張建肇

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 福建 上杭縣 364200)

0 引言

無底柱分段崩落法是開采鐵礦資源的主要方法，承擔(dān)著我國80%以上的鐵礦石地下開采任務(wù)[1]。該方法易于大規(guī)模機(jī)械化開采，具有生產(chǎn)效率高、作業(yè)安全等眾多優(yōu)點(diǎn)。但該方法特點(diǎn)為覆巖下截止品位放礦，導(dǎo)致礦山使用該方法開采時(shí)可能會造成大量礦石損失和廢石混入[2?4]。因此，如何降低損失貧化是研究該采礦方法的焦點(diǎn)問題之一。

無底柱分段崩落法放礦方式根據(jù)放出礦石品位分為無貧化、低貧化以及截止品位3 種形式，放礦方式對損失貧化影響極大[5]，但目前針對降低無底柱分段崩落法損失貧化的研究大多圍繞優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)[6]、改進(jìn)采礦工藝[7?9]等方面開展，針對放礦方式的研究較少。金愛兵等[10]采用物理模擬試驗(yàn)，分析了放礦方式和崩礦步距對放礦效果的影響，以放礦指標(biāo)為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定了不同放礦方式下的最優(yōu)崩礦步距；仝慶亮等[11]結(jié)合PFC2D 數(shù)值軟件，分別模擬了低貧化和截止品位下放礦過程，研究發(fā)現(xiàn)，低貧化放礦可以更好地回收礦石，降低礦石損失和貧化；鄭志杰等[12]以橢球體理論為基礎(chǔ)，采用相似物理模擬試驗(yàn)，研究了無貧化和低貧化下的放礦效果和橢球體形態(tài)的差異性，分析了最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和放礦方式的匹配關(guān)系；楊作華[13]提出了“截止品位控制與放礦總量控制結(jié)合型”放礦管理方案，結(jié)合樺樹溝礦區(qū)生產(chǎn)實(shí)踐，證明了該方案可以有效提高礦石回收量。上述研究完善了無底柱分段崩落法放礦方面的研究。

在礦山生產(chǎn)實(shí)際中，放礦方式的選擇實(shí)際是控制放礦截止時(shí)的礦石品位。出礦截止品位過高將導(dǎo)致礦石放出量小，浪費(fèi)礦石資源；出礦截止品位過低則導(dǎo)致廢石大量混入，貧化嚴(yán)重，運(yùn)輸及選礦成本增加。因此，出礦截止品位的確定直接影響著放礦方式的選擇及礦石的損失貧化。為進(jìn)一步探究出礦截止品位對放礦效果的影響，以單分段單進(jìn)路下放礦為研究對象，采用相似性物理試驗(yàn)方法進(jìn)行多組出礦截止品位下放礦試驗(yàn)，分析放出礦巖總量與當(dāng)次出礦品位的關(guān)系，揭示出礦截止品位對損失率、貧化率等放礦指標(biāo)的影響特征，對礦山放礦管理具有一定的指導(dǎo)意義。

1 物理相似性試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

放礦試驗(yàn)裝置采用透明有機(jī)玻璃板制作，按照相似比1:50 模擬大結(jié)構(gòu)參數(shù)下單分段單進(jìn)路采場結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 試驗(yàn)?zāi)M的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

取磁鐵礦礦塊，經(jīng)破碎、篩分成粒徑為5～16 mm 的礦粒作為試驗(yàn)礦石材料；取石英礦礦塊，經(jīng)破碎、篩分成粒徑為8～16 mm 的礦粒作為試驗(yàn)廢石材料。根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，試驗(yàn)裝置內(nèi)裝填礦石和廢石后正面形態(tài)如圖1 所示。

