中厚矿体沿脉进路崩矿步距的优化方法

王 燕,任凤玉,陈晓云,郑海峰

(1.东北大学，辽宁 沈阳 110086;2.弓长岭井下矿，辽宁 辽阳 111007)

崩矿步距是无底柱分段崩落法的重要结构参数之一，不仅影响出矿效率，而且影响矿石的损失率与贫化率。尤其是中厚矿体沿脉进路的崩矿步距，严重制约放出体的发育程度，直接影响下盘矿石残留体的大小，从而严重影响着矿石的回采指标。为此，研究中厚矿体沿脉进路崩矿步距的优化方法，对于降低该类矿体分段崩落法矿石损失贫化的意义重大。

本文结合弓长岭井下矿的急倾斜中厚矿体条件，研究崩矿步距的优化方法。

1 崩矿步距的优化原则

对于急倾斜中厚矿体，沿脉布置进路不能形成菱形结构，有些残留体无法回收，此时矿石回采指标的高低，与放矿方式和采场结构密切相关。因为采用不同的放矿方式，放出漏斗在出矿口的破裂程度不同，从而导致崩落矿石的放出量受“三体”(崩落体、残留体、放出体)关系的制约程度不同。为保证较大的纯矿石放出量和形成较好的残留体形态，需要采用低贫化放矿方式，并确定合理的采场结构。在此基础上，优化崩矿步距的原则，可归结为使放出体的上部形态与残留体和崩落体总体边界尽量相符。从这一原则出发，崩落体、残留体与放出体形态的影响因素，都影响崩矿步距的合理值。

大体说来，崩落体的形态不仅与分段高度、进路位置、崩矿步距等几何条件有关，而且与爆破效果密切相关；残留体与放出体的形态，不仅与散体流动特性有关，而且与采场边界条件与放矿口尺寸有关。因此，崩矿步距合理值的影响因素，不仅包括分段高度、进路位置、采场边界条件与放矿口尺寸等几何条件，而且包括爆破效果、散体流动参数等岩体特性条件。这些因素之间存在着比较复杂的相互作用关系，从而使崩矿步距的优化问题，成为多因素复杂关系的非线性优化问题，需要结合生产实际现象逐步寻优。

2 崩矿步距的优化方法

按“三体”(崩落体、残留体与放出体)形态相符的原则优化崩矿步距，首先需要确定矿山“三体”的基本形态。

2.1 放出体与残留体形态的确定

放出体与残留体的形态可由实验确定。在现场取矿石试样，破碎成适宜的粒度，进行放矿实验，测得实验放出体，按放出体方程[1]：

(1)

回归拟合，得出参数值，再代入放出体方程(1)，得出放出体形态计算式，由此式便可绘出需要高度的放出体形态。由实验测定的弓长岭井下矿的放出体参数为：α=1.5451，β=0.0974，α1=1.1937，β1=0.3959，K=0.0750，按此参数值计算得出的放出体形态见图1。而矿石残留体形态主要受出矿口位置、上下盘边壁及步距放出量影响。

图1 弓长岭井下矿放出体形态

2.2 崩落体形态的确定

鉴于目前还没找到查明崩落体基本形态的方法，我们采用了标定出矿过程的废石混入率变化，由此推断崩落体基本形态的间接测定方法。弓长岭井下矿-280m中段的分段高度12m，进路靠近矿体中间布置，崩矿步距1.5m。在生产条件下，对出矿过程中废石混入率的变化规律，进行了4个步距的跟班标定。4次标定结果基本相同，出矿前期废石混入率随出矿量的变化关系，如图2所示：当出矿到第8铲斗时，废石开始混入；出矿到第6次取样(放出30铲斗)时，废石混入率明显增大；出矿到第8次取样(放出40铲斗)时，废石混入率快速增大；矿到第13次取样(放出65铲斗)时，废石混入率达到第一次高峰值。

图2 第四次跟班标定结果

图2表明，在现行采场结构参数与爆破参数的条件下，存在着废石过早混入的现象。从4次标定的情况看，废石呈碎块和粉体状态混入矿石中。根据废石出露的时间和破碎状态，可以推断出，废石的过早混入，是由于爆破时，将顶面废石沿炮孔排面引下来，形成较大废石陷落坑的原因。具体说，爆破时崩落矿石向正面和顶部松散体挤压获得补偿空间，在向散体挤压时，爆破产生的气体沿壁面形成爆破空腔。爆破后，爆生气体快速释放，爆破空腔形成负压，顶面废石借重力与空腔吸力率先下落充填，正面崩落的矿石反冲回来，将下落的废石冲击成碎块，紧贴壁面存留下来。在放矿时，这些贴壁废石跟随下面崩落矿石流向出矿口，并在出矿口部位钻入流动带内散松矿石块体的缝隙里，形成散体表面无明显废石漏斗显现的废石过早混入现象。

