CN110410078A - 用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，包括：步骤一.确定采场结构中的分段高度H；步骤二.确定放矿时的固定出矿量q：式中，h为放出体高度(单位：m)、且h＝2H，e为自然常数，a、b、c分别是与矿岩散体流动参数有关的参数；步骤三.确定确定采场结构中的崩矿步距L：r_m＝αq^β，式中，α、β分别是与矿岩散体流动参数有关的参数；k为矿岩松散系数；步骤四.确定采场结构中的进路间距步骤五.确定矿石隔离层厚度d＝松动体高度‑放出体高度；步骤六.基于以上步骤中确定的参数实施矿山开采。本方法能够有效降低贫化率，并提高回收率，顺应矿山现代化、科学化开采的发展趋势。

Description

用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法

技术领域

本发明属于金属矿山地下开采技术领域，具体涉及一种用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法。

背景技术

无底柱分段崩落法自引进国内以来，以其生产效率高、开采成本低、工作环境相对安全等优点，在国内金属矿山中得到快速推广，直至目前依然是地下开采中的主力采矿方法。无底柱分段崩落法的显著特点是在覆盖岩石层下出矿，矿石面临严重的贫化损失，所以降低损失贫化率一直是无底柱分段崩落法的重要研究课题之一。

放矿结果的好坏直接决定矿石的回收效益，实现低贫化开采的实质就是实现低贫化放矿，目前国内的无底柱分段崩落法矿山绝大多数采用截止品位放矿方式。截止品位放矿追求的是单个步距内矿石的回收效益最大化，以牺牲矿石贫化率来确保矿石的回收率，但在实际开采过程中，矿石的回收率和贫化率并没有直接联系，截止品位放矿是引起矿石贫化的直接原因，而且增加了矿山运输和选矿成本。随着矿山向绿色化、科学化方向发展，国内矿山在降低矿石贫化率、提升回收率方面做出了大量探索，实现低贫化开采成为主流趋势。

低(无)贫化放矿理念的基本特征是当矿岩界面到达出矿口时便停止放矿，即保证放出体为纯矿石放出体，这在现实中是难以实现的。因为在矿岩散体流动过程中，废石极易与矿石发生混杂，特别是较小粒径的废石，这极大影响了现场施工者的判断，对低贫化放矿工作造成干扰，从而难以收获到预期的低贫化放矿效果。目前国内还没有一套成熟的低贫化开采方案，部分矿山对于低贫化放矿的探索大多停留在对某一技术部分作出降低贫化率的改良，例如改善截止品位、优化采场结构参数等等，这些尝试并没有彻底落实低贫化放矿的思想。所以，亟需制定出一套无底柱分段崩落法矿山低贫化开采方案。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，能够有效降低贫化率，并提高回收率，顺应矿山现代化、科学化开采的发展趋势。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一.确定采场结构中的分段高度H

根据矿体的赋存条件，在凿岩、装药等设备的生产能力范围之内，尽可能取较大的分段高度值，降低矿山采切比；

步骤二.基于以下公式确定放矿时的固定出矿量q

式中，h为放出体高度(单位：m)、且h＝2H，e为自然常数，a、b、c分别是与矿岩散体流动参数有关的参数，将这些参数代入上式计算固定出矿量q(单位：kg)；

步骤三.基于以下公式确定确定采场结构中的崩矿步距L

r_m＝αq^β (公式2)，

式中，α、β分别是与矿岩散体流动参数有关的参数；k为矿岩松散系数；

步骤四.确定采场结构中的进路间距S

步骤五.确定矿石隔离层厚度d

矿石隔离层的存在是按固定出矿量管理出矿的基础，其厚度的确定原则是在放矿进行中，下方出矿对上方的矿岩接触面不产生扰动，保证矿岩接触面只做整体向下移动，杜绝废石进入放出体区域。所以，矿岩接触面必须处于松动体之上，同时为了减少滞留矿量，确定矿石隔离层的厚度为松动体和放出体的高度差：

d＝松动体高度-放出体高度(公式5)，

步骤六.基于以上步骤中确定的参数实施矿山开采。

优选地，本发明提供的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，还可以具有以下特征：在步骤二中，a的取值范围为0.3～0.5，b的取值范围为1～10，c的取值范围为1×10^-6～1×10^-4。这里提供的a和b的取值是通过大量实验得出的经验值范围；若需要精确取值，可通过现场试验进一步确定。

优选地，本发明提供的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，还可以具有以下特征：在步骤三中，通过大量实验得出，α的取值范围为0.01～0.8，β的取值范围为0.3～0.4。这里提供的α和β的取值同样是通过大量实验得出的经验值范围；若需要精确取值，可通过现场试验进一步确定。

优选地，本发明提供的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，还可以具有以下特征：在步骤三和四中，k的取值范围为1.1～1.5。

优选地，本发明提供的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，还可以具有以下特征：在步骤五中，松动体高度取为2.5h，d＝2.5h-h＝1.5h。

发明的作用与效果

(1)在矿石隔离层的保护下按固定矿量出矿，保证了一个步距所承担的矿量几乎完全以纯矿石的形式被放出，且杜绝了废石向放出区域侵入，极大降低了矿石贫化率，同时在采场结构的配合下，整个矿山的矿石回收率得到了保证；

(2)由放矿量和放出体的尺寸关系来确定崩矿步距和进路间距，开辟了优化采场结构参数的新思路，使采场结构与定量出矿相互匹配，同时从矿量的角度来看，整个采场上下分段之间进路的放矿也符合转段回收的理念，确保矿石的回收；

