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1、 2 2 中国矿 山工程 Ch i n a Mi n e En g i n e e r i n g 2 0 1 6年 1 O月 第 4 5卷第 5期 急倾斜中厚矿体矿石损失测定及其 原因相似模拟分析 0r e l O S S me a s u r e me n t a n d r e a s o n i n s t e e p l y i n c l i n e d me d i u m t hi c k o r e b o d y mi n i n g a n d t h e s i mi l a r s i mu l a t i o n a n a l y s i s 赵 钺 兰州有色冶金
2、设计研究院有限公司 甘肃兰州7 3 0 0 0 0 摘要 急倾斜 中厚矿体条件下无底柱分段崩 落法的矿 山普遍 存在矿 石损 失和 贫化 严重等 突 出问题 针对 尖山矿 区矿 石损 失贫化情 况 运用相似模 拟 实验进行研 究分析 研 究表明 无底 柱分段崩 落法在放 矿过 程 中放 出体在矿 石散体 中所 占体 积很 小 当矿体倾角不足 时 下盘斜壁会 大大缩短顶部废 石在放矿过程 中到达放 出 口的 时间 当放 出矿 量不 多时就有废石 混入 从 而造成 了矿石贫化 关键 词 急倾斜 无底 柱分段 崩落法 损 失贫化 相似模拟 Abs t r a c t The s e r i o us
3、 o r e l o s s a nd d i l ut i o n we r e g e n e r a l l y e x i s t e n c e i n t he mi n i ng o f s t e e p l y i nc l i ne d me di u m t hi c k o r e b o dy us i n g no n pi l l a r s ub l e v e l c a v i ng me t h o d Ac c o r di n g t o t h e s i t ua t i o n o f o r e l o s s a nd d i l ut i
4、o n i n J i a ns h a n mi ne t he s i mi l a r s i mul a t i o n e x pe r i me n t wa s d o n e Th e r e s u l t s s h o w t h a t d u r i n g t h e o r e d r a wi n g o f n o n p i l l a r s u b l e v e l c a v i ng mi n i n g o r e t a k e s s ma l l pr o po r t i o ns i n a l l d r a wi n g o u t
5、 ma t e r i a l s wh e n t h e o r e bo d y i nc l i ne a ng l e i s no t l a r g e e n o u g h t he f a l l i ng t i me o f t o p was t e r o c k wi l l r e d uc e l a r g e l y a n d t h e wa s t e r o c k mi x e d wi t h o r e wh e n t h e o r e a mo un t a r e n o t mu c h whi c h ma k e s t he
