无底柱分段崩落采矿法的损失、贫化问题探讨.pdf

总第 1 5 7期 2 0 0 7年 8月 南方金属 S OUTHERN METALS S u m．1 5 7 A u g u s t 2 0 0 7 文章编号 1 0 0 9 9 7 0 0 2 0 0 7 0 4 0 0 2 70 3 无底柱分段崩落采矿法的损失、 贫化问题探讨 陈敏， 郑伟强 广东省冶金建筑设计研究院， 广东 广州 5 1 0 0 8 0 摘要 无底柱分段崩落采矿法的放矿由于放矿椭球体的存在， 导致矿石损失及贫化较大． 本文对放矿椭球体及 其相关因素进行探讨 ， 选择最优条件， 来解决矿石损失及贫化大的问题． 关键词 采矿方法； 放矿椭球体；损失； 贫化 中图分类号 T D 8 5 3 ． 3 6 文献标识码 B A s t ud y o f t he o r e l o s s a n d d i l u t i o n i n b o t t o m - p i l l a r - f r e e s t e p pe d c o l l a ps e mi n i ng C HEN Mi n， Z HE NG We i - q i a n g G u a n g d o n g M e t a l l c M a n d 出 t e c t D e s i g n I n s t i t u t e ， G u ang z h o u 5 1 0 0 8 0 ， G u ang d o n g Ab s t r a c t Ap p rec i a b l e o r l o s s and d i l u t i o n a r e u s u a l l y e n c o u n t e r e d i n b o t t o m p i l l a r f r e e s t e p p e d mi n i n g d u e t O t h e p r e s e J l C e o fe l l i p s o i d p a r t i c l e s i n t h e d i s c h a r g e d o r e s 。T h e f e a t u r e s of the e l l i p s o i d O re and i t s e ff e c t s o n t h e O re l o s s and dil u t i o n a r e d i s c u s s e d ．an d me a s u I ℃ s of res o l v i n g the p r o b l e m rec o mme n d e d i n t h e p a pe r ． Ke y wo r d s mi n i n g me tho d；e l l i p s o i d O re i n dis c h arg e d O res ；l o s s ；dil u ti o n 1 概述 无底柱分段崩落采矿法近3 0年来在我国的地 下开采矿山中， 特别是铁矿山开采 中应用极为广泛． 长期实践表明， 无底柱分段崩落采矿法矿石损失率 约为2 0 ％， 贫化率约为2 0 ％ ～ 3 0 ％．该方法可应用 于矿岩稳固性中等以上， 回采巷道不需要大量支护 的矿山； 它具有采场结构简单、 产量高、 劳动力少和 机械化程度高、 效率高等明显优点， 且在巷道内采 装 ， 安全可靠． 在现代许多矿山中， 无底柱分段崩落采矿方法， 一 般采用截止品位放矿 ， 因此会 出现如下两个问题． 1 放矿过程中椭圆球体的存在， 使得放矿过程 中多种残留体的存在， 如脊部残留体、 正面残留体 等． 更严重的是在放矿过程中， 当放出一定量 矿量 的3 5 ％ ～ 4 0 ％ 之后开始有废石混入， 产生贫化， 并 且贫化随着放出矿石量增大而增大， 从而放出矿石 品位越来越低．