将实验测得的散体流动参数代入放出量计算式：

得出放出量与放出体高度的关系式：

(2)

弓长岭井下矿采用斗容2m3铲运机出矿，矿石松散系数为1.6，铲运机装满系数约为0.95。采场内的崩落矿石的松散系数取1.3计算，则1铲斗出矿量折合成采场内的散体量为：

2×0.95/1.6×1.3=1.54375m3，由此可计算图3对应的放出量。将图2放出量代入式(1)计算放出体高度，便可得出废石不同混入阶段对应的放出体高度，见表1。

表1 废石混入的情况和对应放出体高度

根据表1数据，同时考虑崩落矿石碎胀后的体积量变化，以及爆破后崩落矿石的反冲作用，综合分析推断得出的崩落体沿进路方向的剖面形态，如图3所示。

2.3 崩矿步距优化

崩落体与上一分段的残留体共同构成散体矿量，这些散体矿量在放矿时在覆盖层废石的“护送”下投入移动，一部分从出矿口放出，另一部分形成新的残留体。假定崩落体的基本形态不随崩矿层厚度增大而发生显著变化，这样按图2残留体形态、图4崩落体形态与图1放出体形态，便可绘制出不同崩矿步距的散体矿量与截止放矿时的放出体剖面形态图，从中优选出散体矿量与放出体形态符合较好的崩矿步距，得出崩矿步距的优化值。

结合弓长岭矿-280m中段现用参数，取分段高度12m、进路负担宽度12m、进路断面3m×3.4m，假定矿石损失率与废石混入率相当，则放出量与崩矿量相当。这样，当崩矿步距1.5m时，

一个步距需要放出采场的松散矿量为：(12×12-3×3.4)×1.5×1.3=290.91m3，对应放出体高度为21m。同理，可计算得出，崩矿步距为1.8m和2m时，对应的放出体高度为22.07m和23.74m。这三种崩矿步距对应的散体矿量、崩落体与放出体形态，如图4所示。

图3 由放出量关系推断的崩落体形态

图4 不同崩矿步距对应的散体矿量、崩落体与放出体剖面形态

崩矿步距的合理值，取决于放出体中下部崩落矿石的增大率与放出体上部覆盖层废石增大率的比值关系。由图4分析可见，崩矿步距从1.5～2.0m的范围内，在采场的中下部，进入放出体内的矿石散体的体积量增大；在采场的上部，放出体内废石的相对含量，先是略有降低随后又逐渐变大。对比之下，崩矿步距1.8m时废石混入率较低。

图4显示出，现行采场结构(进路布置在矿体中部)的废石混入率很大，这与实际生产中矿石损失贫化率过大现象是相符的，主要原因是采场结构不合理。如果采用图5(a)所示的采场结构和优化后的1.8m崩矿步距，其崩落矿量与放出体的基本形态符合良好，因此可取得良好的技术经济指标。

图5所示的采场结构与优化后的崩矿步距，已在弓长岭井下矿全面应用。由于部分改进参数后的采场投入回采，2009年无底柱分段崩落法采区，在矿石贫化率得到明显降低的条件下，矿石回采率约提高了10个百分点，达到85%。

图5 改后采场结构崩矿步距为1.8m时的崩落矿量与放出体形态剖面图

4 结论

(1) 中厚矿体沿脉进路的崩矿步距对矿石回采

指标影响较大，但因其影响因素较多，影响关系较复杂，需根据生产现象逐步优化。

(2) 为取得较大的纯矿石放出量和较好的矿石回采指标，可按崩落体、残留体与放出体的剖面形态符合的原则，优化崩矿步距。

(3)放出体与残留体形态可用实验测定，崩落体形态可由实际出矿中的废石混入过程数据分析确定。

(4) 在沿脉布置进路的采场结构中，分段高度、进路位置与崩矿步距三者最佳匹配，才能取得最佳回采效果。为此，崩矿步距的优化需与其他结构参数优化同步进行。

[1] 任凤玉.随机放矿理论[M].北京：冶金工业出版社，1994,4.

[2] 任凤玉，袁国强,等.弓长岭井下矿改进采场结构的研究[J].金属矿山，2006(9):86-87.