6、o r e d i l u t e d Ke y wor ds s t e e p l y i nc l i ne d n o n p i l l a r s u b l e v e l c a v i n g l o s s a nd di l ut i o n s i mi l a r s i mul a t i o n 1 前言 无底柱分段崩落法是金属矿山常用的一种高效率采 矿方法 具有开采强度大 生产安全性好及采矿成本低等 优点 采用无底 柱分段 崩落法采 出的矿石量 占我 国 矿石总量的 7 0 左右 无底柱分段崩落法优点是能 充分发挥无轨机械化作业的优势 增加 了一次开采量和 开采
7、效率 采切工程量小 作业安全等 缺点是通风条件 不好 开采损失贫化较大等 无底柱分段崩落法是在 上覆岩层条件下进行 回采 因而矿石损失贫化较大 这造 成了矿产资源的浪费和经济效益的下降 为了克服无底 柱分段崩落法存在这一主要问题 提高矿石的回采率 降 低矿石损失和贫化 许多学者做了大量研究工作 在 采用无底柱分段崩落法回采矿石时 研究 崩落矿岩散体 的移动规律 以此来改进采场结构参数和放矿工艺 对于 减少矿石 的损失贫化 提高矿山经济效益具有重要意义 尖山矿区在现行采场参数条件下运用无底柱分段崩 落开采中 由于在 出矿过程 中受到覆盖岩层和矿体赋存 条件等多 重 因素 影 响 矿 石 损失 贫
8、 化大 尤其 在 回采 1 3 0 0 m标高以上 地质勘探线 2 7 5线以西和 2 2 5线 以 东部分 挂帮急倾斜 中厚矿体 中 生产 中矿石损失情况 更为严 重 这严 重 影 响 了矿石 回收指 标及 经 济效 益 第5 期 赵 钺 急倾斜 中厚矿体矿石损失测定及原 因相似模拟分析 2 3 1 3 0 0 m标高以上挂帮矿体 2 7 5线以西及 2 2 5线以 东的急倾斜中厚矿体主要由V 矿带组成 该范 围内的矿体 因矿体分枝较多 一般有 3 4层矿体 单层矿体 的厚度不 大 平均水 平厚度 约 1 2 m 矿体 间的夹层厚度 6 1 4 m 为利 于回采 过程 夹石的剔除 降低 贫化
9、和损 失 沿走 向布置 回采进 路 各层矿体进行分采 2 实验理论基 础 2 1物理 相似 模拟 实验 物理相似模拟实验是根据采场矿岩块度组成选 配与之几何相似 尺寸几何相似 力学性质大致相似 的矿岩颗粒 在按照一定 比例做成的与现场几何相 似 的模型上进行室 内模拟实验 使得模 型放 矿过程 与采场放矿过程达到物理上近似相似的方法 为了使得模拟实验效果能够真实反映出采场中 实际放矿的散体矿岩 的移动规 律 应满足室 内模拟 实验放矿得到的放出体与真实采场崩落的放 出体几 何相似 模拟实验模 型的边界条件与采场 的边界条 件 相似 2 2 实验 目的 与原理 2 2 1 实验 目的 矿 石损
10、失贫 化是 矿 山生产 中的重要 技术 经 济指 标 为了能够简单直观 科学经济地对尖山矿区急倾 斜 中厚矿体 地质勘探线中 2 7 5线 以西和 2 2 5线 以东部 分 在开 采 中矿 石 损 失 和贫 化 情 况 了解 和 掌 握 结合 尖 山铁矿 现 场情 况 和开采 技术 手段 通 过室 内物理 模 型模拟 实验 对覆 岩覆 盖层 下 矿石损 失 贫化 情况进行研究 通过实验测定矿石的 回收率 和损失 率 掌握 尖 山铁 矿在 现 有 采 场 参 数 下 的损 失 贫化 情 况 2 2 2实验 原理 1 实验 相似 律 为 了真 实 反 映 出采 场 现场 在 放矿过程中崩落矿岩移动
11、规律及损失贫化规律 在 物 理模 型模 拟实 验 中遵 守模 型 实验 的相 似 律 实 验 中模型尺寸 矿岩块度及其它几何参数和实 际尺寸 为 1 5 0几何相似 比和实验材料粒径级 配与现场原 型几何相似 为了确保模型与采场的矿岩性质 力学 特性和动力学参数等物理 因素相似 实验 中均选用 现场崩落矿岩散体作实验材料 使其 真实反 映现场 实 际情 况 几何相似常数 凰 一 Db db 一 1一 n 日 一D 一d 一t J L一 式 中 D D 采场与模型的放矿E 1 直径 巩 H 采场与模型的崩矿层高度 d d m 采场与模型的崩落矿岩块度 2 达孔量法 在放 出散体过程 中 依次记录
