黃 澤,盛建龍,李 迅

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北武漢 430081)

無底柱分段崩落法高分段與大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

黃 澤,盛建龍,李 迅

(武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 湖北武漢 430081)

高分段與大間距排列形式是當(dāng)前無底柱分段崩落法采礦朝大結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)展的方向,但在具體實施中,兩者不盡相同。根據(jù)已有的工業(yè)試驗數(shù)據(jù)和當(dāng)前國內(nèi)采礦技術(shù)裝備水平分析了兩種形式各自的優(yōu)劣,認(rèn)為大間距排列形式比高分段排列形式更具有優(yōu)越性,更適于在我國礦山推廣應(yīng)用。

無底柱分段崩落法;高分段;大間距;放出橢球體

無底柱分段崩落法在地下開采中以操作簡單、開采強度大、機械化程度高、安全性好、開采成本相對較低等優(yōu)點得到了大范圍的推廣應(yīng)用,尤其在鐵礦的開采中,有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。但長期以來該方法一直受到損失貧化大的困擾。

瑞典基魯納鐵礦是世界上使用無底柱崩落法最先進(jìn)的礦山之一,隨著裝備水平的進(jìn)步,基魯納鐵礦在增大其采場結(jié)構(gòu)參數(shù)后,生產(chǎn)效率得到提高,現(xiàn)在生產(chǎn)效率保持在 150 t/工班,甚至更高,這一效率在世界范圍內(nèi)也只有少數(shù)幾個礦山可以相比,與此同時其采礦成本下降,這正是礦石開采所追求的目標(biāo)。

1 傳統(tǒng)放出橢球體排列形式

傳統(tǒng)理論著重研究單個放出體,注重于在本分段礦石盡量多的回收,認(rèn)為以一定的貧化為代價,每個分段礦石回收越多則礦石的總回收率就越高,經(jīng)濟效益就越好。這看似合情合理,卻無形中把整體礦石的回收孤立分成了若干獨立的單元。現(xiàn)今的理論研究已跳出單個放出體框架,而是研究各放出體上下分段的排列組合問題。特別是在回采進(jìn)路以菱形布置的無底柱分段崩落法中,上一分段沒有回收的脊部殘留礦石可以在下一分段回收,其他各類殘留礦石也可以在下分段部分回收,或以純礦形式,或以礦巖混雜形式回收,因而人們不應(yīng)束縛在傳統(tǒng)理論下,而應(yīng)從全局出發(fā)考慮。

傳統(tǒng)理論下放出橢球體排列形式如圖1所示[1],從圖1可以看出橢球體之間有重疊,這些重疊部分分別在 2個不同的橢球體內(nèi),那么這部分將在放礦過程中被放出兩次,理論上講第一次放出時是純礦石,第二次則是純廢石,因為當(dāng)上一個分段礦體放出后,圍巖充填放出橢球體的空間,那么重疊部分在第一次放出后被覆巖充填,在第二次放出時,該部分當(dāng)然就是廢石。顯而易見,這就會造成礦石的貧化,而且這是除最上層的分段沒有而下面其他各分段都不能避免的,每個放礦橢球體經(jīng)過這樣的貧化,整體上就造成礦石比較大的貧化。

圖1 傳統(tǒng)放出橢球體排列形式

2 高分段與大間距放出橢球體排列形式

現(xiàn)今的理論認(rèn)為,結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問題就是放出體空間排列的優(yōu)化問題,放出橢球體密實度大者為優(yōu)。放出橢球體相切,放出體密實度最大,這樣就有 2種最優(yōu)排列形式:高分段形式和大間距形式,理論上講這 2種形式是等價的。

高分段與大間距排列并不是以其絕對高度或絕對寬度來劃分的,而是按放出橢球體的空間排列形式來區(qū)分的。

高分段放出橢球體排列形式如圖2所示,分段高與進(jìn)路間距關(guān)系為:

式中:H——分段高度,m;

L——進(jìn)路間距,m;

a——放出橢球體長軸,m;

b——放出橢球體短軸,m。

圖2 高分段放出橢球體排列形式

大間距放出橢球體排列形式如圖3所示,分段高與進(jìn)路間距關(guān)系為:

圖3 大間距放出橢球體排列形式

當(dāng)采用高分段或大間距排列形式時,確定分段高與進(jìn)路間距的關(guān)系在于放出橢球體的偏心率 e,根據(jù)數(shù)學(xué)計算,a2=b2+c2,c=a×e,由此看出偏心率 e是確定橢球體長軸和短軸的重要依據(jù),進(jìn)而根據(jù) (1),(2)式確定采場參數(shù)分段高 H和進(jìn)路間距L,因而偏心率是相當(dāng)重要的,同一個礦山橢球體偏心率可以視為一定值,通過工業(yè)試驗或室內(nèi)試驗可以確定放出橢球體偏心率 e。

