中厚礦體沿脈進路崩礦步距的優(yōu)化方法

王 燕,任鳳玉,陳曉云,鄭海峰

(1.東北大學(xué)，遼寧 沈陽 110086;2.弓長嶺井下礦，遼寧 遼陽 111007)

崩礦步距是無底柱分段崩落法的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，不僅影響出礦效率，而且影響礦石的損失率與貧化率。尤其是中厚礦體沿脈進路的崩礦步距，嚴(yán)重制約放出體的發(fā)育程度，直接影響下盤礦石殘留體的大小，從而嚴(yán)重影響著礦石的回采指標(biāo)。為此，研究中厚礦體沿脈進路崩礦步距的優(yōu)化方法，對于降低該類礦體分段崩落法礦石損失貧化的意義重大。

本文結(jié)合弓長嶺井下礦的急傾斜中厚礦體條件，研究崩礦步距的優(yōu)化方法。

1 崩礦步距的優(yōu)化原則

對于急傾斜中厚礦體，沿脈布置進路不能形成菱形結(jié)構(gòu)，有些殘留體無法回收，此時礦石回采指標(biāo)的高低，與放礦方式和采場結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因為采用不同的放礦方式，放出漏斗在出礦口的破裂程度不同，從而導(dǎo)致崩落礦石的放出量受“三體”(崩落體、殘留體、放出體)關(guān)系的制約程度不同。為保證較大的純礦石放出量和形成較好的殘留體形態(tài)，需要采用低貧化放礦方式，并確定合理的采場結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化崩礦步距的原則，可歸結(jié)為使放出體的上部形態(tài)與殘留體和崩落體總體邊界盡量相符。從這一原則出發(fā)，崩落體、殘留體與放出體形態(tài)的影響因素，都影響崩礦步距的合理值。

大體說來，崩落體的形態(tài)不僅與分段高度、進路位置、崩礦步距等幾何條件有關(guān)，而且與爆破效果密切相關(guān)；殘留體與放出體的形態(tài)，不僅與散體流動特性有關(guān)，而且與采場邊界條件與放礦口尺寸有關(guān)。因此，崩礦步距合理值的影響因素，不僅包括分段高度、進路位置、采場邊界條件與放礦口尺寸等幾何條件，而且包括爆破效果、散體流動參數(shù)等巖體特性條件。這些因素之間存在著比較復(fù)雜的相互作用關(guān)系，從而使崩礦步距的優(yōu)化問題，成為多因素復(fù)雜關(guān)系的非線性優(yōu)化問題，需要結(jié)合生產(chǎn)實際現(xiàn)象逐步尋優(yōu)。

2 崩礦步距的優(yōu)化方法

按“三體”(崩落體、殘留體與放出體)形態(tài)相符的原則優(yōu)化崩礦步距，首先需要確定礦山“三體”的基本形態(tài)。

2.1 放出體與殘留體形態(tài)的確定

放出體與殘留體的形態(tài)可由實驗確定。在現(xiàn)場取礦石試樣，破碎成適宜的粒度，進行放礦實驗，測得實驗放出體，按放出體方程[1]：

(1)

回歸擬合，得出參數(shù)值，再代入放出體方程(1)，得出放出體形態(tài)計算式，由此式便可繪出需要高度的放出體形態(tài)。由實驗測定的弓長嶺井下礦的放出體參數(shù)為：α=1.5451，β=0.0974，α1=1.1937，β1=0.3959，K=0.0750，按此參數(shù)值計算得出的放出體形態(tài)見圖1。而礦石殘留體形態(tài)主要受出礦口位置、上下盤邊壁及步距放出量影響。

圖1 弓長嶺井下礦放出體形態(tài)

2.2 崩落體形態(tài)的確定

鑒于目前還沒找到查明崩落體基本形態(tài)的方法，我們采用了標(biāo)定出礦過程的廢石混入率變化，由此推斷崩落體基本形態(tài)的間接測定方法。弓長嶺井下礦-280m中段的分段高度12m，進路靠近礦體中間布置，崩礦步距1.5m。在生產(chǎn)條件下，對出礦過程中廢石混入率的變化規(guī)律，進行了4個步距的跟班標(biāo)定。4次標(biāo)定結(jié)果基本相同，出礦前期廢石混入率隨出礦量的變化關(guān)系，如圖2所示：當(dāng)出礦到第8鏟斗時，廢石開始混入；出礦到第6次取樣(放出30鏟斗)時，廢石混入率明顯增大；出礦到第8次取樣(放出40鏟斗)時，廢石混入率快速增大；礦到第13次取樣(放出65鏟斗)時，廢石混入率達到第一次高峰值。

圖2 第四次跟班標(biāo)定結(jié)果

圖2表明，在現(xiàn)行采場結(jié)構(gòu)參數(shù)與爆破參數(shù)的條件下，存在著廢石過早混入的現(xiàn)象。從4次標(biāo)定的情況看，廢石呈碎塊和粉體狀態(tài)混入礦石中。根據(jù)廢石出露的時間和破碎狀態(tài)，可以推斷出，廢石的過早混入，是由于爆破時，將頂面廢石沿炮孔排面引下來，形成較大廢石陷落坑的原因。具體說，爆破時崩落礦石向正面和頂部松散體擠壓獲得補償空間，在向散體擠壓時，爆破產(chǎn)生的氣體沿壁面形成爆破空腔。爆破后，爆生氣體快速釋放，爆破空腔形成負壓，頂面廢石借重力與空腔吸力率先下落充填，正面崩落的礦石反沖回來，將下落的廢石沖擊成碎塊，緊貼壁面存留下來。在放礦時，這些貼壁廢石跟隨下面崩落礦石流向出礦口，并在出礦口部位鉆入流動帶內(nèi)散松礦石塊體的縫隙里，形成散體表面無明顯廢石漏斗顯現(xiàn)的廢石過早混入現(xiàn)象。

