吳雪莉，鄭建明，，任鳳玉，周　瀟

(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 110004；3.吉林市吉化九中，吉林 吉林 132022)

Surda銅礦無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

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 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)公司的一個地下開采礦山，建設(shè)規(guī)模為42×104t/a。為適應(yīng)市場需求，礦山欲將建設(shè)規(guī)模提升至90×104t/a，而目前礦山所采用的無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)無法滿足建設(shè)規(guī)模要求，通過對現(xiàn)有采礦方法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，在充分發(fā)揮現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備能力的同時，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)機能耗，礦石回收率提高9%，提高礦山經(jīng)濟效益1.5億元以上。

關(guān)鍵詞：無底柱分段崩落法；高分段；優(yōu)化；大斷面

Surda銅礦是印度銅業(yè)公司唯一的一個處于生產(chǎn)階段的地下開采礦山，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主要運輸線上的Ghatsila火車站約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。地理坐標為東經(jīng)86°26′04″，北緯22°35′17″。

礦區(qū)巖層主要為前寒武紀變質(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15°，傾向北東。

Surda銅礦資源儲量約為1466萬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，礦體賦存標高為210～115m。

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

1散體移動規(guī)律研究

無底柱分段崩落法進路內(nèi)按步距回采，與其他采礦方法相比，礦巖動態(tài)接觸面積大，廢石混入量大，放礦方式及采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性直接影響貧化率和回收率[1-4]。

當(dāng)前采用無底柱分段崩落法開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《隨機介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用》一書針對漏口半徑與放出量關(guān)系進行了專門研究[5]，見表1。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)分析來看，隨著放礦斷面的不斷加大，沿進路方向出礦的有效流動寬度逐漸變小，垂直進路方向的有效流動寬度不斷變大。進路斷面尺寸越大，散體流動規(guī)律的受影響程度越顯著[5]。

表1　放出口尺寸與散體流動參數(shù)的關(guān)系

圖1　放出口對散體移動狀態(tài)影響

從圖1可見，隨著放礦斷面的增大，散體在流軸附近的移動強度變慢，遠離流軸的散體流動強度變大。而且層面高度越小，虛、實線的差異也越來越大，表明放礦斷面對散體的影響程度越來越大。

根據(jù)散體移動概率密度函數(shù)，可得放出口顯著影響高度計算式，見式(1)。

(1)

綜合分析來看，通過增大放礦斷面尺寸和進行全斷面均勻放礦，礦石層移動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，增大量的絕對值將越大，礦石層高度越小，相對值的增大量越大。因此，優(yōu)化放礦進路斷面設(shè)計并加強放礦管理，以此增加放礦口有效流動范圍，放礦效果可得到明顯改善[6]。

2采場結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

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

2.1進路斷面

放出口參數(shù)對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)，此外還受散體流動性質(zhì)以及放出口速度分布影響，隨放礦工作的進行，散體顆粒不斷下移，最終達到放出口位置，放出體方程見式(2)。

(2)

式中：α，β為散體流動參數(shù)；H為分段高度，m；f(u，v)為放出口散體移動速度分布函數(shù)；D為放礦范圍；θ為系數(shù)值。

無底柱分段崩落法采用端部放礦，α=1.3221，β=0.5387，θ=0.3時，放出體、放出漏斗與顆粒移動跡線形態(tài)見圖2。

隨放出口加大，近漏口部位顆粒移動跡線斜率變大，放出體下部寬度變大。

圖2　全漏口放出時放出漏斗、顆粒移動跡線與放出體形態(tài)

基于散體移動規(guī)律研究并通過大斷面物理模擬實驗，同時考慮生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)投資，通過對4m×3m、5m×3m、6m×3m斷面進行放礦試驗研究，根據(jù)出礦口斷面尺寸及放礦順序綜合進行24組實驗，實驗采用等量均勻順序放礦和兩端等量放礦兩種放礦順序進行。試驗表明6m×3m斷面更有利于控制礦石的損失貧化，同時綜合考慮出礦設(shè)備對斷面尺寸的要求，確定進路斷面尺寸為6m×3m。此外，實驗表明減小出礦進路與礦體下盤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