12、 下对应每个放 出标志颗粒的标记符号和其对应的放 出散体数量于达孔 量表 中 根据达孔量表绘制 出散 体堆 内的达孔量场 依据放 出体表面是达孔量 的等 值面来确定放 出体形态 称之为达孔量法 3 放出体圈定原理及方法 在倾斜边壁条件 下放 出体圈定原理 为达孔量法测定放 出体形态 达 孔量是根据在矿岩散体里面设置的标志颗粒来表现 同时到达放出口的散体颗粒 再将不同剖面上达孔 量相等的点通过空 间位置还原到原散体堆中 根据 放出体是达孔量相等 的等值面 在空间位置上达孔 量相 等 的点均位 于 同一 个放 出体 上 在 各 个 不 同 的 放出高度上的放出体达孔量值不同 3 实验方案 和模 型
13、设计 3 1 标 志颗粒 的标定 本次实验 的实验原理 为相似模拟实验 的相似 率 在按照几何相似 比 1 5 0的实验模型上模拟两个 分段 散体 矿石 和一 个 分 段 覆岩 层 通过 矿 山现 行采 用放矿步距 5 1 7 m 放矿 截止 品位 为 2 0 进 行 出 矿 传统的截止品位放矿法是以一个放矿步距作为 单独研 究 对象 上 部分 段 残 留的 矿石 在 下 面 分段 得 到 回收 前一排 炮 残 留 的矿 石 可 以在后 一 排 炮 得 到 回收 相邻 进路 的矿 石彼 此也 可 回收 因此用 一个步 距掌子面截止品位衡量是否终止当前出矿缺乏严谨 性 所 以 为 了本次 实验
14、结果 的真 实性 和准确 性 在 每个分段沿矿体走向共设计了 4个放矿步距尺寸厚 度的矿石散体 然后运用下行式对两个分段逐个 步 距按 照截 止 品位 方 式进 行 出矿 在 出矿 过 程 中 通 过电子秤对放 出的散体进行称量 然后采用磁铁对 矿岩 散体 加 以分离 称 出纯矿 石质 量 3 2模型 设计 本模拟采矿方法为无底柱分段崩落法 根据矿 体赋存条件 矿体水平平均厚度为 1 5 m 平均倾角为 5 8 分段高度 2 0 m 进路规格为 宽 x高 4 8 m 3 8 m 采用铲运机出矿 铲斗容积为 6 m 物理模 型 采用相似 比为 1 5 0 即 1 5 0的钢制模 型 实验模 型内
15、部尺寸 长 宽 3 0 c m x 5 0 c m 高 1 2 0 c m 模型 倾角为 5 8 在模型紧靠下盘底板 的端部开设两个 分段处各开凿一个放矿 口 放 出 口尺寸 长 宽 2 4 中国矿 山工 程 2 0 1 6 年 第 4 5 卷 9 6 c m X 7 6 c m 模 型 设 计 如 图 1所 示 模 型 材料 模型框架为钢结构 模型后侧面与倾斜底面采用木 质材料 前侧面采用有机玻璃板材 料 实体模 型中 为 了还原出真实采场 的工作情况 在矿石两个分段 放矿模型 标注尺寸均为装矿尺寸 插板 图 1模型设计 图 之间采用有机玻璃板隔开 实验模型实体见图 2所 示 图 2买 验模
16、 型 3 3 实验 的截止 品位 放矿条 件 为了在 实验 中矿石和废石易于用磁铁分离 本 次实验 中选用 F e l矿石替代 F e 2矿石 矿山覆岩选 用不含磁性的白云岩散体替代 矿岩的基本物理力 学参数见表 1 表 1 矿岩的基本物理参数 1 采场截止放矿时围岩重量混入率 l Cd C 式 中 l 采场围岩重量混入率 c 矿石地质品位 c 放矿 截止 品位 C y 废石 品位 2 采场截止放矿时围岩体积混入率 y k 1 Y 一1 y 式中 一采场围岩体积混人率 采 场矿石 颗粒 容重 采场 围岩 颗粒 容重 3 实验室截止放矿时岩石重量混入率 y Y v y 一Y 一 y 式中 l 实验室放矿岩石重量混入率 实验室矿石颗粒容重 实验室围岩颗粒容重 将采场现场和实验室矿岩的基本物理参 数表 1 代入上述公式 可得 出当采场现场采用矿石截止品 位 2 0 时 实验室物理试验放矿介质条件为 围岩颗 粒 重 量混入 率 达到 4 4 5 时停 止 出矿 3 4实验 准备 工作 1 实验室配料 在实验前 直接将从尖 山矿 区取 回的 F e 2矿石 按照相似律将其进行破碎筛分 成实验所需
