歐陽(yáng)斌　陶干強(qiáng)

(南華大學(xué)核資源工程學(xué)院)

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無(wú)底柱分段崩落法斜壁邊界條件放礦實(shí)驗(yàn)*

歐陽(yáng)斌陶干強(qiáng)

(南華大學(xué)核資源工程學(xué)院)

摘要為了研究無(wú)底柱分段崩落法斜壁邊界條件下礦石散體的移動(dòng)規(guī)律，開(kāi)展了斜壁邊界條件下的底部放礦實(shí)驗(yàn)。按照1∶25的幾何相似比，制作了無(wú)底柱分段崩落法斜壁邊界條件下底部放礦模型，根據(jù)礦山現(xiàn)場(chǎng)礦石塊度級(jí)配，制備了對(duì)應(yīng)級(jí)配的礦石散體材料及流動(dòng)性與散體材料一致的標(biāo)志顆粒。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，繪制了各水平層標(biāo)志顆粒放出量曲線(xiàn)圖，分析了礦體厚度和上下盤(pán)邊壁對(duì)散體流動(dòng)規(guī)律的影響。結(jié)果表明，礦體厚度對(duì)散體流動(dòng)規(guī)律影響較小，在上下盤(pán)邊壁的約束作用下，同一水平層，越靠近上盤(pán)的散體越先被放出。結(jié)果對(duì)無(wú)底柱分段崩落法放礦工藝的研究和應(yīng)用具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞無(wú)底柱分段崩落法斜壁邊界條件底部放礦移動(dòng)規(guī)律

在我國(guó)金屬礦床地下開(kāi)采中，中厚傾斜礦體(礦體厚度4～10 m，礦體傾角30°～55°)約占開(kāi)采礦床總數(shù)的23%[1]，中厚傾斜礦體的開(kāi)采一直是國(guó)內(nèi)外的采礦難題，該類(lèi)礦床的開(kāi)采特點(diǎn)是崩落礦巖的移動(dòng)空間條件較差，不具備“轉(zhuǎn)段回收”的條件，無(wú)法采用無(wú)(低)貧化放礦方式開(kāi)采,而實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常遇到此類(lèi)情況，該類(lèi)礦體采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采時(shí)，其回采效果較厚大急傾斜礦體顯著惡化，部分礦山實(shí)際開(kāi)采中礦石損失率高達(dá)40%[2]。

為了解決崩落法損失貧化大的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)覆巖下礦巖移動(dòng)規(guī)律開(kāi)展了大量的研究工作，并在放礦理論、放礦計(jì)算機(jī)仿真、放礦工藝等方面都取得了重大進(jìn)展，代表性的放礦理論有橢球體放礦理論、類(lèi)橢球體放礦理論、隨機(jī)介質(zhì)放礦理論等,這些理論對(duì)指導(dǎo)放礦研究與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)上無(wú)底柱分段崩落法主要用于開(kāi)采急傾斜中厚以上礦體,隨著低貧損開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用以及采礦裝備水平的提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。玉石洼鐵礦、西石門(mén)鐵礦、夏甸金礦等礦山現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)實(shí)驗(yàn)表明，將低貧損開(kāi)采模式用于緩傾斜(傾角5°～30°)礦體，實(shí)現(xiàn)了安全、高效開(kāi)采，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[3-5]。

目前的研究主要針對(duì)松散礦巖流動(dòng)性能以及急傾斜礦體開(kāi)采[6-12]。任鳳玉考慮上盤(pán)邊壁的影響，分區(qū)段建立了60°以上傾斜壁松散礦巖移動(dòng)方程[13]。對(duì)于斜壁傾角(30°～55°)中厚礦體松散礦巖移動(dòng)方程的研究，就理論高度講目前尚屬空白。本文考慮礦體厚度的影響，開(kāi)展了傾角為55°，厚6～10 m傾斜礦體的物理模擬實(shí)驗(yàn)。

1實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

采用10 mm厚木質(zhì)膠合板按照1∶25的幾何相似比制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ＤM礦體傾角為55°，厚6～10 m，回采進(jìn)路尺寸為2.5 m×2.5 m。模型尺寸為135 cm×6 cm×120 cm。為方便裝填礦石和布置標(biāo)志顆粒，實(shí)驗(yàn)前將模型一側(cè)的木板鋸成24條5 cm寬的木板，保證每次裝填礦石的厚度均為5 cm。放礦口尺寸為10 cm×6 cm×10 cm，并且在放礦口處設(shè)置一個(gè)閘門(mén)和一塊托板用以控制放礦速度。

1.2實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)散體材料按照實(shí)際礦山現(xiàn)場(chǎng)礦石塊度1∶25制備，級(jí)配見(jiàn)表1。

表1　礦石級(jí)配

1.3標(biāo)志顆粒

為保證實(shí)驗(yàn)散體流動(dòng)性一致，制作標(biāo)志顆粒所用的散體材料直接從實(shí)驗(yàn)用的散體材料中選取[14]。選好后將其染色，并將標(biāo)有標(biāo)號(hào)的紙片粘貼在顆粒上。標(biāo)志顆粒的大小為8～12 mm,在豎直方向每隔5 cm放置一層標(biāo)志顆粒，水平方向每隔3 cm放置一個(gè)標(biāo)志顆粒，共24層。標(biāo)志顆粒的布置見(jiàn)圖1。