無底柱分段崩落法常規(guī)設(shè)計中段高度為100～120m，分段高度15～30m，進路間距10～25m。當(dāng)前應(yīng)用無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路間距的方向發(fā)展。針對Surda銅礦走向長度(800m)、礦體厚度(水平厚度80m)特點，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進路間距

進路間距根據(jù)式(3)確定。

(3)

式中：b為進路寬度，6m；μ為系數(shù)，低貧化放礦取0.1～0.6；其他參數(shù)意義同前。

經(jīng)計算，進路合理間距為19.4～22.4m，取20m。

2.4崩礦步距

單從崩礦步距本身來講，其不受采場其他參數(shù)影響，但不同的崩礦步距對礦山的生產(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大，廢石會提前進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路間距，針對不同的崩礦步距進行物理實驗。

2.5實驗方案

結(jié)合采掘設(shè)備確定進路斷面尺寸6m×3m，考慮建設(shè)規(guī)模及擬采用的中深孔鑿巖設(shè)備，分段高度和進路間距均為20m，在此基礎(chǔ)上，針對3～3.5m(變化幅度0.1m)崩礦步距進行物理放礦實驗。

實驗在崩礦步距變化幅度0.1m范圍內(nèi)分6種情況進行，由于實驗室不可能進行崩礦實驗，因此采用插板進行崩礦步距控制，實驗結(jié)果見表2。

表2　不同崩礦步距物理模擬實驗

通過表2可見，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)通過采場參數(shù)優(yōu)化，特別是加大崩礦步距，單一進路回采每次崩礦量可達3990t，相比采用1.8m崩礦步距時單次崩礦量提高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)濟效益1.5億元。

參考文獻

[1]鄭建明.弓長嶺井下礦大斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)用研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2003.

[2]鄭建明，任鳳玉，唐烈先.西石門鐵礦散體臨界深度預(yù)測與地表陷落范圍控制[J].采礦與安全工程學(xué)報，2014 (4)：631-634.

[3]任鳳玉，袁國強，陳曉云，等.弓長嶺井下礦改進采場結(jié)構(gòu)的研究[J].金屬礦山，2006 (9)：86-87.

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[5]任鳳玉.隨機介質(zhì)放礦理論及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

[6]王述紅，任鳳玉，魏永軍，等.礦巖散體流動參數(shù)物理模擬實驗[J].東北大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003，24(7)：699-702.

Structural parameters optimizing of sublevel caving without sill pillar of Surda copper mine

WU Xue-li1，ZHENG Jian-ming1，2，REN Feng-yu2，ZHOU Xiao3

(1.College of Information and Control Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，China；2.College of Resource and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110004，China；3.Jihua No.9 Middle School of Jilin，Jilin 132022，China)

Abstract:Surda copper mine is a underground mine in production of Hindustan Copper Limited，the capacity of mine is 0.42 million t/a.In order to meet the market demand，Surda mine will expand the capacity from 0.42 million t/a to 0.9 million t/a.The current structural parameters can’t meet the capacity of 0.9 million t/a，by optimizing structural parameters according with production capacity of current equipment，i.e.using high sublevel，large interval，sound caving step，and large cross section，blasting ore bulk will be enhanced by 94%，blasting times will be reduced by 50%，ventilation effect will be enhanced，local fan energy consumption will be reduced，ore recovery will be enhanced by 9%，economic performance will be enhanced by 150 millions.

Key words：sublevel caving without sill pillar；high sublevel；optimize；large cross section

收稿日期：2015-11-05

基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目資助(編號：51534003)

作者簡介：吳雪莉(1979-)，女，講師，碩士。

中圖分類號：TD862

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0088-03