当使用截止品位放矿时， 即当放矿 品位到截止品位 矿石和一定量废石混合后达到一 定的工业品位 时才停止放矿， 而且反复每个步距 都是如此， 其工艺是上部残留下部回收， 前一步距残 留， 后一步距回收， 但由于每个步距所放的矿量并不 大。 而每次都有一定量的废石混入， 因此总体而言， 就造成了矿石贫化大的缺点． 2 使用截止品位放矿， 很难具体把握放出矿石 的截止品位， 也就是说没有一个很明显的放矿标准． 而目 前国内对出矿品位的获得， 主要是依靠取样进 行化学分析， 这种方法速度慢， 而放矿周期又短， 出 矿品位变化大．这样， 取样化验满足不了现场生产 的要求． 所以， 在实际生产中， 通常不得不依靠出矿 工人和工程技术人员的经验， 根据放出矿石的颜色、 比重和块度等情况 的变化 ， 用 肉眼或感觉来识别矿 石的贫化程度， 这样准确度很难保证． 对于放矿损失及贫化的问题， 现在有许多相关 的研究 ， 这些研究普遍提 出的是 “ 无贫化放矿” ．其 总的特点亦是 “ 上部残 留， 下部回收， 前一步距残 留， 下一步距回收” ， 但与截止品位放矿最大不同在 于其放矿停止的标准是当覆岩正常达到放矿口时， 就立即停止放矿， 其放出的全部是矿石， 因此残留体 收稿 日期 2 0 0 61 0 3 0 作者简介 陈敏 1 9 6 5一 ， 男， 1 9 8 7年毕业于申南工业大学采矿专业， 工程师 维普资讯 南方金属 S 0 U T H E R N ME T A L S 2 0 0 7年第4期 的回收只是在不同步距， 不同分段得以回收， 但混入 的废石量得以相对减少了， 因而贫化得以减少． 虽然残留体可以回收， 但如果一次放矿不能最 大限度地把矿石放出， 所留残留体也会较多 ， 损失较 大．由于放矿椭球体 的存在 如图 1 ， 一次 放矿残 留体越多， 可能与所崩落的废石相混合的也就越多， 即使最后一次把残留体放走， 但也夹杂着不少废石． 因此， 一次放矿的彻底性相对来说就比较重要了． 下面利用放矿椭球体和放矿漏斗， 通过探讨其及其 相关 因素 ， 来解决放矿损失和贫化问题． 0 Q 图 1 放矿漏斗形成示意 2 损失及贫化问题探讨 2 ． 1 回采进 路 间距 根据图 1 ， 为了减少矿石的损失和贫化 ， 分段 回 采进路的间距可以设计成， 使相邻分段回采进路上 的极限椭球体彼此相切， 且下一水平的分段回采进 路应位于上水平的两个分段回采进路之间的中心线 上， 回采进路形成菱形分布， 这样可以回采上分段的 脊部损失 在两条回采进路之间， 所存在的矿石损 失称为脊部损失 ， 如果不能够形成菱形分布， 那么 脊部损失就难以回收． 如图2 图 2 分段结构示意 从放矿角度看， 当回采巷道间距增大时， 则相邻 两条回采巷道 的放 出椭球体不相切 两个椭球体分 离 ， 在放矿的时候 ， 两个椭球 体之 间的矿石残 留， 因而矿石损失加大． 当回采巷道间距过小时， 两个椭球体相交 ， 当一 个椭球体矿石放出后 ， 两个椭球体 的相交部分 已经 充填 了废石， 当再放出另一个椭球体的矿石时， 两椭 球体相交部分废石将随矿石放出， 因而增加了贫化． 2 ． 2 放出漏斗宽度 放矿椭球体宽度 也就是放出漏斗宽度 ， 也会 影响一次放矿量的大小． 放矿椭球体宽度的大小与 放矿椭球体的偏心率紧密联系． 而偏心率的大小则 决定着放矿椭球体的形状．一般情况下， 偏心率与 分段高度成正比． 1 松散介质粒度的大小．粒度越大， 需要增大 放出漏斗的宽度， 这样可以增大椭球体的偏心率． 2 放出口的大小． 无底柱分段崩落采矿法一般 采用中深孔或深孔爆破， 矿石块度一般较大且不均 匀． 为了避免放矿口过小而发生堵塞， 一般放矿口 尽量大些．放出口的大小与椭球体的偏心率成正 比． 3 放出速度．实践证明， 提高放出速度会增加 椭球体的偏心率． 2 ． 