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 吳雪莉1，鄭建明1,2，任鳳玉2，周  瀟3

（1．吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院，吉林吉林132022;2．東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110004;3．吉林市吉化九中，吉林吉林132022）

摘要：Surda銅礦為印度銅業(yè)公司的一個(gè)地下開(kāi)采礦山，建設(shè)規(guī)模為42×104 t/a。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，礦山欲將建設(shè)規(guī)模提升至90×104 t/a，而目前礦山所采用的無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)法滿足建設(shè)規(guī)模要求，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有采礦方法的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在充分發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備能力的同時(shí)，采用高分段、大間距參數(shù)布置及合理的崩礦步距，結(jié)合大斷面出礦，單次崩礦量提高94%，爆破次數(shù)減少50%，提高了通風(fēng)效果，降低了局扇風(fēng)機(jī)能耗，礦石回收率提高9%，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益1.5億元以上。

關(guān)鍵詞：無(wú)底柱分段崩落法；高分段；優(yōu)化；大斷面

中圖分類(lèi)號(hào)：TD862 文章編號(hào)：1004-4051(2016)06-0088-03

 Surda銅礦是印度銅業(yè)公司唯一的一個(gè)處于生產(chǎn)階段的地下開(kāi)采礦山，礦區(qū)面積388. 68hm2，位于印度東海岸的賈坎德邦，礦山距離Howrah-Bombay主要運(yùn)輸線上的Ghatsila火車(chē)站約11km，距離印度銅業(yè)公司的Moubhandar冶煉廠約6km，礦山與Kolkata有柏油路相通。地理坐標(biāo)為東經(jīng)86026’04’’，北緯22035’17’’。

 礦區(qū)巖層主要為前寒武紀(jì)變質(zhì)沉積巖和變質(zhì)火山巖，主要有屬于Chaibasa層的含石榴子石的云母片巖，石英，石英藍(lán)晶石片巖等，此巖層下面為Dhanjori組的弱變質(zhì)基性火山巖和石英巖，巖層走向北西150，傾向北東。

 Surda銅礦資源儲(chǔ)量約為1466萬(wàn)t，平均地質(zhì)品位1. 19%。礦床走向與巖層基本平行，地表有露頭，礦體賦存標(biāo)高為210～115m。

 礦山原生產(chǎn)規(guī)模42×104 t/a，采用豎井十斜坡道開(kāi)拓方式，采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采，中段高度60m。目前Surda銅礦擬擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模至90×104 t/a，為充分利用資源，提出低貧損高生產(chǎn)能力的開(kāi)采目標(biāo)，需對(duì)原無(wú)底柱采礦崩落采礦法的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1  散體移動(dòng)規(guī)律研究

 無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)路內(nèi)按步距回采，與其他采礦方法相比，礦巖動(dòng)態(tài)接觸面積大，廢石混入量大，放礦方式及采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性直接影響貧化率和回收率。

 當(dāng)前采用無(wú)底柱分段崩落法開(kāi)采的礦山普遍采用大斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)，東北大學(xué)任鳳玉教授所著的《隨機(jī)介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用》-書(shū)針對(duì)漏口半徑與放出量關(guān)系進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究，見(jiàn)表1。

 根據(jù)表1中數(shù)據(jù)分析來(lái)看，隨著放礦斷面的不斷加大，沿進(jìn)路方向出礦的有效流動(dòng)寬度逐漸變小，垂直進(jìn)路方向的有效流動(dòng)寬度不斷變大。進(jìn)路斷面尺寸越大，散體流動(dòng)規(guī)律的受影響程度越顯著。

 從圖1可見(jiàn)，隨著放礦斷面的增大，散體在流軸附近的移動(dòng)強(qiáng)度變慢，遠(yuǎn)離流軸的散體流動(dòng)強(qiáng)度變大。而且層面高度越小，虛、實(shí)線的差異也越來(lái)越大，表明放礦斷面對(duì)散體的影響程度越來(lái)越大。

 根據(jù)散體移動(dòng)概率密度函數(shù)，可得放出口顯著影響高度計(jì)算式，見(jiàn)式(1)。

 綜合分析來(lái)看，通過(guò)增大放礦斷面尺寸和進(jìn)行全斷面均勻放礦，礦石層移動(dòng)條件可得到明顯改善，礦石放出量可顯著增加。而且礦石層高度越大，增大量的絕對(duì)值將越大，礦石層高度越小，相對(duì)值的增大量越大。因此，優(yōu)化放礦進(jìn)路斷面設(shè)計(jì)并加強(qiáng)放礦管理，以此增加放礦口有效流動(dòng)范圍，放礦效果可得到明顯改善。

2  采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

 影響無(wú)底柱分段崩落法放礦的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有分段高度、崩礦步距和進(jìn)路間距，同時(shí)為獲得較低的損失貧化，放礦進(jìn)路的斷面尺寸是影響因素之一。

