陳江川，李興平， 李偉明

(1.中國(guó)黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

夜長(zhǎng)坪鉬礦自然崩落法塊度預(yù)測(cè)及控制技術(shù)研究

陳江川1，李興平1， 李偉明2

(1.中國(guó)黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

自然崩落采礦法是依賴礦體自身重力作用使其受壓失穩(wěn)而產(chǎn)生自然坍塌并實(shí)行控制出礦的采礦方法，其自然崩落的礦體具有塊度無(wú)序的特征，但可以通過(guò)采用巖石質(zhì)量指標(biāo)法、圖像法和節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬法等理論方法進(jìn)行先期自然塊度預(yù)測(cè)。后采用延長(zhǎng)崩落作用時(shí)間、控制采場(chǎng)出礦量和出礦速度、調(diào)節(jié)崩落區(qū)空間高度、延緩巖塊脫離礦體的時(shí)間，即可間接控制崩落速度，改善崩礦塊度，在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了較好的效果。

自然崩落；塊度預(yù)測(cè)；崩礦塊度

0 前 言

夜長(zhǎng)坪鉬礦床由上部礦體和下部礦體兩部分組成，規(guī)模、儲(chǔ)量大，礦體東西長(zhǎng)800 m，南北寬約600 m，厚6.39～236.04 m，屬大型細(xì)脈浸染型鉬礦床。礦山始建于1996年4月，于2010年下半年由中國(guó)黃金集團(tuán)控股收購(gòu)，計(jì)劃將礦山近期建設(shè)成規(guī)模為20000 t/d，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模為60000 t/d的有色金屬地下礦山。目前，該礦床由中國(guó)黃金集團(tuán)中原礦業(yè)有限公司經(jīng)營(yíng)開(kāi)采。礦床采用主平硐+盲斜井聯(lián)合開(kāi)拓，主要采礦方法為自然崩落采礦法和分段中深孔強(qiáng)制崩落采礦法。

鉬礦體受2組斷裂聯(lián)合控制，共生兩個(gè)主要礦體，分別為上部Ⅰ礦體和下部Ⅱ礦體。上部礦體位于花崗斑巖之上，為圓餅狀，形狀比較規(guī)則，礦體中心偏高，向四周呈10°傾斜，礦體走向長(zhǎng)820 m，寬約590 m，厚6～230 m，局部地段有兩層礦體；下部礦體位于花崗斑巖之下，厚度達(dá)6～300 m，礦體頂板為白云巖，底板為白云巖或鉀長(zhǎng)花崗斑巖。礦巖較堅(jiān)硬、致密、性脆，受后期構(gòu)造和風(fēng)化影響，巖石較破碎，穩(wěn)定性差，屬不易管理頂?shù)装?，易出現(xiàn)冒頂、塌落等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。

1 塊度控制技術(shù)研究

1.1 影響礦巖塊度的因素分析

隨著對(duì)自然崩落規(guī)律研究的深入，已清楚地認(rèn)識(shí)到影響礦巖塊度的因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1) 節(jié)理的分布和數(shù)量關(guān)系。

(2) 地應(yīng)力狀態(tài)。包括原始地應(yīng)力和次應(yīng)力狀況。

(3) 研磨作用。崩下礦石在放礦流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生研磨與碰撞作用，造成已經(jīng)崩落的礦石二次非人為破碎。

1.2 塊度預(yù)測(cè)理論

預(yù)測(cè)礦巖塊度的方法可分為以下3類：巖石質(zhì)量指標(biāo)法、圖像法和節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬法。巖石質(zhì)量指標(biāo)法是根據(jù)巖體特性參數(shù)對(duì)可崩性和崩落礦巖塊度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)的一種方法，是一種比較接近經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)手段，主要是對(duì)崩落礦巖塊度進(jìn)行初步定性評(píng)價(jià)；圖像分析法的基本思想是對(duì)爆堆圖像分割后得到礦巖塊體在攝影平面上的二維投影輪廓，然后通過(guò)一定的重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由二維向三維的擴(kuò)展，獲得三維塊體的塊度分布。節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬法就是一種根據(jù)節(jié)理空間展布狀態(tài)及節(jié)理面條件的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，采用Monte Carlo模擬技術(shù)模擬節(jié)理面對(duì)巖體的切割情況，并利用有關(guān)崩落和放礦過(guò)程的力學(xué)知識(shí)，預(yù)測(cè)崩落礦巖的塊度分布。

2 礦體自然塊度預(yù)測(cè)

采用Makeblock礦巖塊度預(yù)測(cè)軟件預(yù)測(cè)礦巖塊度，按礦體、上下盤分區(qū)、不同可崩性類別分區(qū)以及氧化礦體整體評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)σ归L(zhǎng)坪鉬礦區(qū)的礦巖進(jìn)行原始?jí)K度預(yù)測(cè)。在用Makeblock軟件進(jìn)行塊度預(yù)測(cè)時(shí)，每次節(jié)理面抽樣的個(gè)數(shù)設(shè)定為30000，塊體抽樣的個(gè)數(shù)設(shè)定為10000。經(jīng)多次抽樣實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)塊數(shù)設(shè)定為10000時(shí)，特大塊的體積百分比在3%以下，抽樣結(jié)果比較穩(wěn)定。當(dāng)抽樣塊數(shù)設(shè)定為10000時(shí)，按每個(gè)塊體平均六個(gè)面計(jì)算，則需60000個(gè)節(jié)理面，而每個(gè)節(jié)理面可充當(dāng)兩個(gè)塊體的面，因此節(jié)理面抽樣塊數(shù)設(shè)定大于30000即可。

