论无底柱分段崩落法放矿方式

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1、Series No. 332 February 2004 金 属 矿 山 METAL MINE 总第332期 2004年第2期 刘兴国,东北大学资源与土木工程学院教授,110004辽宁省沈阳市 和平区东北大学139信箱。 采矿工程 论无底柱分段崩落法放矿方式 刘兴国 张国联 (东北大学) 摘 要 无底柱分段崩落法放矿方式有3种:一为现行截止品位放矿;二为无贫化放矿;三为低贫化放矿。对 3种放矿方式的特点和适用条件分析后认为,现用截止品位放矿的贫化率最大和经济效益最差;无贫化放矿与前者 比较,在矿石回收率基本相同的情况下,贫化率降低到8 %以下,经济效益最高;当不能一步到位地施行无贫化放矿 时,

2、可用低贫化放矿,逐渐提高截止品位而趋向无贫化放矿。 关键词 无底柱分段崩落法 现行截止品位放矿 无贫化放矿 低贫化放矿 Ore Drawing Mode in Pillarless Sublevel Caving Liu Xingguo Zhang Guolian ( Northeast University) Abstract There are three ore drawing modes in pillarless sublevel caving ,namely ,current cut2off grade drawing ,di2 lutionless drawing and low

3、 dilution drawing. As a result of the analysis of the features and suitable conditions of the three methods ,it is considered that the current cut2off grade drawing mode has the highest dilution rate and thepoorest econom2 ic benefit ,and the dilutionless drawing can reduce the dilution rate to belo

4、w 8 % at the basically same ore recovery with the former method ,thus having the highest economic benefit. When dilutionless drawing cannt be executed in one step ,low dilution drawing can be used and the cut2off grade can be gradually raised towards dilutionless drawing. Keywords Pillarless subleve

5、l caving ,Current cut2off grade drawing ,Dilutionless drawing ,Low dilution drawing 无底柱分段崩落法放矿方式可分为3种:一是 现在普遍采用的截止品位放矿,二是无贫化放矿,这 两种放矿方式是基本形式。第三种是处于两种基本 形式之间的低贫化放矿,低贫化放矿是由现行截止 品位放矿向无贫化放矿的过渡形式。本文根据各放 矿方法的理论与实践对3种放矿方式加以论述。 1 现行截止品位放矿 无底柱分段崩落法每个步距的放矿,都要放到 当次放出矿石达到截止品位时停止放出。截止品位 一般都按当次放出矿石在经济上收支平衡(零盈利) 原

6、则确定,或者说按步距放矿的经济效益最大原则 确定,据此原则建立的计算式为 截止品位= 1 t采出矿石的采选费用(元 / t) 选矿金属回收率( %) 精矿售价(元 / t) 100 %1 上述原则和方法确定的截止品位,可称之为现 行截止品位,以现行截止品位作为截止放矿条件控 制放矿,可称之为 “现行截止品位放矿” 。 无底柱分段崩落法放矿贫化大的问题由来已 久,为了解决该问题,曾经从方法结构、 结构参数和 放矿管理等方面进行过许多研究,但收效有限。 步距放矿过程是,首先放出纯矿石,放出一定数 量之后出现岩石产生贫化。贫化随着放出量的增大 而增大,在混入大量岩石之后,使当次放出矿石品位 降低到规

7、定的截止品位时才停止放矿。贫化大的问 题就是由于允许放出大量岩石形成的。 现行截止品位是根据步距放矿边际品位收支平 衡原则确定的,故截止品位最低,因此现行截止品位 放矿的贫化率最大,构成现行截止品位放矿的一项 基本特征。 按步距考核放矿的回收指标(矿石损失与贫化) 和经济效益,是确定现行截止品位放矿原则的主要 技术思路。该技术思路没有考虑崩落法放矿时崩落 矿岩移动空间连续性的特点。由于移动空间存在连 续性,故上下分段放矿之间存在联系和制约,如移动 5 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

8、空间条件好,上面残留的矿石可以在下面有一而再、 再而三的回收机会。 崩落法放矿移动空间条件是影响矿石损失贫 化,特别是损失的重要因素。故不能只按一个分段 更不能按一个步距放矿情况确定放矿截止品位。必 须从整体(矿体、 矿块)出发,综合考虑矿石回收指标 与经济效益来确定截止放矿条件。可见,确定现行 截止品位放矿原则与方法的技术思路是不合适的。 多年来一直沿用现行截止品位放矿的原因,可 能和人们对崩落法放矿的矿石损失贫化传统认识有 关。所谓传统认识就是认为矿石损失与贫化关系是 此起彼伏的,即降低贫化率就是随之减少放出矿石 增大损失;反之,增大贫化率就可提高矿石回采率。 研究中发现了这种认识具有片面

9、性。在多分段 放矿实验中,改用它种(提高)截止品位放矿时发现, 和现行截止品位对比,在矿石回收率不降低情况下, 可使矿石贫化率(岩石混入率)下降,甚至有大幅度 下降,这是一次重要的发现。 虽然现行截止品位放矿应用于多分段放矿,出 现很大弊端,但对只有一次性回收的矿石还是合适 的。例如最后一个分段的放矿,以及下盘残留区的 放矿,还应使用现行截止品位控制放矿。 2 无(不)贫化放矿 2. 1 无贫化放矿的概念 改革现行截止品位放矿,解决无底柱分段崩落 法放矿贫化大的问题,我们提出过无贫化放矿。无 贫化放矿就是当矿岩界面正常到达出矿口水平时, 也就是说当放矿口一出现正常到达的覆岩时便停止 放出,以此

