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矿石崩落体形态与放矿效果的关系研究
2011-08-04
本文通过分析和试验初步认识了崩落体的形成过程及其复杂形态, 并根据无贫化放矿理论 提出了通过矿石残留体与崩落体共同构成的堆积形体与放出体尽量相符, 以实现纯矿石总体回收最大的 思想。
矿 床 开 采 矿 石 崩 落 体 形 态 与 放 矿 效 果 的 关 系 研 究 张 国 建郭 连 军 鞍 山 钢 铁 学 院 放114002) (   摘 要 本 文 通 过 分 析 和 试 验 初 步 认 识 了 崩 落 体 的 形 成 过 程 及 其 复 杂 形 态 , 并 根 据 无 贫 化 放 矿 理 论 提 出 了 通 过 矿 石 残 留 体 与 崩 落 体 共 同 构 成 的 堆 积 形 体 与 放 出 体 尽 量 相 符 , 以 实 现 纯 矿 石 总 体 回 收 最 大 的 思 想 。   关 键 词 崩 落 体 崩 落 体 形 态 无 贫 化 放 矿 RELATIONSHIP BETWEEN SHAPE FORM OF CAVED DOWN ORE AND EFFECTIVENESS OF ORE DRAWING Zhang Guojian Guo Lianjun ( Anshan Institute of Iron & steel Technology 114002)   Abstract : By analysing and testing , the shape forming process and complicated shapes of caved down ore are preliminarily recognized. Based on the theory of no2dilution ore drawing , a new conception has been established that is : the shape of stockpile of caved ore together with remained ore must as far as possible be similar to the shape of ore body to be drawn ; only in this way the total recovery of pure ore is the maximum. Keywords : Caved down ore , Shape of caved down ore , No2dilution ore drawing   无 底 柱 分 段 崩 落 法 是 地 下 铁 矿 山 广 泛 应 用 的 采 甚 至 达 到 30 %~ 50 %。 这 一 主 要 的 缺 点 无 疑 制 约 了 无 底 柱 分 段 崩 落 法 的 应 用 和 使 用 效 益 的 提 高 。 为 了 解 决 无 底 柱 分 段 崩 落 法 的 这 一 主 要 缺 点 , 国 内 外 专 家 学 者 及 使 用 该 方 法 的 矿 山 都 进 行 了 大 量 研 究 和 试 验 工 作 , 取 得 了 可 喜 的 成 果 。 特 别 是 以 东 矿 方 法 之 一 , 迄 今 应 用 该 采 矿 方 法 采 出 的 铁 矿 石 量 约 占 地 下 开 采 出 的 铁 矿 石 总 量 的 70 %。 然 而 该 采 矿 方 法 矿 石 损 失 贫 化 大 的 问 题 一 直 未 能 彻 底 解 决 , 大 部 分 矿 山 的 矿 石 贫 化 率 达 到 20 %~ 25 % , 有 的 一 管 理 , 分 工 实 施 , 先 易 后 难 , 由 内 至 外 。 