采場大結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)選擇就在高分段或大間距形式下尋求當(dāng)前條件下最優(yōu)采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。我國礦山從國外引進(jìn)無底柱分段崩落法時,最初參數(shù)是 10 m×10 m,當(dāng)開采裝備越來越向大型化發(fā)展后,各礦山開始尋求與之相匹配的參數(shù),并展開了一系列的科學(xué)實驗。如河北銅礦高端壁放礦無底柱分段崩落法的試驗研究、浙江漓渚鐵礦無底柱雙巷菱形高分段崩落法的試驗、酒鋼鏡鐵山礦大結(jié)構(gòu)參數(shù)無底柱分段崩落法試驗、梅山鐵礦無底柱分段崩落法加大結(jié)構(gòu)參數(shù)試驗研究等。經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐,特別是梅山鐵礦大結(jié)構(gòu)參數(shù)無底柱分段崩落法的研究成功,為采礦界積累了豐富的實踐經(jīng)驗,使主要經(jīng)濟指標(biāo)向好的方面發(fā)展 (見表1)。

表1 梅山鐵礦放礦模擬試驗結(jié)果

從表1可以看出,貧化與回收指標(biāo)有兩頭好、中間差的現(xiàn)象,這就很好的論證了高分段與大間距排列的合理性[2],即以實驗驗證了放出橢球體以高分段或大間距形式排列的優(yōu)越性。

高分段和大間距 2種排列形式,都可以大幅度減少礦山采準(zhǔn)工程量,降低礦石開采成本,也都有一次崩礦量大、采礦強度大等優(yōu)點。但相對于各礦山自身條件,在具體操作過程中這兩種方法還是有比較大的區(qū)別。

高分段與大間距排列形式優(yōu)劣比較,大間距排列有如下優(yōu)點:

(1)大間距排列較高分段排列鑿巖、成孔,爆破效率高、質(zhì)量好、大塊少。高分段排列,分段高度每增加 1 m,其鑿巖深度也必須增加 1 m,采用大間距排列形式進(jìn)路間距增加 1 m而鑿巖深度只增加 0.5 m。以大間距形式 15 m進(jìn)路間距,工業(yè)試驗放礦橢球體偏心率 0.92為例,其分段高度為 11.1 m,相同條件下與此相同剖面積的高分段排列形式,其分段高度為 19.2 m,進(jìn)路間距為 8.66 m。若上向鑿巖深度擬超 2 m,則大間距排列鑿巖深度為 13.1 m,而高分段排列鑿巖深度為 21.2 m,鑿巖深度多 8.1 m。假設(shè)兩者鑿巖方向均偏斜 3度,則孔底距偏移量分別為 0.68 m和 1.10 m,當(dāng)偏斜方向相向或相背離時,將導(dǎo)致孔底距偏移量疊加,給后繼的爆破放礦等工作帶來更為不利的影響。大間距排列較高分段排列鑿巖深度小很多,因而鑿巖效率高,鑿巖精度亦高,成孔質(zhì)量好,為以后的崩礦、礦石回收等工作提供了便利條件,有利于降低礦石的損失貧化。

(2)端部礦石回采時,礦石與圍巖相交,其下盤位置存在一個很難回收的區(qū)域,通常被稱為下盤三角礦體,而該三角礦體隨著分段高度的增加而增大,因而采用高分段形式還要面臨更多的礦石損失,尤其當(dāng)?shù)V體傾角較小時,損失更大[3]。

(3)大間距排列形式開采,加大了進(jìn)路的分布間距,減少了對巖體的破壞擾動和應(yīng)力集中,改善了地壓狀況,簡化了采場地壓管理,特別是地壓復(fù)雜、圍巖破碎的礦山,可以較好解決地壓問題,減少地壓維護費用,保證安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

(4)大間距排列形式推廣起來更簡單容易。礦山生產(chǎn)都必須進(jìn)行三級礦量準(zhǔn)備,在礦石開采前已形成一部分開拓、采準(zhǔn)巷道,尤其分段高度確定以后很難改變,而進(jìn)路間距改變起來則要容易得多,只需要在打進(jìn)路巷道時按大間距排列形式的進(jìn)路間距開鑿巷道就可以了,因而無底柱分段崩落法小結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)化成大間距排列的參數(shù)開采更容易實現(xiàn),但在過渡期礦石回收指標(biāo)可能會有變動。

綜上可知,在目前情況下采用大間距排列形式開采,具有更多的有利條件,更符合現(xiàn)階段我國礦山的生產(chǎn)技術(shù)水平。

3 結(jié) 論

無底柱分段崩落法傳統(tǒng)橢球體排列形式存在重疊現(xiàn)象,使得礦石貧化增加。根據(jù)橢球體排列密實度最大為最優(yōu)的理論,有高分段和大間距 2種排列形式最優(yōu),這 2種排列都能很大程度的降低采切比,降低礦石開采成本,降低損失與貧化。但在我國礦山目前技術(shù)裝備條件下,大間距排列形式比高分段排列形式更具有優(yōu)越性,應(yīng)大力加以推廣。

[1]董振民,范慶霞,金 闖.大間距無底柱分段崩落采礦法的研究應(yīng)用[J].寶鋼技術(shù),2005,增刊:19-23.

[2]張國聯(lián),邱景平.軟破礦巖大參數(shù)無底柱開采的理論與實踐[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

[3]范慶霞.大間距集中化無底柱采礦新工藝研究[J].礦業(yè)快報,2005,(10):7-10.

2010-09-11)

黃 澤 (1985-),男,湖北赤壁人,在讀碩士,主要研究方向為無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化,Email:huangze2004@126.com。