何文俊

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司，甘肅酒泉 736101)

采礦方法結(jié)構(gòu)參數(shù)不僅直接影響到開拓、采準以及回采的工程量，而且還影響到投資、成本和礦山企業(yè)的效益等［1］。合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)是獲得較好的開采效果的前提和基礎(chǔ)。尤其針對采用崩落法的礦山，其損失貧化的管理意義更加重要［2，3］。

某鐵礦位于云南省玉溪市，是目前國內(nèi)最大規(guī)模的地下冶金礦山之一，地下開采一期設(shè)計年產(chǎn)能力為400萬t/a，設(shè)計采用高分段、大間距無底柱分段崩落采礦法及先進的無軌采掘及裝運設(shè)備，一期正在采用的分段高為20 m，進路間距20 m。為保證一、二期生產(chǎn)的正常銜接及更大參數(shù)回采的需要，二期規(guī)劃擬在400 m以下兩個水平將分段高度提高到30 m。因此，為滿足礦山生產(chǎn)能力的需要，有必要對礦山現(xiàn)有采礦方法的崩礦步距、進路間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)進行相關(guān)研究。

目前，針對進路間距等相關(guān)參數(shù)的研究，主要集中在模擬試驗、現(xiàn)場典型采場試驗、軟件模擬等手段［4］，考慮到現(xiàn)場典型采場試驗的耗時耗力等缺點，本文將模型試驗與軟件模擬相結(jié)合的方法，首先用相似模擬試驗進行崩礦步距的確定，在確定好崩落步距之后，再在已有的崩礦步距情況下，進行分段高度及進路間距參數(shù)的優(yōu)化。

1 崩礦步距優(yōu)化

崩礦步距的確定主要通過實驗室相似模擬試驗手段模擬采礦現(xiàn)場放礦，在滿足幾何相似與力學(xué)相似的前提下，建立相似模型，從而使得模型放礦過程與現(xiàn)場放礦過程達到相似物理模型的實驗室試驗。

根據(jù)礦山現(xiàn)有的采礦方法，采用高分段(分段高度為30 m)端部放礦，本次采用立體模型試驗。通過立體試驗對不同放礦步距下的回采率及貧化率等指標(biāo)進行分析，得到高分段下最優(yōu)放礦步距、崩礦步距及進路口參數(shù)。試驗?zāi)Ｐ桶磁c現(xiàn)場比例1∶100制作，模型為木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，巷道呈菱形交錯布置，共布置5個分層，每個分層3到4個進路，進路間距為0.2 m，每個進路布置四個步距，各步距均采用可抽出式鐵皮制作，模型正面如圖1所示。

圖1 模型正面圖

為了與該高分段放礦形式相適應(yīng)，減少損失貧化，提高生產(chǎn)能力和回收率，進路間距取20 m。立體試驗在此分段高度及進路間距條件下，選擇合適的放礦步距及進路參數(shù)組合，放礦步距擬分別取5.04 cm、6.16 cm、6.72 cm、7.56 cm，進路寬度擬取4.2 cm×4 cm和4.9 cm×4 cm兩種。選擇放礦橢球體完整的進路口放出數(shù)據(jù)進行分析研究，計算各分段及所有分段的放出礦巖總量、放出礦石量、放出巖石量，并計算礦石的回收率、廢石混入率及相應(yīng)的回貧差等值，結(jié)果見表1。

表1 立體試驗結(jié)果匯總表

綜合分析各立體試驗?zāi)Ｐ偷幕厥章?、貧化率和廢石混入率指標(biāo)，當(dāng)進路間距為20 m時，在所有的立體試驗?zāi)Ｐ椭校诺V步距為6.72 cm，進路尺寸寬4.2 cm高4 cm時回貧指標(biāo)最優(yōu)，此時的回收率為92.81%，廢石混入率為11.54%，回貧差為81.28%。本次試驗合理放礦步距應(yīng)在6.72～7.56 cm。

依據(jù)其他礦山經(jīng)驗，一般實驗室的放礦步距是現(xiàn)場崩礦步距的1.2～1.4倍，根據(jù)實踐經(jīng)驗，礦山選擇的段高和進路間距都比較大，因此選取K=1.4進行修正，由此求的本礦現(xiàn)場的合理崩礦步距應(yīng)為4.8～5.4 m。