在 开 发 过 程 中 , 把 沙 漠 化 治 理 纳 入 煤 田 开 发 总 体 方 案 之 中 , 防 沙 设 计 与 煤 炭 开 发 同 步 进 行 、 同 步 施 工 、 同 步 发 展 。 这 样 , 煤 田 开 发 与 环 境 治 理 就 形 成 一 个 活 的 经 济 2生 态 系 统 。 系 统 各 层 次 、 各 部 门 之 间 互 相 联 系 , 功 能 互 补 , 实 现 良 性 循 环 。 出 现 新 的 沙 漠 化 土 地 , 改 变 治 理 速 度 跟 不 上 破 坏 速 度 、 沙 化 速 度 的 局 面 。 要 保 护 好 现 有 林 草 植 被 , 在 防 沙 固 沙 的 同 时 , 对 沙 区 实 行 沙 、 水 、 田 、 林 、 路 综 合 治 理 、 综 合 开 发 , 变 “ 沙 进 人 退 ” 为 “ 人 进 沙 退 ” , 从 根 本 上 扭 转 沙 漠 化 扩 大 的 趋 势 。 参 考 文 献 〔 1〕 朱 震 达 等 , 中 国 沙 漠 化 概 论 , 科 学 出 版 社 , 1980 2〕 兰 开 斯 特 , N. 1982 , 线 性 沙 丘 , “ 世 界 沙 漠 研 究 ” , 1984 3〕 吴 正 , 中 国 干 旱 地 区 的 风 沙 地 貌 , “ 中 国 干 旱 地 区 自 然 地 理 ” , 科 学 出 版 社 , 1985 在 具 体 设 计 中 , 应 分 别 对 土 石 山 区 、 风 沙 区 、 铁 路 公 路 及 黄 河 两 岸 、 城 市 住 宅 及 园 林 区 采 用 不 同 方 法 。 建 立 植 物 种 源 , 实 施 林 带 抚 育 管 理 等 。 防 治 沙 漠 化 要 防 治 并 重 , 一 手 抓 治 理 , 一 手 抓 防 范 。 要 努 力 保 护 、 封 育 好 沙 区 现 有 的 植 被 , 防 止 〔 〔 ( 收 稿 日 期 : 2001 年 3 月 27 日 ) 矿 石 崩 落 体 形 态 与 放 矿 效 果 的 关 系 研 究 31 北 大 学 放 矿 实 验 室 刘 兴 国 教 授 为 代 表 研 究 小 组 , 在 对 无 底 柱 分 段 崩 落 法 进 行 了 系 统 的 调 查 、 研 究 基 础 上 , 提 出 了 该 方 法 矿 石 贫 化 的 主 要 原 因 是 现 行 截 止 品 位 放 矿 方 式 , 与 其 它 因 素 关 系 不 大 , 只 有 改 革 现 行 放 矿 方 式 , 才 能 降 低 矿 石 贫 化 率 , 并 且 提 出 了 无 的 生 成 形 态 ,我 们 进 行 了 水 泥 砂 浆 模 型 爆 破 试 验 。 112   模 型 爆 破 试 验 按 模 拟 比 1∶50 制 作 两 个 三 色 水 泥 砂 浆 模 型 (如 图 2) 。 水 泥 为 400 号 , 灰 砂 比 为 1∶4。 预 制 两 排 炮 孔 , 直 径 为 715mm。 从 回 采 巷 道 底 板 向 上 分 红 、 黑 、 绿 三 种 颜 色 浇 铸 。 〔 1〕 贫 化 放 矿 理 论 。 这 一 研 究 成 果 为 从 根 本 上 消 除 无 底 柱 分 段 崩 落 法 贫 化 大 的 缺 点 奠 定 了 坚 实 的 基 础 , 也 为 这 一 领 域 的 深 入 研 究 开 辟 了 新 的 方 向 。 本 文 正 是 从 无 贫 化 放 矿 的 基 本 原 理 出 发 , 分 析 了 爆 破 作 用 下 崩 落 体 形 态 的 估 计 与 控 制 及 其 对 放 矿 效 果 的 影 响 。 