將實驗測得的散體流動參數(shù)代入放出量計算式：

得出放出量與放出體高度的關(guān)系式：

(2)

弓長嶺井下礦采用斗容2m3鏟運機出礦，礦石松散系數(shù)為1.6，鏟運機裝滿系數(shù)約為0.95。采場內(nèi)的崩落礦石的松散系數(shù)取1.3計算，則1鏟斗出礦量折合成采場內(nèi)的散體量為：

2×0.95/1.6×1.3=1.54375m3，由此可計算圖3對應(yīng)的放出量。將圖2放出量代入式(1)計算放出體高度，便可得出廢石不同混入階段對應(yīng)的放出體高度，見表1。

表1 廢石混入的情況和對應(yīng)放出體高度

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，同時考慮崩落礦石碎脹后的體積量變化，以及爆破后崩落礦石的反沖作用，綜合分析推斷得出的崩落體沿進路方向的剖面形態(tài)，如圖3所示。

2.3 崩礦步距優(yōu)化

崩落體與上一分段的殘留體共同構(gòu)成散體礦量，這些散體礦量在放礦時在覆蓋層廢石的“護送”下投入移動，一部分從出礦口放出，另一部分形成新的殘留體。假定崩落體的基本形態(tài)不隨崩礦層厚度增大而發(fā)生顯著變化，這樣按圖2殘留體形態(tài)、圖4崩落體形態(tài)與圖1放出體形態(tài)，便可繪制出不同崩礦步距的散體礦量與截止放礦時的放出體剖面形態(tài)圖，從中優(yōu)選出散體礦量與放出體形態(tài)符合較好的崩礦步距，得出崩礦步距的優(yōu)化值。

結(jié)合弓長嶺礦-280m中段現(xiàn)用參數(shù)，取分段高度12m、進路負擔(dān)寬度12m、進路斷面3m×3.4m，假定礦石損失率與廢石混入率相當(dāng)，則放出量與崩礦量相當(dāng)。這樣，當(dāng)崩礦步距1.5m時，

一個步距需要放出采場的松散礦量為：(12×12-3×3.4)×1.5×1.3=290.91m3，對應(yīng)放出體高度為21m。同理，可計算得出，崩礦步距為1.8m和2m時，對應(yīng)的放出體高度為22.07m和23.74m。這三種崩礦步距對應(yīng)的散體礦量、崩落體與放出體形態(tài)，如圖4所示。

圖3 由放出量關(guān)系推斷的崩落體形態(tài)

圖4 不同崩礦步距對應(yīng)的散體礦量、崩落體與放出體剖面形態(tài)

崩礦步距的合理值，取決于放出體中下部崩落礦石的增大率與放出體上部覆蓋層廢石增大率的比值關(guān)系。由圖4分析可見，崩礦步距從1.5～2.0m的范圍內(nèi)，在采場的中下部，進入放出體內(nèi)的礦石散體的體積量增大；在采場的上部，放出體內(nèi)廢石的相對含量，先是略有降低隨后又逐漸變大。對比之下，崩礦步距1.8m時廢石混入率較低。

圖4顯示出，現(xiàn)行采場結(jié)構(gòu)(進路布置在礦體中部)的廢石混入率很大，這與實際生產(chǎn)中礦石損失貧化率過大現(xiàn)象是相符的，主要原因是采場結(jié)構(gòu)不合理。如果采用圖5(a)所示的采場結(jié)構(gòu)和優(yōu)化后的1.8m崩礦步距，其崩落礦量與放出體的基本形態(tài)符合良好，因此可取得良好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

圖5所示的采場結(jié)構(gòu)與優(yōu)化后的崩礦步距，已在弓長嶺井下礦全面應(yīng)用。由于部分改進參數(shù)后的采場投入回采，2009年無底柱分段崩落法采區(qū)，在礦石貧化率得到明顯降低的條件下，礦石回采率約提高了10個百分點，達到85%。

圖5 改后采場結(jié)構(gòu)崩礦步距為1.8m時的崩落礦量與放出體形態(tài)剖面圖

4 結(jié)論

(1) 中厚礦體沿脈進路的崩礦步距對礦石回采

指標(biāo)影響較大，但因其影響因素較多，影響關(guān)系較復(fù)雜，需根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)象逐步優(yōu)化。

(2) 為取得較大的純礦石放出量和較好的礦石回采指標(biāo)，可按崩落體、殘留體與放出體的剖面形態(tài)符合的原則，優(yōu)化崩礦步距。

(3)放出體與殘留體形態(tài)可用實驗測定，崩落體形態(tài)可由實際出礦中的廢石混入過程數(shù)據(jù)分析確定。

(4) 在沿脈布置進路的采場結(jié)構(gòu)中，分段高度、進路位置與崩礦步距三者最佳匹配，才能取得最佳回采效果。為此，崩礦步距的優(yōu)化需與其他結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化同步進行。

[1] 任鳳玉.隨機放礦理論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994,4.

[2] 任鳳玉，袁國強,等.弓長嶺井下礦改進采場結(jié)構(gòu)的研究[J].金屬礦山，2006(9):86-87.