学 的生 产管理 和保证 充填 系统 的设计 质 量 ， 只 有进行 大量 的现 场 实 际 测 定 才 能使 这 项工作 得到 改进 。 大 量研 究结 果 表 明 ， 当 两 相 流 浓 度很 低 时 ， 两 相流 和 它 的介 质 水 一 样 属 于 牛顿 流体 ， 但随两相流中固体物料， 特别是细颗粒 垃 m m 物 料含量 的 增 加 ， 混 合 液 中 液 固相 界 面 越 来 越大 。在相 界面 上 ， 由于分 子力 的作 用 ， 固体 颗粒要 吸附 水分 子 ， 在 表 面构 成 一 层 水化 薄 膜 。水 化薄 膜 中液 体 分 子 所 受 压 力 极高 ， 因 此这层 液体 粘 度 要 比普通 水 大 得 多 ， 从 而 使 两相 流的粘 度 增 加 ， 使 混 台 液 的性 质介 于 固 体和液 体之 间 。 国 内外大 量 试 验 结 果 证 实 ， 该液 体为宾 汉 流 体 ， 其 数 学 摸 型 可用 下 式 表 示 4 8 ， ． ’ r i 。 百 l 式 中 管壁切 应力 P a ； 极 限屈服剪切应力 P a ； r ／ 刚度 系数 P a S ； 砂 浆 流速 m ／ s ； D 输 送 管道直 径 m 。 由于 江 砂 充 填 料 浆 浓 度 一 般 在 6 o ％ 以 上 ， 不仅江砂 中含有许多细小颗粒， 而且曝加 了部分水泥 ， 因此料浆中细小固体颗粒含量 较 高 ， 所 以江砂 充填料 浆 应属 于宾汉 流体 。 在水砂 充填 时 ， 充填 料 浆沿 管道流 动 ， 由 于流 速较快 ， 所 以砂浆 一般 处 于紊流状 态 ， 流 维普资讯 第 l 8卷1 9 9 7年第 2期 2 3 动 特性 非常 复杂 。但 由于在管 壁处 始终 存 在 一 个厚 度极 小 的近壁 层流 层 ， 因此 ， 可将 砂浆 在管道中的流动状态进行简化。取管道 中～ 段水砂浆体作为隔离体分析其受力情况 见 图 2 ， 在管轴方 向上浆体受三个力作用 1 物料与管壁接触面上受一个剪切应力 ； 2 上游断 面受 沿 流动 方 向的 压 应力 P 。 ； 3 下 游 断 面受逆 流方 向 上的 压应力 P 。 在恒定 流 时 ， 管轴 方 向上力 的平 衡方 程 为 胁 譬P 一 P 化 简后得 式中 f 管壁切应力 P a ； △ P 管 道两 断 面问的 压差 P a ； L 管道 两 断面 闻的距 离 m ； D 管 径 m 。 由式 1 可 以看 出 ， 只要 通过 管 道输 进试 验求 出某一浓度水砂充填料浆的流变参数 和 ， 即可 由式 1 和 式 2 求 得该浆体在 一 定管 径 和输 送速 度条 件下 的管壁 剪 切 应力 和 最大输 送距 离 。 r- ‘ 。 。 一V 一P 2 一 ～ 【． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 I I 4 管道输送试验方法与数据测定 田 2 浆体受 力示 意围 砂 浆管 道输 送 参 数 的 测 定 ， 目前 尚无 十 分 成熟 的经 验 ， 本 次试 验 采 用 电铡 法 测 定 砂 浆 流速 ， 利 用压 力 表 测 定各 测 点 的 压 力 。具 体 方法 简述 如下 如图 3所示 ， 在 0米中段 巷 道 中选一 段 长 l 1 0 ． 3 5 5 m． 较 为 平 直 的 充填 管 道， 在两端各安装一个短节， 短节上安装一个 隔膜式 压 力 表和 一 电测 线 路 ， 并 由测 量 人 员 测得 A 1 点标高为 2 ． 7 5 3 m， A 2 点高程为 2 ． 5 5 5 m。电测线路 由干 电池、 万用 电表 灵 敏度为 2 0 0 0 0 f V 、 导线和安装 在短节两 德 橡 皮塞 中的 铜 极 组成 。试验 时 ， 每个 测 点 安 排 一 人进 行 观 测 记录 ， 并 事 先 核 对两 人使 用 的计 时秒 表 。试 验 开 始 后 ， 首 先 不断 地 调 整 给水量 、 供砂量和供灰量 ， 以便使充填料浆浓 度 不 变。 当砂浆 输 送 进 入 稳 定状 态 时 即 流 量稳定 ． 将 35 k g食盐 一次投入充 填站的 喇叭口中， 当盐水顺状流过管道各测点时 ， 与 测 点 电极相 连 的万 用 电表 因浆体 的 电阻 发生 变化而顺次相应地 发生指针摆动现象 。 这 时 用秒表记下万用表指针摆动发生的时间， 从 而可计算 砂浆 流速。然后再每 隔 3 m i n在两 测点同时记录一次压力表读数。在井下进行 测定的同时 ， 在地表充填站接取砂浆测定其 浓度 。共 进行 了两 组 试 验 ， 每 组 试 验 分 别 进 行 了 3次浆体 流速 测 定 和 4次 压力 测 定 ， 测 定结果 ， 参见 表 2至 表 4 。为 使 砂 浆 流 速 有 一 定 的差 异 ， 第 一组试 验时 ， 是在 砂浆 满管 输 送的条件下进行的 第二组试验时 ， 是在砂浆 不 满管 条 件下输 送的 。 维普资讯