1 崩 落 体 形 态 分 析 放 矿 的 对 象 是 崩 落 的 矿 石 , 正 确 认 识 和 控 制 矿 石 崩 落 体 的 形 态 对 于 降 低 矿 石 的 贫 化 损 失 是 至 关 重 要 的 。 无 贫 化 放 矿 的 基 本 原 理 之 一 就 是 为 扩 大 纯 矿 石 放 出 体 体 积 , 应 调 节 放 出 矿 石 量 使 崩 落 矿 石 堆 体 图 2水 泥 沙 浆 爆 破 试 验 模 型 1 — 炮 孔 ; 2 — 回 采 巷 道 ( 含 矿 石 残 留 体 ) 的 形 态 与 放 出 体 形 态 最 大 吻 合 。 将 模 型 平 放 在 基 岩 上 , 孔 内 装 入 导 爆 线 作 为 炸 药 , 用 导 爆 管 起 爆 , 并 用 碎 石 和 砂 土 作 覆 盖 层 将 试 验 模 型 埋 好 , 覆 盖 层 厚 度 为 018m 以 上 , 并 用 草 垫 子 盖 起 来 , 爆 破 参 数 如 表 1。 爆 破 后 , 利 用 人 工 水 平 分 层 剥 离 覆 盖 层 , 并 按 崩 落 碎 块 的 颜 色 分 别 进 行 筛 分 统 计 , 并 依 次 测 量 矿 岩 边 界 , 即 以 回 采 巷 道 底 板 标 高 为 0 , 自 上 而 下 每 隔 4cm 测 绘 一 张 崩 落 体 边 界 水 平 分 层 图 , 以 查 清 爆 破 后 矿 堆 的 空 间 形 态 。 从 这 一 基 本 原 理 出 发 , 为 扩 大 纯 矿 石 回 收 率 , 在 通 过 出 矿 来 控 制 放 出 体 的 同 时 , 还 应 通 过 落 矿 来 控 制 崩 落 体 的 形 态 , 这 两 者 是 并 存 的 , 缺 一 不 可 。 1 11   矿 岩 移 动 规 律 及 崩 落 体 生 成 浅 析 为 确 切 了 解 矿 石 崩 落 体 的 形 态 , 有 必 要 对 矿 岩 移 动 规 律 及 崩 落 体 的 生 成 进 行 简 要 分 析 。 根 据 放 出 椭 球 体 理 论 , 放 出 体 的 移 动 过 程 如 图 1 所 示 。 表 1模 型 爆 破 试 验 参 数 表 炮 孔 号 炮 孔 倾 角 (度 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 45 55 68 82 82 68 55 45 排 号 炮 孔 深 度 (cm) 孔 底 厚 度 (cm) 9 1 2 7 1215 17 21 21 17 1215 9 1 1 316 9 1 1 1 1 1 孔 口 填 塞 (cm) 2 316 2 316 2 316 1 15 1714 19 1314 1015 514 装 药 高 度 (cm) 2 514 1015 1314 19 1714 15 9 7 图 1放 出 体 移 动 过 程 从 模 型 爆 破 试 验 可 以 看 出 , 矿 石 崩 落 体 呈 一 复 杂 的 空 间 形 态 , 尤 其 是 靠 近 矿 体 的 上 部 有 一 陷 落 区 , 如 图 3。 这 在 以 往 的 放 矿 研 究 中 是 从 未 注 意 到 的 , 这 一 现 象 的 出 现 显 然 是 与 爆 破 作 用 密 切 相 关 的 。 当 爆 破 发 生 时 , 矿 石 在 冲 击 波 和 爆 炸 气 体 的 作 用 下 被 从 矿 体 上 分 出 来 , 并 向 岩 石 松 动 体 挤 压 膨 胀 , 直 到 达 到 新 的 平 衡 。 