圖1　標(biāo)志顆粒布置示意(單位：cm)

2實(shí)驗(yàn)操作

裝填礦石散體時(shí)每一層都應(yīng)夯實(shí)，以降低細(xì)小顆粒的滲流作用，裝填密度為1.601 5 g/cm3。放礦過(guò)程中，單次放礦量應(yīng)該在100 g左右，按照標(biāo)志顆粒放出先后的順序記錄對(duì)應(yīng)標(biāo)志顆粒的當(dāng)次放出量。從出礦口放出礦石，礦石散體中的某一顆粒到達(dá)出礦口時(shí)之前的放出散體數(shù)量稱(chēng)為該顆粒點(diǎn)的達(dá)孔量。

放礦過(guò)程中應(yīng)盡量保持勻速放礦，每個(gè)礦體厚度的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該重復(fù)2～3次。由于存在一些粒徑比較大的礦石，為了避免出礦口堵塞，撥礦用鏟子的寬度跟放礦口寬度一致。每次放礦時(shí)都用鏟子將出礦口疏通，保證每次出礦時(shí)巷道都充滿(mǎn)礦石。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將各標(biāo)志顆粒的當(dāng)次放出量按照顆粒放出順序累加即可得到對(duì)應(yīng)標(biāo)志顆粒的放出量。統(tǒng)計(jì)各實(shí)驗(yàn)的達(dá)孔量數(shù)據(jù)，并建立X-Q坐標(biāo)系，見(jiàn)圖2。

圖2　坐標(biāo)系的建立

在坐標(biāo)系中描繪出不同礦體厚度各層標(biāo)志顆粒的放出量曲線(xiàn)圖(圖3)。按照曲線(xiàn)發(fā)育情況，分成3個(gè)階段：第一階段呈拋物線(xiàn)，第二階段呈S形增長(zhǎng)曲線(xiàn)，第三階段呈線(xiàn)性增長(zhǎng)型曲線(xiàn)。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1礦體厚度對(duì)散體流動(dòng)的影響

各個(gè)礦體厚度的放出量曲線(xiàn)圖的發(fā)育情況基本一致，因此，礦體厚度對(duì)散體流動(dòng)規(guī)律的影響比較小，甚至可以忽略不計(jì)。

4.2上下盤(pán)邊壁對(duì)散體流動(dòng)的影響

標(biāo)志顆粒的放出量越小，說(shuō)明被放出的時(shí)間越早。同一礦體厚度下，在放出量曲線(xiàn)為拋物線(xiàn)型階段，靠近放礦口中心軸線(xiàn)的標(biāo)志顆粒優(yōu)先被放出，可知，在此階段上下盤(pán)邊壁對(duì)散體流動(dòng)沒(méi)有約束作用。而當(dāng)這一階段結(jié)束后，上下盤(pán)邊壁對(duì)散體有約束作用，在同一水平層上，越靠近上盤(pán)邊壁的標(biāo)志顆粒，越早被放出來(lái)。

圖3　不同礦體厚度放出量曲線(xiàn)

5結(jié)論

(1)根據(jù)各水平層標(biāo)志顆粒放出量曲線(xiàn)圖可看出，斜壁邊界條件下放礦是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，若根據(jù)達(dá)孔量法測(cè)定，將得到不同類(lèi)型的放出體幾何形態(tài)。

(2)斜壁邊界條件下的底部放礦過(guò)程中，礦體厚度對(duì)散體流動(dòng)的影響比較小，基本上不影響散體的流動(dòng)規(guī)律。

(3)在上下盤(pán)邊壁的約束作用下，同一水平層上，越靠近上盤(pán)邊壁的散體越先被放出。

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(收稿日期2016-02-29)

Ore Drawing Experiment of the Inclined Wall Boundary Conditions of Non-pillar Sublevel Caving Method

Ouyang BinTao Ganqiang

(Nuclear Resources Engineering College, University of South China)

AbstractIn order to analyze the movement regularity of the ore granular under the inclined wall boundary conditions of non-pillar sublevel caving method, the ore drawing experiment of the bottom under the inclined wall boundary conditions is conducted. The bottom ore drawing model under the inclined wall boundary conditions of non-pillar sublevel caving method is made based on the geometric similarity ratio of 1:25. According to the ore blocks grading of the mine site, the ore granular material of corresponding grading and the mark particles which the liquidity is consistent with the one of granular material are obtained. Based on the experiment data, the release quantity curve of the marked particles of the horizontal layers are drawn and the influence of the ore-body thickness and the upper and lower side walls to the movement regularity of ore granular is analyzed. The results show that the influence of the ore-body thickness to the movement regularity of ore granular is little, under the constraint function of upper and lower side walls, in the same layer, the closer the upper side wall, the quicker the ore granular can be drawn out. The above analysis results can provide some reference for the study of the ore drawing technique and its engineering application.

KeywordsNon-pillar sublevel caving method, Inclined wall boundary conditions, Bottom ore drawing, Movement regularity

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：5157040545)。

歐陽(yáng)斌(1990—)，男，碩士研究生，421001 湖南省衡陽(yáng)市常勝西路28號(hào)。