高孝樓

山西礦山建設股份有限公司 山西忻州 030000

1 實驗方案

1.1 實驗準備

（1）實驗模型箱?！皢喂?jié)單通道”實驗框架是按照1:50 的幾何比例設計和制造的，模型的結構和路面由透明的有機玻璃面板和角鋼組成，模型箱的幾何尺寸為400mm×400mm×1000mm（長x 寬x 高），結構原理如圖1 所示。

（2）實驗用礦巖材料。實驗中使用的礦石是磁鐵礦（黑色），廢棄的石頭是白色硅質(zhì)巖，表1 顯示了礦石和廢石顆粒的粒度組成的質(zhì)量百分比，計算礦石和廢物的成分，稱重并混合均勻，然后按特定順序填寫實驗模型框。

表1 礦巖顆粒級配組成

（3）出礦鏟設計。在4m3刮板（鏟斗寬度2.5m）的基礎上，挖掘機的寬度按1:50 設計。

1.2 鏟入深度確定

（1）鏟入深度計算。根據(jù)Rankine 土壓力理論，鏟運機最優(yōu)鏟入深度計算式，如式（1）。

式中，x 為鏟入深度（m）；H 為巷道高度（m）；φ 為自然角。

測量實驗礦石時，自然靜止角為38 度，已知實驗模型的路面高度為84mm，根據(jù)等式（1），在每個塌陷階段用于挖掘礦石的挖掘機的最佳深度為66.46mm，為了研究挖掘機穿透深度與塌陷距離之間的關系，以及挖掘機穿透深度對礦石牽引力的影響，實際產(chǎn)量實際上是66.46 毫米實驗鏟的實際增加或減少了10 倍，調(diào)整產(chǎn)量[1]。

（2）實驗鏟入深度定位值計算。根據(jù)圖2 模型箱中出礦巷道的長度，實驗中礦鏟的鏟入深度定位值L 由式（2）確定。

2 物理模擬實驗

2.1 模型裝填

在坍塌階段，拉礦實驗的模型箱分別充滿了2.6m、3.8m 和4.6m，裝載過程使用垂直隔板將礦石與前部廢料分離，并將礦石和廢料同時安裝在隔板的兩側，以防止塌陷階段變大。為了達到設計的高度，首先要有礦頂和廢物，水平放置石頭，垂直拉動擋板，繼續(xù)將碎石填充到設計高度，并在模型箱填充過程中，必須準確記錄填充的礦石量。

2.2 出礦要求

出礦時嚴格按以下要求進行：

（1）在使用不同深度的挖掘機進行挖掘之前，請根據(jù)等式（2）中確定的定位值調(diào)整定位板，在整個板的提取過程中移動手柄和位置，然后使鏟深出現(xiàn)變化；

（2）在采礦過程中，使礦石的各個部分保持均勻并在挖土時模擬鏟斗的運動，將礦石保持在盡可能靠近模型箱的位置，當實際的中央刮板離開礦井時，站內(nèi)的礦石和巖石會一起靠近；

（3）提取每種礦石后，用鏟子將挖出的礦石與廢棄的石頭分離，并分別稱重以創(chuàng)建實驗記錄；

（4）選礦的重要標準是基于70%的混合比。

3 鏟入深度與崩礦步距的關系特征

為了研究挖掘機的侵入深度與塌陷步距之間的關系，在3 種塌陷步距和7 種深度下進行了21 組礦石牽引實驗。

頂部廢石漏斗演變特征。在一系列的21 個實驗中，廢棄礦山在礦井出口處的出現(xiàn)（即礦井出口處廢棄巖石的正面侵入）是一個節(jié)點，廢棄礦井的上部漏斗具有一定的規(guī)律性，尾礦漏斗的膨脹特征的深度為2.32m、3.32m 和4.32m、相應的崩塌度分別為2.6m、3.6m 和4.6m。

當鏟子的深度相同時，上部分的廢石漏斗的凹部的深度隨著塌陷階段的增加而增加，這種現(xiàn)象可能與礦石和巖石之間的沉降密度差異有關，與沉降密度較小的巖石相比，礦石的沉降密度越高，礦石的重力作用就越明顯，巖石的流動性也就越大。

在相同的步驟條件下，上挖石漏斗的埋深隨開挖深度的增加而逐漸減小，造成這種現(xiàn)象的原因是，隨著鏟子深度的增加，礦化巖石的擾動范圍增大，有利于礦石流動，并增加了其前面的巖石數(shù)量，并且在某些階段可能會導致入侵。

如果鏟深到達一定程度時，則礦石行進的時間越長，礦石的釋放就越純凈。此特征的主要原因是，在一定的鉆探深度條件下，礦石開采引起的礦物巖石擾動程度不會改變，隨著崩落級數(shù)的增加，沿著道路方向的崩落厚度增加，從而延遲了碎石到達出口所需的時間。

4 結語

采礦是中國市場經(jīng)濟的重要組成部分，通過礦產(chǎn)資源的利用和利用，我們?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)提供了多種基本原料，并保證了礦產(chǎn)加工企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。在開采過程中，無柱分段崩落的開發(fā)方法因其效率高，成本低而被高度機械化，并被用于各種礦物開采過程中[2-3]。