在 达 到 新 的 平 衡 之 前 , 由 于 崩 落 的 矿 岩 迅 速 向 覆 岩 方 向 移 动 , 在 矿 石 分 离 面 上 方 形 成 一 瞬 间 压 力 降 低 区 , 这 时 上 方 的 覆 岩 在 压 力 作 用 下 迅 速 向 下 移 动 , 在 矿 石 回 缩 达 到 平 衡 时 , 便 在 矿 石 上 方 形 成 了 一 凹 陷 接 触 面 。 1 — 回 采 巷 道 ; 2 — 放 出 体 ; 3 — 废 石 漏 斗 ; 4 — 松 动 体 ; 5 — 压 缩 体 随 着 矿 石 的 放 出 ,覆 盖 岩 层 的 稳 定 性 受 到 破 坏 , 靠 近 放 出 体 的 岩 石 随 之 移 动 ,距 放 出 体 越 近 ,覆 岩 中 碎 石 移 动 越 快 ,并 逐 渐 趋 于 稳 定 。 放 矿 结 束 后 ,在 覆 岩 的 压 实 体 中 形 成 了 松 动 体 。 松 动 体 的 形 成 既 为 下 次 爆 破 提 供 了 补 偿 空 间 ,也 是 影 响 下 次 落 矿 崩 落 体 形 态 的 重 要 因 素 。 因 为 在 爆 破 落 矿 时 ,矿 石 由 于 碎 胀 作 用 使 体 积 增 大 15 %~ 20 % ,这 部 分 增 大 的 体 积 必 然 在 爆 炸 动 力 作 用 下 向 松 动 体 挤 压 ,形 成 向 松 动 体 压 力 小 的 方 向 突 出 的 崩 落 体 形 态 。 为 了 进 一 步 认 识 崩 落 体 3 2 中 国 矿 业 2001 年 第 10 卷 第 5 期 图 3覆 岩 下 放 矿 所 形 成 的 松 动 体 与 压 缩 体 图 4崩 落 矿 石 形 态 示 意 图 1 — 矿 体 ; 2 — 覆 盖 岩 层 ; 3 — 松 动 体 ; 4 — 压 缩 体 ; 5 — 回 采 巷 道 1 — 崩 落 体 ;2 — 松 动 体 ;3 — 压 缩 体 ;4 — 回 采 巷 道 ;5 — 崩 落 岩 层 陷 落 区 ;6 — 矿 体 根 据 模 型 爆 破 试 验 对 崩 落 体 形 态 的 认 识 及 以 上 分 析 ,为 了 弥 补 下 陷 部 分 废 石 可 能 引 起 的 贫 化 ,在 上 分 段 放 矿 结 束 时 ,不 是 将 矿 石 全 部 放 出 ,而 是 留 有 一 定 厚 度 矿 石 残 留 体 ,这 些 残 留 矿 石 同 崩 落 的 矿 石 一 起 近 似 构 成 了 放 出 体 形 态 ,这 也 正 是 无 贫 化 放 矿 所 要 求 的 。 2 爆 破 特 征 与 无 贫 化 放 矿 从 上 面 的 分 析 可 以 看 出 ,崩 落 体 复 杂 形 态 的 形 成 , 一 方 面 受 松 动 体 特 征 的 影 响 ,另 一 方 面 更 主 要 的 是 受 爆 破 落 矿 特 征 的 影 响 ,与 放 矿 效 果 有 着 密 切 的 关 系 。 211   爆 破 特 征 与 放 矿 效 果 爆 破 特 征 是 决 定 崩 落 体 形 态 的 重 要 因 素 , 进 而 残 留 矿 石 厚 度 的 确 定 应 该 是 在 掌 握 了 具 体 矿 山 的 矿 石 崩 落 体 形 态 之 后 ,根 据 总 体 最 优 的 原 则 ,在 保 证 最 大 限 度 地 提 高 纯 矿 石 回 收 量 的 前 提 下 来 确 定 。 影 响 矿 石 损 失 贫 化 率 。 这 些 特 征 包 括 爆 破 参 数 (如 一 次 崩 矿 层 厚 度 、 炮 孔 排 距 、 炮 孔 扇 面 倾 角 、 装 药 参 数 、 装 药 结 构 、 微 差 时 间 及 炸 药 特 性 等 ) , 覆 岩 物 理 力 学 性 质 及 放 矿 工 艺 , 矿 体 的 性 质 等 。 