2.1進(jìn)路斷面

 放出口參數(shù)對(duì)放出漏斗的影響與放出體所在位置有關(guān)，又與放出體體積大小有關(guān)，此外還受散體流動(dòng)性質(zhì)以及放出口速度分布影響，隨放礦工作的進(jìn)行，散體顆粒不斷下移，最終達(dá)到放出口位置，放出體方程見(jiàn)式(2)。

動(dòng)跡線形態(tài)見(jiàn)圖2。

 隨放出口加大，近漏口部位顆粒移動(dòng)跡線斜率變大，放出體下部寬度變大。

 基于散體移動(dòng)規(guī)律研究并通過(guò)大斷面物理模擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)投資，通過(guò)對(duì)4m×3m、5m×3m、6m×3m斷面進(jìn)行放礦試驗(yàn)研究，根據(jù)出礦口斷面尺寸及放礦順序綜合進(jìn)行24組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用等量均勻順序放礦和兩端等量放礦兩種放礦順序進(jìn)行。試驗(yàn)表明6m×3m斷面更有利于控制礦石的損失貧化，同時(shí)綜合考慮出礦設(shè)備對(duì)斷面尺寸的要求，確定進(jìn)路斷面尺寸為6m×3m。此外，實(shí)驗(yàn)表明減小出礦進(jìn)路與礦體下盤(pán)的距離是減小礦石損失、提高礦石總回收率的有效措施。

2.2  （中）分段高度

 無(wú)底柱分段崩落法常規(guī)設(shè)計(jì)中段高度為100～120m，分段高度15～30m，進(jìn)路間距10～25m。當(dāng)前應(yīng)用無(wú)底柱分段崩落法的礦山，特別是一些大型新建礦山，正向大分段高度和大進(jìn)路間距的方向發(fā)展。針對(duì)Surda銅礦走向長(zhǎng)度(800m)、礦體厚度(水平厚度80m)特點(diǎn)，結(jié)合礦山建設(shè)規(guī)模和擬采用的中深孔鑿巖設(shè)備，初步確定中段高度100m，分段高度20m。

2.3進(jìn)路間距

進(jìn)路間距根據(jù)式(3)確定。

 經(jīng)計(jì)算，進(jìn)路合理間距為19. 4～22. 4m，取20m。

2.4崩礦步距

 單從崩礦步距本身來(lái)講，其不受采場(chǎng)其他參數(shù)影響，但不同的崩礦步距對(duì)礦山的生產(chǎn)影響較大。但如果采用的崩礦步距太小，邊孔易被埋；而如果采用的步距過(guò)大，廢石會(huì)提前進(jìn)入放出體的橢球體中，造成上分段礦石損失較大。根據(jù)前述確定的分段高度和進(jìn)路間距，針對(duì)不同的崩礦步距進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)。

2.5實(shí)驗(yàn)方案

 結(jié)合采掘設(shè)備確定進(jìn)路斷面尺寸6mX 3m，考慮建設(shè)規(guī)模及擬采用的中深孔鑿巖設(shè)備，分段高度和進(jìn)路間距均為20m，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)3～3.5m(變化幅度0. 1m)崩礦步距進(jìn)行物理放礦實(shí)驗(yàn)。

 實(shí)驗(yàn)在崩礦步距變化幅度0. 1m范圍內(nèi)分6種情況進(jìn)行，由于實(shí)驗(yàn)室不可能進(jìn)行崩礦實(shí)驗(yàn)，因此采用插板進(jìn)行崩礦步距控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

 通過(guò)表2可見(jiàn)，隨崩礦步距的加大，礦石回收率明顯提高。綜合考慮生產(chǎn)效率、爆轟沖擊波影響等因素，選取崩礦步距3. 5m。

3效果分析

 1)通過(guò)采場(chǎng)參數(shù)優(yōu)化，特別是加大崩礦步距，單一進(jìn)路回采每次崩礦量可達(dá)3990t，相比采用1. 8m崩礦步距時(shí)單次崩礦量提高94%。

 2)由于加大了崩礦步距，相當(dāng)于最小抵抗線1. 8m的前提下每次崩落兩排炮孔，減少了大型鑿巖設(shè)備的移動(dòng)頻率，從而有效提高了設(shè)備的工作效率。

 3)每次崩落兩排炮孔，與1. 8m崩礦步距相比等于減少了50%的爆破次數(shù)，相應(yīng)減少了每次爆破后的排煙通風(fēng)次數(shù)，提高了礦山通風(fēng)效果、降低了局扇風(fēng)機(jī)能耗。

 4)采用高分段、大間距礦塊參數(shù)，礦石回收率提高約9%，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)可提高礦山年經(jīng)濟(jì)效益1.5億元。