依據(jù)塊度預(yù)測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，塊度大于0.91 m的格篩上大塊所占百分比為29%，塊度大于1.4 m的篩上大塊占比為16%，具有部分二次破碎量，但放礦口堵塞的幾率不大。等效尺寸分布曲線、形狀系數(shù)分布曲線、體積分布曲線分別見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 等效尺寸分布曲線

圖2 形狀系數(shù)分布曲線

圖3 體積分布曲線

從圖1來(lái)看，礦體下盤部分的大塊率比較多，而上盤的大塊率最小，大塊塊度在2.0～2.28 m之間變化，比較接近。等效尺寸篩上統(tǒng)計(jì)表明，原始礦巖崩落尺寸大于0.91 m的塊體，礦體中約占59%，上盤部分約占49%，下盤中約占59.8%；崩落礦巖塊度大于1.2 m的塊體，礦體中占37%，上盤中占26.1%，下盤中占35.9%。

從圖2來(lái)看，3者的形狀系數(shù)分布差別不大，主要分布集中在0.018～0.19之間，依據(jù)相關(guān)參數(shù)的對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，以盤狀和塊狀占多數(shù)。下盤的塊度略大于礦體，上盤的最小，這和RMR值定性評(píng)價(jià)塊度的研究結(jié)果一致。下盤部分塊度較大，則巖石穩(wěn)定，有利于開(kāi)拓工程的施工安全，但上盤部分塊度較小，則容易冒落和掉塊，比較容易引起采場(chǎng)內(nèi)原始貧化，因此應(yīng)加強(qiáng)放礦管理，嚴(yán)格控制貧化。

從圖3來(lái)看，下盤的塊度大，上盤的塊度小，礦體的塊度和下盤的塊度幾率比較接近，整體上小于上盤，而從塊體體積來(lái)看，礦體的塊體體積最大值略小于上盤礦體，上、下盤的塊體體積最大值在1.0～3.5 m3之間變化。

3 塊度控制工藝

礦體破壞受外力作用后，首先沿原有的裂隙面擴(kuò)開(kāi)，礦石崩落塊度與其節(jié)理發(fā)育狀況分布有十分重要關(guān)系。因此，通過(guò)控制采場(chǎng)拉底面積的大小和崩落區(qū)礦堆空隙量，就可對(duì)自然崩落范圍和速度實(shí)行控制，通過(guò)控制崩落速度，又可使巖體中應(yīng)力作用時(shí)間和崩落塊度得到控制。

綜上所述，崩落礦石塊度大小除節(jié)理裂隙切割形成自然塊度因素影響外，延長(zhǎng)崩落作用時(shí)間，促使裂隙延伸并發(fā)育新的次級(jí)裂隙，二次切割巖體，將是控制崩落礦石塊度最有效的方法。同時(shí)，控制采場(chǎng)出礦量和出礦速度，調(diào)節(jié)崩落區(qū)礦堆表面與頂板暴露面間的空間高度，必要時(shí)礦堆向暴露頂板施加托力，延緩巖塊脫離礦體的時(shí)間，即可間接控制崩落速度，改善崩礦塊度。

4 結(jié) 論

(1) 以構(gòu)造面的空間展布規(guī)律及相互切割關(guān)系為基礎(chǔ), 按照統(tǒng)計(jì)學(xué)原理模擬構(gòu)造面對(duì)巖體的切割作用及由此切割而形成的巖塊大小和形狀的分布組成，綜合節(jié)理系統(tǒng)的空間幾何參數(shù)、地應(yīng)力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程研磨共同作用效果，根據(jù)Monte Carlo方法和格里文科(W.Glivenko)大數(shù)定理建立的塊度預(yù)測(cè)模型，應(yīng)用Borland Delphi 5.0軟件進(jìn)行分析計(jì)算，提供了一種礦巖塊度的有效預(yù)測(cè)方法和手段。

(2) 自然崩落塊度預(yù)測(cè)模型分析得出，等效尺寸大于0.91 m的塊體篩上累積百分比為29.8%，大于1.4 m的塊體篩上累積百分比為16.1%，礦體和下盤的塊度較大，上盤的塊度最小，3者的等效尺寸最大值在2.0～2.28 m之間變化。原始礦巖塊度中，等效尺寸大于0.91 m的塊體，礦體中占59%，上盤中占49%，下盤中占59.8%，等效尺寸大于1.2 m的塊體，礦體中占37%，上盤中占26.1%，下盤中占35.9%。這些數(shù)據(jù)對(duì)于設(shè)備選擇和生產(chǎn)計(jì)劃編制較為有利。

(3) 自然崩落塊度預(yù)測(cè)及控制工藝，是一個(gè)理論性強(qiáng)和涉及因素多的工作，其多變性和不確定性決定了該問(wèn)題的復(fù)雜性，要使理論分析更好地符合于實(shí)際，必需在今后生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷探索創(chuàng)新，并不斷完善。

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2017-03-29)

陳江川(1964-)，男，山西夏縣人，高級(jí)工程師，主要從事礦山技術(shù)研究和生產(chǎn)管理,Email：546118697@qq.com。