3 结 论 无 底 柱 分 段 崩 落 法 是 应 用 广 泛 、生 产 效 率 高 的 根 据 放 矿 理 论 , 极 限 放 出 漏 斗 的 倾 角 一 般 不 大 于 70 度 , 小 于 70 度 的 矿 石 不 能 在 本 阶 段 放 出 来 。 对 于 小 步 距 , 放 出 体 由 于 进 入 侧 面 岩 石 中 而 产 生 贫 化 , 而 步 距 较 大 时 , 放 出 体 由 于 不 能 完 全 覆 盖 崩 落 的 矿 石 而 产 生 损 失 。 过 大 和 过 小 的 步 距 都 是 不 科 学 的 , 最 佳 的 落 矿 步 距 应 是 使 崩 落 矿 石 的 堆 积 形 态 与 放 出 体 的 形 态 基 本 一 致 。 同 时 爆 破 作 用 还 决 定 矿 石 粒 度 分 布 , 如 适 当 减 少 抵 抗 线 、 增 大 孔 底 距 、 采 用 孔 底 空 气 间 隔 装 药 , 可 以 明 显 降 低 大 块 率 , 增 加 矿 石 的 流 动 性 。 这 样 通 过 控 制 爆 破 特 征 可 获 得 有 利 于 降 低 矿 石 损 失 贫 化 的 崩 落 体 形 态 。 采 矿 方 法 ,深 入 认 识 和 研 究 矿 石 崩 落 体 的 形 态 及 其 放 矿 过 程 的 规 律 对 于 解 决 损 失 贫 化 问 题 具 有 重 要 的 意 义 。 本 文 在 无 贫 化 放 矿 理 论 指 导 下 ,通 过 分 析 和 试 验 初 步 认 识 了 崩 落 体 的 形 成 及 形 态 ,并 在 此 基 础 上 提 出 了 通 过 矿 石 残 留 体 与 崩 落 体 共 同 构 成 的 堆 积 形 态 与 放 出 体 尽 量 相 符 ,以 实 现 纯 矿 石 总 体 回 收 最 大 的 思 想 。 有 关 崩 落 体 形 态 的 认 识 及 控 制 将 作 进 一 步 研 究 。 参 考 文 献 〔1〕 刘 兴 国 ,无 底 柱 分 段 崩 落 法 放 矿 研 究 的 新 进 展 . 第 五 届 全 国 采 矿 学 术 会 议 论 文 集 ,成 都 ,1996 ,p361 — 365 〔 〔 2〕 解 世 俊 等 编 ,金 属 矿 床 地 下 开 采 . 北 京 :冶 金 工 业 出 版 社 ,1979 3〕 张 国 建 等 ,地 下 矿 垂 直 扇 形 中 深 孔 孔 底 空 腔 爆 破 试 验 研 究 . 中 国 矿 业 ,Vol. 4 ,No1 ,1995 2 12   无 贫 化 放 矿 的 实 现 爆 破 落 矿 在 一 定 程 度 上 控 制 了 矿 石 崩 落 体 形 态 , 但 要 实 现 无 贫 化 放 矿 ,还 必 须 有 科 学 的 放 矿 管 理 方 法 。   从 图 3 可 以 看 出 ,按 椭 球 体 放 矿 原 理 ,在 不 损 失 ( 收 稿 日 期 :2001 年 4 月 7 日 ) 矿 石 的 前 提 下 ,必 然 会 由 于 上 部 下 陷 部 分 废 石 的 侵 入 而 产 生 贫 化 。 然 而 如 果 下 陷 部 分 不 是 废 石 ,而 是 上 分 段 放 矿 剩 下 的 矿 石 ,这 时 的 矿 石 堆 积 体 形 态 与 放 出 体 形 态 十 分 接 近 ,如 图 4。 〔 作 者 简 介 〕 张 国 建 鞍 山 钢 铁 学 院 教 授 郭 连 军 鞍 山 钢 铁 学 院 副 教 授 博 士 矿 石 崩 落 体 形 态 与 放 矿 效 果 的 关 系 研 究 33
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