2 進路間距的優(yōu)化

進路間距的確定主要通過PFC3D軟件進行相關(guān)模擬確定。PFC3D可模擬任意大小球形顆粒的集合體的動力學(xué)行為，可以自動生成統(tǒng)計學(xué)上特定分布形式的顆粒集合，顆粒的半徑可以均勻分布(即顆粒半徑都相等)［5，6］。

為了與該高分段放礦形式相適應(yīng)，減少損失貧化，提高生產(chǎn)能力和回收率，需確定最佳采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，進行進路間距優(yōu)選，擬分別選取進路間距20 m、25 m進行試驗比較，以確定最佳進路間距。本次實驗分別建立30 cm×20 cm與30 cm×25 cm兩種參數(shù)組合放礦模型，分別進行數(shù)值模擬得到各自不同的回貧指標(biāo)，以比較這兩種參數(shù)組合的優(yōu)劣。

利用PFC3D內(nèi)“墻”功能生成各邊界，BALL功能生成大小不等的球來模擬礦石與廢石，其中灰色(顏色較黑)顆粒代表廢石，白色顆粒(顏色較淡)代表礦石。如圖2所示。

圖2 PFC3D放礦模型結(jié)構(gòu)側(cè)視圖

從圖2可以看出，放礦顆粒受周圍墻體的約束，隨著放礦的進行，通過按照一定規(guī)律解除墻體對顆粒的約束，從而達到放礦模擬的目的。

為與實驗室物理模型的相同，數(shù)值模型所設(shè)定放礦順序與其一致，即高度上從上到下，各分段內(nèi)依次從一端向另一端推進，各放礦口嚴格按照設(shè)定好的截止品位出礦，同一進路口由里向外分步距放礦，如圖3為分段放礦模擬的過程圖，從圖3中可以看出模擬礦石及廢石礦巖接觸面下落形態(tài)呈漏斗狀下落，這與現(xiàn)場較為吻合。

圖3 PFC3D放礦過程(第五分段)

根據(jù)放礦口放出的礦石及廢石的質(zhì)量數(shù)據(jù)進行回采率與貧化率的計算與統(tǒng)計，模擬試驗結(jié)果見表2。

表2 軟件模擬試驗結(jié)果

通過該數(shù)值模擬結(jié)果分析可以看出在高變分段情況下，30 cm×25 cm參數(shù)組合模型的回貧差要高于30 cm×20 cm參數(shù)組合模型，從模擬結(jié)果可以得知，高變分段參數(shù)組合30 m條件下，進路為25 m時可以取得較優(yōu)的指標(biāo)。

3 小結(jié)

1.以某鐵礦放礦生產(chǎn)實踐為背景，將實驗室相似模擬試驗與PFC3D軟件數(shù)值模擬相結(jié)合，得到了放礦步距及進路尺寸參數(shù)組合、進路間距值等參數(shù)，對礦山放礦工作具有重要意義。

2.通過實驗室相似模擬立體放礦試驗得到了該鐵礦高變分段下合理放礦步距指標(biāo)為6.72～7.56 m，合理的崩礦步距為4.8～5.4 m。

3.通過PFC3D建立數(shù)值放礦模型，實現(xiàn)了放礦全過程的動態(tài)再現(xiàn)，得到了無底柱分段崩落法放礦不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合下的損失貧化指標(biāo)，從而優(yōu)選出合理進路間距指標(biāo)為25 m。

［1］ 解世俊.金屬礦床地下開采［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

［2］ 劉興國，周驥.放礦理論基礎(chǔ)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1995.

［3］ 王昌漢.放礦學(xué)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1982.

［4］ 劉振東.無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究［D］.衡陽:南華大學(xué)，2011.

［5］ 錢志軍，徐長佑.自然崩落法礦體崩落過程的數(shù)值模擬［J］.化工礦山技術(shù)，1993，22(1):21 －24.

［6］ 王連慶，高謙，王建國，等.自然崩落采礦法的顆粒流數(shù)值模擬［J］. 北京科技大學(xué)學(xué)報，2007，29(6):557 －561.