10、保持矿岩界面的完整性,不使矿岩产生混 杂。每个步距、 每条进路和每个分段都如此放出,当 然放出的矿石为无贫化(无岩石混入)的矿石,“无贫 化放矿” 一词就是这样叫出的。 按该种放矿方式的实质称之为 “无贫化放矿” 是 有道理的。但为了判定覆岩(矿岩接触面)是否正常 到达,迄今为止只能靠放出一定数量的岩石来判定, 因此无贫化放矿的放出结果还有一定的贫化率。 无贫化放矿提出的主要依据也是无贫化放矿的 主要技术思路,有2个方面:一为充分考虑覆岩下放 矿和崩落矿岩移动空间连续性条件,综合分析矿石 回收指标与经济效益;二是保持矿岩界面完整性,不 使矿岩界面破裂,不能像现行截止品位放矿从破裂 处放出大量岩

11、石。由于无底柱分段崩落法放矿口密 集,崩落矿岩移动区内的矿岩界面是完全可控的。 2. 2 不同截止品位放矿方案多分段放矿实验 放矿方案:工业矿石品位为37 % ,用4种放矿 截止品位和相当于3种放矿方式,列于表1。 表1 不同截止品位放矿方案 方 案 截止品位/ %35302520 放矿方式 无贫化 放矿 低贫化 放矿(2) 低贫化 放矿(1) 现行截止 品位放矿 多分段放矿实验的矿石回收指标见表2 ,根据 实验获得如图1的矿石贫化过程和规律。 表2 不同放矿方案矿石回收指标 % 实验方案回收指标 分 段 12345 、 无贫化 放矿 、 低贫化 放矿(2) 、 低贫化 放矿(1) 、 现行截

12、止 品位放矿 矿石回采率51.11 103.89 83.6190.6591.36 岩石体积混入率3.163.055.585.286.72 矿石回采率61.61 112.11 81.5397.2890.45 岩石体积混入率12.6211.4514.1012.8212.55 矿石回采率66.28 113.17 85.6795.4990.95 岩石体积混入率18.5716.4717.7414.4514.68 矿石回采率71.60 115.65 94.0593.0791.75 岩石体积混入率27.3925.2925.7425.3126.54 图1 各放矿方案的分段矿石回采率 Hk(a)和分段岩石体积混

13、入率rv( b) (1)无底柱分段崩落法放矿可分为两段;第1 段(第4分段以上)为变化段,其特点是各分段的矿 石损失贫化值各异,贫化率相差小,回采率相差大, 这是由于各分段在放矿过程中矿岩界面移动、 放出 体与矿石残留体不同造成的。它们之间存在着一定 联系和制约,经过第14分段放矿的相互调节和 适应,到第5分段放矿时便基本平衡,进入稳定段。 稳定段特点是放出体、 矿岩界面移动和矿石残留体 基本稳定不变,各分段的损失贫化值也随之稳定不 变。 (2)在变化段中分段矿石回采率开始时以现行 6 总第332期 金 属 矿 山 2004年第2期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Op

14、tical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 截止品位放矿为高,随着回采分段数增加,各放矿方 案在保持贫化率具有较大差异情况下,矿石回采率 逐渐接近,放到第5分段时基本相同,推测以后的分 段矿石回收指标不会再有较大起伏。这是无贫化放 矿可获得 “矿石回采率同现行截止品位放矿基本相 同条件下矿石贫化率大幅度下降” 效果的重要依据。 (3)第5分段的矿石回采率为90. 45 % 91. 75 % ,可近似取90 % ,应是无底柱分段崩落法放 矿稳定后矿石回采率可能达到的数值,起码应该是 实验结构参数(10 m10 m 3 m) 和直壁条件下放 矿可能达到的矿石

15、回采率,可作为评价矿石回收情 况的依据。 (4)矿石贫化率在放矿变化段中虽有变化,但 变化范围较小,在进入放矿的稳定段,贫化率也随之 稳定。就整个放矿过程看,贫化率变化不是很大。 上述各放矿方案(截止品位)间的矿石贫化率差 异大,并在整个放矿过程中保持大的差异,可见矿石 贫化率取决于截止品位。 上面多分段放矿的矿石损失贫化规律应是无贫 化放矿的主要理论依据。 上述放矿实验与理论分析,使我们坚信无贫化 放矿的可行性。但由于井下生产随机因素较多,没 有得到生产实践的证明之前,还不能最后肯定它的 价值。1993年3月在酒钢镜铁山铁矿编制无贫化 放矿的可行性研究和试验方案,8月正式开始结合 生产进行试

16、验,到1996年3月总结止,取得了好的 效果,全面实现并超出了计划指标。 试验预计矿石回采率不低于现行截止品位放矿 回采率81. 26 % ,岩石混入率从13 %14 %降到 8 %。经过3个分段回采近3年的无贫化放矿试验, 试验期间累计矿石回采率达85. 18 % ,累计岩石混 入率为7. 64 %。 总之,无贫化放矿从理论分析研究、 实验室实验 到生产试验,所得出的结果都是一致的,即无贫化放 矿和现行截止品位放矿对比,在矿石回采率不降低 情况下,岩石混入率(贫化率)有大幅度下降。 为了解决无贫化放矿 “具有一定数量的贫化率” 与 “无贫化” 一词相矛盾问题,我们也曾将 “无贫化放 矿” 改称为 “低贫化放矿” 。但经过反复思考之后,认 为 “低贫化” 一词也不适合。 “低” 的内涵不好界定, “低” 应是一个范围,似乎比现行截止品位放矿贫化 率低的各种截止品位放矿方案都可称之为低贫化放 矿,故低贫化放矿从其所含有的截止品位方案讲具 有一定群体性。而无贫化放矿仅仅指截止