圖1 放礦試驗(yàn)裝置

1.2 試驗(yàn)參數(shù)的選擇

一般情況下，礦山采用截止品位放礦時(shí)，出礦截止品位在25%～30%之間，無貧化、低貧化放礦方式下的出礦截止品位遠(yuǎn)大于該值。因此，試驗(yàn)選擇出礦截止品位為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%（第一次出現(xiàn)廢石時(shí)）。試驗(yàn)過程中放出礦石量和放出廢石量是波動變化的，出礦截止品位不能被精確控制，通常根據(jù)當(dāng)次出礦中礦石質(zhì)量與當(dāng)次放出礦巖總質(zhì)量的比值進(jìn)行確定。在試驗(yàn)過程中，連續(xù)5 次出礦有3 次當(dāng)次出礦品位小于試驗(yàn)品位時(shí)，即刻停止出礦。截止到第3 次（取中間值）放出的礦巖量可作為分析該試驗(yàn)品位下貧損指標(biāo)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)過程

（1）按要求裝填礦巖，裝填時(shí)保證礦巖各處壓實(shí)度一致；

（2）開始出礦，每次出礦280 g（6 鏟左右），即刻篩分出當(dāng)次放出的礦石和廢石，記錄礦石、廢石質(zhì)量，并計(jì)算當(dāng)次礦石品位；

（3）重復(fù)（2）直至連續(xù)5 次出礦中，有3 次當(dāng)次出礦品位小于試驗(yàn)品位時(shí)，停止出礦；

（4）根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算礦石回收率、貧化率。

2 當(dāng)次出礦品位變化特征

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員判斷回采進(jìn)路內(nèi)礦巖品位是否到達(dá)出礦截止品位的方法是根據(jù)進(jìn)路口處每次放出的礦巖進(jìn)行人工估算，誤差較大。若能了解放礦過程中當(dāng)次出礦品位隨放出礦巖量增加的變化特征，則可以根據(jù)該進(jìn)路內(nèi)放出礦巖總量確定出礦過程中當(dāng)次出礦品位是否到達(dá)指定出礦截止品位，這將有助于生產(chǎn)人員準(zhǔn)確判斷該回采進(jìn)路是否停止放礦，便于管理放礦。

隨著放出礦巖量的增加，當(dāng)次出礦品位變化特征見圖2。

圖2 當(dāng)次出礦品位變化特征

在圖2 中可以看出，當(dāng)次出礦品位變化根據(jù)廢石混入特征可劃分為3 個階段，依次是無廢石混入階段、正面廢石混入階段、正面廢石和頂部廢石同時(shí)混入階段。放出礦巖量在達(dá)到2400 g 前為無廢石階段，放出的均是礦石，當(dāng)次礦石品位為100%；超過2400 g 后，正面廢石混入，進(jìn)入正面廢石混入階段，隨著放出礦巖量的增加，當(dāng)次礦石品位開始緩慢下降；超過5500 g 后，頂部廢石混入，增大當(dāng)次礦石品位降低速度，進(jìn)入正面廢石和頂部廢石同時(shí)混入階段，直至放礦結(jié)束。在正面廢石混入階段（放出礦巖量超過2400 g），每放出1000 g 礦巖，當(dāng)次礦石品位下降約6 個百分點(diǎn)；在正面、頂部廢石同時(shí)混入階段（放出礦巖量超過5500 g），每放出1000 g 礦巖，當(dāng)次礦石品位下降約12 個百分點(diǎn)。

根據(jù)以上變化特征，從當(dāng)次礦石品位角度上看，當(dāng)次礦石品位為75%～100%時(shí)，貧化源于正面廢石的混入；當(dāng)次礦石品位為30%～75%時(shí)，貧化以正面、頂部廢石混入為主。

此外，當(dāng)次礦石品位小于50%后，隨著放出礦巖量的增加，當(dāng)次礦石品位波動顯著。結(jié)合試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)次礦石品位波動可能是因?yàn)榈V巖散體粒徑越大，放出口處散體下落過程中阻力越大。試驗(yàn)中廢石平均粒徑大于礦石平均粒徑，當(dāng)放出礦巖內(nèi)廢石占比較大時(shí)，進(jìn)路口眉線處礦巖下落不規(guī)律，且隨著廢石占比增加，這種不規(guī)律現(xiàn)象愈加明顯。進(jìn)路口眉線處的不規(guī)律落礦導(dǎo)致了當(dāng)次礦石品位波動變化顯著。