3 分段高度 无底柱分段崩落法的分段高度往往受凿岩设备 的有效钻孔深度的限制， 但在满足设备要求的同时， 为了取得较好的放矿效果， 分段高度亦需注意以下 两点 1 若分段高度过高， 且矿体不规则时， 在矿体 边部， 上下分段难以按菱形布置， 放矿时， 损失贫化 增大． 分段高度受矿体倾角的限制， 特别是当矿体 倾角小于7 O 。 时， 增大分段高度会使下盘损失增大， 这部分在下分段又难于回收．2 分段过小， 决定崩 矿步距亦会过小 ， 导致矿石的损失和贫化较大 ， 这在 后面将会作介绍．而且分段过小， 将会增加回采巷 道数目， 增加开拓量． 根据我国使用无底柱分段崩 落采矿法的经验情况， 一般分段高度控制在 9 1 2 m， 最好 1 0 m左右较为适宜． 2 ． 4 炮孔布置 一 般炮孔布置平行扇面倾角 扇面倾角为端面 与水平的夹角的补角 ， 当扇面倾角为 1 0 0 。 左右时， 放出椭球体被端壁截切最少， 甚至与端壁相切， 这时 放 出的矿石量最多 ， 矿体残留体就最少 ， 因此矿石回 收率较高， 而且这一角度有利于凿岩及向钻孔装药． 维普资讯 总第 1 5 7期 陈敏等 无底柱分段崩落采矿法的损失、 贫化问题探讨 2 9 但实践证明， 当扇面倾角过小或超过一定数值时 ， 矿 石回收率亦会下降 如图3 ． 原因是扇面倾角过小 或过大， 靠壁残留体将会增大． 碍 回 图 3炮孑 L 面倾角与回收翠关系 实践证明， 扇面倾角由矿石块度 d 与废石块度 d 的比值确定 J 当 1 时采用 9 0 1 o o 。 的扇面倾角 ； 0Y 』 当 1 时采用 9 0 。 的扇面倾角 ； 0 ， J 当 1 时采用 8 0 9 0 。 的扇面倾角． 0y 根据上述条件， 一般情况下， 矿石块度约等于废 石块度 ， 一般工程施工会采用 9 O 。 的扇面倾角． 2 ． 5 崩矿步距 崩矿步距是指一次爆破崩落矿层厚度．为了使 在放矿时， 即不放出废石， 又不多残留矿石， 理论上， 应尽量使崩落矿石剖面面积与放出椭球体面积相 等．如图 4 ， S A B c D S 眦 ． 图 4 最佳步距示意 步距过大， 则放出椭球体很快深入上部的废石 中， 上部废石提前渗入， 混合矿石一起放出．如果放 矿时在上部废石渗入的时候立即停止放矿， 那矿石 正面残留体较多， 矿石一次放矿损失较大．如图5 ． 步距过小， 则放出椭球体很快伸人正面废石中， 正面废石随着放矿的进行， 提前混合矿石被放出， 并 废石 图5 步距过大对放矿影响示意 切断上部矿石的流入．如果放矿时在正面废石渗入 的时候立即停止放矿， 那么， 矿石上部残留较多， 矿 石一次放矿损失较大．如图 6 ． ‘ ‘ ‘ 、 图6 步距过小对放矿影响示意 但是值得注意的是， 崩矿步距与分段高度、 回采 巷道中心距相关联， 当分段高度变化， 则崩落步距也 会相应变化， 此关系在这里就不再详细分析了． 3 结语 总之， 无底柱分段崩落采矿方法是一种高效、 安 全的采矿方法．但由于其损失及贫化问题较为严 重 ， 是此采矿方法的主要突出问题 ， 因此损失及贫化 的研究成为此采矿方法是否能够广泛推广的重要课 题．实际上不可能达到零损失和零贫化， 但只要在 采矿的设计和施工中能够 准确把握 ， 实践中摸索经 验， 准确找出合理的采场结构参数， 便可以大大降低 其损失和贫化程度． 参考文献 [ 1 ] 周摅诚，彭续承，王妙钦 ， 等．金属矿床地下开采 [ M] ． 长沙 中南工业大学出版社， 1 9 8 5 ． [ 2 ] 采矿设计手册编写组．采矿设计手册[ M] ． 北京 中国 建筑工业出版社， 1 9 8 8 ． [ 3 ] 张志贵． 无底柱分段崩落法最优结构参数及确定准则 探讨 [ J ] ． 矿冶工程， 2 0 0 4 ， 1 4 6 ． [ 4 ] 张志贵， 刘国兴． 无底柱分段崩落法 出矿贫化程度与 矿石回收关系的研究[ J ] ． 中国矿业， 1 9 9 4 ， 5 3 7 4 0． 维普资讯