(3)从整个开采系统的角度出发，将定量放矿、采场结构和矿石隔离层三者共同考虑，相互匹配，实现了真正意义上的低贫化开采，形成了低贫化开采的整套技术方案，提升了无底柱分段崩落法开采的科学性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中端部出矿时放矿量和放出体相关指标的关系曲线图，其中(a)为放矿量和放出高度的关系曲线，随着放矿量增加，放出体高度先呈指数型快速增长，再呈直线型增长，(b)为放矿量和沿进路方向剖面上放出体最大宽度间的关系曲线；

图2为本发明实施例中放出体高度和分段高度的相对关系示意图；

图3为本发明实施例中单步距矿块爆破形成的崩落体和放出体的相对关系示意图(侧视图)；

图4为本发明实施例中单步距矿块的尺寸图(a)和与之相对应的采场结构布置图(b)(正视图)；

图5为本发明实施例中表示放出体和松动体的高度关系以及放矿部分、矿石隔离层和上覆废石层空间位置关系的示意图；

图6为本发明实施例中最后分段回采时，设置脊部矿体回采进路示意图，放矿完毕后，此分段继续对矿石隔离层内的矿石进行回收。

图中各标号含义如下：

1-矿体，2-放出体，3-回采进路，4-单步距崩落矿块，5-崩落体，6-松动体，7-脊部残留矿石，8-矿石隔离层，9-上覆废石层，10-脊部回采进路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例>

本实施例中，以对武钢程潮铁矿低贫化开采为例进行说明。具体地，如图1至6所示，本实施所提供的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，包括如下步骤：

1)从程潮铁矿现场提取破碎矿石样本，并构建端部放矿模型，进行放矿试验，基于标志颗粒法获取放出体2高度h、放出体2最大宽度r_m等数据，所得数据如下表所示：

表1放矿量q和放出体高度h实验数据

表2放矿量q和沿进路方向放出体最大宽度r_m实验数据

用上表1和表2中的数据分别基于(公式1)和(公式2)，采用最小二乘法拟合出方程中的流动参数：a、b、c、α、β。

r_m＝αq^β (公式2)，

拟合结果为：a＝0.366，b＝1.883，c＝1.75×10^-5，α＝0.052，β＝0.35，将拟合结果代入公式1和2即可得到放出体2高度h和放矿量的关系，和放出体2沿进路方向最大宽度r_m和放矿量q的关系，相应的关系曲线如图1所示；

2)根据矿山矿体1赋存条件、凿岩设备能力等条件确定出分段高度H，程潮铁矿近年来惯用分段高度H＝17.5m，按照大间距结构布置形式，放出体2高度取分段高度的两倍，即h＝2H＝35m，放出体2高度h和分段高度H间的布置关系如图2所示；

3)放出体2高度确定之后，将h＝35代入公式1中，计算出放矿量q＝1.98×10⁶kg(散体密度为1500kg/m³，则体积V＝1320m³)，此放矿量q即为正常回采时单个步距的固定放矿量；

4)将固定放矿量q代入公式2，计算出沿进路方向上放出体2的最大宽度值r_m＝8.31m，此最大宽度值r_m即为放矿步距L_f，再根据放矿步距和崩矿步距的关系，计算出崩矿步距L，如图3所示；

5)由单个步距出矿量和单个步距所承担矿量相等的原则，根据体积法计算出单步距矿块的宽度，即为进路间距S，如图4所示。

式中，θ为扇形炮孔边孔角，

解得：

将具体参数值代入进行计算：

6)放出体2和松动体6的相对空间关系如图5所示，根据放出体2和松动体6的高度关系来计算矿石隔离层8的厚度，所以d＝1.5h＝52.5m。矿石隔离层8的形成方式为在矿山首采的前3个分段(17.5m×3＝52.5m)采用松动放矿，使存留在采场内的矿石累计形成52.5m厚的矿石隔离层8；

7)矿石隔离层8准备好后，就可以进入正常的回采阶段，回采时严格按固定矿量q＝1.98×10³t管理出矿，即放出定量矿石后就完成了该步距生产，其余工艺和普通的无底柱分段崩落法一致；

8)回采进入最后分段后，为了采出两个回采进路3间的脊部矿石，需要在原回采进路3之间再设置脊部回采进路10进行开采，如图6所示。最后分段纯矿石放矿完毕后，需要继续放矿，此阶段即为回收矿石隔离层8中的贫化矿石，该部分矿石需要与纯矿石分开处理。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一.确定采场结构中的分段高度H

根据矿体的赋存条件，在凿岩、装药等设备的生产能力范围之内，尽可能取较大的分段高度值，降低矿山采切比；

步骤二.基于以下公式确定放矿时的固定出矿量q

式中，h为放出体高度、且h＝2H，e为自然常数，a、b、c分别是与矿岩散体流动参数有关的参数，将这些参数代入上式计算固定出矿量q；

步骤三.基于以下公式确定确定采场结构中的崩矿步距L

r_m＝αq^β (公式2)，

式中，α、β分别是与矿岩散体流动参数有关的参数；k为矿岩松散系数；

步骤四.确定采场结构中的进路间距S

步骤五.确定矿石隔离层厚度d

d＝松动体高度-放出体高度 (公式5)，

步骤六.基于以上步骤中确定的参数实施矿山开采。

2.根据权利要求1所述的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于：

其中，在步骤二中，a的取值范围为0.3～0.5，b的取值范围为1～10，c的取值范围为1×10^-6～1×10^-4。

3.根据权利要求1所述的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于：

其中，在步骤三中，α的取值范围为0.01～0.8，β的取值范围为0.3～0.4。

4.根据权利要求1所述的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于：

其中，在步骤三和四中，k的取值范围为1.1～1.5。

5.根据权利要求1所述的用于无底柱分段崩落法的矿山低贫化开采方法，其特征在于：

其中，在步骤五中，松动体高度取为2.5h，d＝2.5h-h＝1.5h。