3 出礦截止品位對放礦效果的影響

3.1 出礦截止品位對放出礦巖量的影響

不同出礦截止品位下放出礦巖質(zhì)量以及礦石量、廢石量如圖3 所示。

圖3 不同出礦截止品位下放出的礦石量、廢石量和總量

由圖3 可知，隨著出礦截止品位的增加，放出礦巖總量、礦石量、廢石量逐漸減小。在此過程中，放出礦石量的減小速度越來越大，而放出廢石量的減小速度越來越小。整體上，出礦截止品位每增加10%，放出礦巖總量、礦石量和廢石量分別減少863 g、549 g、314 g。

放出礦石量、廢石量的減小速度變化特征的原因在于：當(dāng)次出礦品位越小，意味著當(dāng)次出礦中礦石占比越小、廢石占比越多。當(dāng)次出礦品位沒有達(dá)到出礦截止品位時(shí)，相同放出礦巖質(zhì)量條件下，每次出礦中廢石量都要比前次出礦中廢石量要多，而放出礦石量與之相反。這提高了放出廢石量的增長速度，而降低了放出礦石量的增長速度。

3.2 出礦截止品位與貧損指標(biāo)的影響

生產(chǎn)過程中，評判放礦效果的主要指標(biāo)是回收率和貧化率。不同出礦截止品位下回收率、貧化率如圖4 所示。

由圖4 可知，貧化率、礦石回收率隨著出礦截止品位的增加而減少，其中，貧化率降低速度越來越小，回收率降低速度越來越大，該特征與廢石、礦石放出量變化特征一致。整體上，出礦截止品位每增加10%，貧化率降低3.2 個百分點(diǎn)，回收率降低4.6 個百分點(diǎn)。

圖4 不同出礦截止品位下貧化率和回收率

4 對礦山的建議

（1）生產(chǎn)人員可以通過放出礦巖總量精確地判斷當(dāng)次出礦品位是否到達(dá)出礦截止品位。

在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，礦山生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)相似性試驗(yàn)獲得該采場結(jié)構(gòu)參數(shù)下當(dāng)次出礦品位與放出礦巖量的關(guān)系，確定設(shè)計(jì)截止生產(chǎn)品位下的放出礦巖總量。生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員根據(jù)回采進(jìn)路內(nèi)放出礦巖總量嚴(yán)格控制出礦次數(shù)。該方法比傳統(tǒng)人工估算方法精確度高。

（2）控制出礦截止品位是改善放礦效果、降低損失貧化的有效措施之一。

在采場結(jié)構(gòu)參數(shù)一定條件下，礦山可以通過調(diào)控回采進(jìn)路的出礦截止品位控制貧損指標(biāo)。當(dāng)?shù)V山在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)貧化率較高時(shí)，可在以后出礦過程中降低回采進(jìn)路的出礦截止品位，以減少廢石混入量；當(dāng)回收率較低時(shí)，可適當(dāng)提高出礦截止品位，增加礦石回收量。

5 結(jié)論

（1）隨著放出礦巖量的增加，當(dāng)次出礦品位變化在正面廢石混入后開始呈下降趨勢，在頂部廢石混入后，下降速度進(jìn)一步增加。在分段高度20 m、崩礦步距3 m 等采場條件下，當(dāng)次礦石品位在75%以下時(shí)，貧化以正面、頂部廢石混入為主；當(dāng)次礦石品位在75%以上時(shí)，貧化源于正面廢石的混入。

（2）在當(dāng)前采場結(jié)構(gòu)條件下，出礦截止品位每增加10%，放出礦巖總量、礦石量和廢石量分別減少863 g、549 g、314 g，貧化率降低3.2 個百分點(diǎn)，回收率降低4.6 個百分點(diǎn)。隨著出礦截止品位的增加，廢石量和貧化率減小速度越來越小，礦石量和回收率則相反。

（3）根據(jù)出礦截止品位研究結(jié)論，生產(chǎn)人員可以通過放出礦巖總量更加準(zhǔn)確地判斷回采進(jìn)路出礦時(shí)礦石品位是否到達(dá)截止品位；可以通過調(diào)整出礦截止品位控制礦石的損失及貧化，進(jìn)而達(dá)到改善無底柱分段崩落法放礦效果的目的。