趙峰輝 張曉峰 宋 超 陳瓊羽

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司）

目前我國金屬礦產(chǎn)資源供需矛盾明顯，尤其是鐵礦石，原材料對外依存度在65%以上［1］。在社會快速發(fā)展的背景下，我國對鐵礦資源的需求量將逐漸增加，鐵礦資源原材料供需問題將愈加嚴峻。為解決這一問題，礦山企業(yè)可采取優(yōu)化采礦工藝等措施提高礦石產(chǎn)能，滿足社會需求。無底柱分段崩落法能夠實現(xiàn)礦石高效、低成本開采，是鐵礦床開采的常用方法之一［2-4］。在針對采礦工藝的改進過程中，礦山工作人員須先了解該方法的礦巖運移規(guī)律及廢石的混入特征，才能對其工藝進行優(yōu)化。

無底柱分段崩落法為覆蓋巖下出礦，這既是該法開采的特點，也是造成礦石損失貧化的原因。為提高礦石產(chǎn)量、降低損失貧化，丁航行等［5］根據(jù)中厚傾斜礦體放礦時下盤礦巖運動緩慢、殘留礦石量多這一特點，提出導流放礦技術，有效解決了贊比亞謙比希銅礦損失貧化大這一問題；邵安林等［6］分析了覆蓋巖層運移規(guī)律，探究了廢石混入對損失貧化的影響；孫浩等［7］采用PFC3D數(shù)值模擬技術，進行了放礦口尺寸及間距、崩落礦石層高度和放礦方式的正交模擬試驗，研究多放礦口條件下礦巖的移動規(guī)律，重點分析了單分段放出體的變化特征以及多分段下4種因素對礦石回收率的影響。上述研究在各個角度分析了覆蓋巖下放礦的礦巖運移規(guī)律。在無底柱分段崩落法放礦過程中，廢石的混入是導致?lián)p失貧化的主要原因［6］，但目前針對不同分段下廢石混入特征研究較少，僅分析單分段下廢石混入規(guī)律有一定的局限性。為進一步探究無底柱分段崩落法放礦下廢石的混入特征，采用多分段放礦物理模型進行實驗，分析各分段下每鏟中廢石混入量變化特征及其來源，分析了廢石混入量變化原因，提出改善放礦效果的生產(chǎn)建議，對降低損失貧化、優(yōu)化采礦方法具有一定的指導作用。

1 實驗模型及方案

1.1 實驗裝置

實驗采用傳統(tǒng)多分段放礦模型結構，放礦實驗模型箱內(nèi)部長1.2 m、寬0.2 m，高1.8 m，按照相似比1∶50模擬三分段采場結構，各分段高均為20 m、進路間距為20 m，模型結構及礦石、廢石裝填效果如圖1所示。礦石、廢石都來自某地下鐵礦，實驗條件盡可能做到與礦山放礦生產(chǎn)條件一致或相似。

選用磁鐵礦礦石材料模擬礦石，其粒徑在5～16 mm，粉礦（粒徑小于5 mm）以及大塊礦石（粒徑大于16 mm）均占礦石總量的5%。選用石英礦材料模擬廢石，其粒徑在8～16 mm，大塊廢石（粒徑大于16 mm）占廢石總量的5%。礦石裝填范圍為長1.2 m，寬0.06 m（模擬崩礦步距3 m），高1.2 m，其余部分裝填廢石；正面廢石裝填范圍為長1.2 m、寬0.12 m、高1.2 m；頂部廢石（覆蓋巖）裝填范圍為長1.2 m，寬0.2 m，高0.4 m。

1.2 實驗方案

首先，封堵各個進路口，按照結構參數(shù)向模型內(nèi)填裝礦石和廢石；其次，打開第一分段進路口，由左側進路開始，模擬斗容為4 m3的鏟運機出礦，3個進路依次循環(huán)出礦，記錄單次出礦時每鏟內(nèi)廢石和礦石放出量；再次，當某個進路內(nèi)連續(xù)3次單鏟內(nèi)廢石質(zhì)量占礦巖總量的70%以上時停止出礦，當?shù)谝环侄?個進路口全部達到截止品位后，封堵各進路口，打開第二分段的進路口，開始第二分段出礦；當?shù)诙侄胃鬟M路口放礦均達到截止品位后，開始第三分段出礦；最后，分析放礦過程中各分段廢石放出量及變化特征，根據(jù)實驗過程分析廢石來源。由于采場結構參數(shù)影響，第二分段存在2個完整進路和2個形態(tài)一半的進路。為減小誤差，僅分析第二分段中完整進路出礦過程中的廢石混入特征，其他進路正常出礦，但不作進一步分析。

2 各分段廢石混入特征

2.1 第一分段廢石混入特征

隨著放出礦巖總量的增加，每次出礦時，第一分段每次鏟出礦巖中廢石含量變化如圖2所示。

第一分段各進路的平均放出礦巖總量在8 800 g左右，廢石混入總量在2 630 g左右，最終貧化率約30%。由圖2可知，隨著放出礦巖量的增加，每次鏟出礦巖中廢石含量呈增加趨勢，與單分段廢石混入規(guī)律［8］一致，經(jīng)歷了3個階段。第一階段放礦開始到放出礦巖量達到2 000 g時，此階段出礦過程中沒有廢石的混入，此時進路口處及其上方的礦石被放出；第二階段，放出礦巖量超過2 000 g到放礦量到達4 500 g之前，此時廢石開始混入，且隨著放出礦巖量的增加呈現(xiàn)增加趨勢，此部分廢石均來自正面，頂部廢石沒有被放出；第三階段為放出礦巖量超過4 500 g直到放礦截止，放出礦巖量超過4 500 g后，每鏟內(nèi)廢石含量波動明顯，其增長速度整體明顯增加，這說明頂部廢石開始混入。在正面廢石、頂部廢石雙重混入情況下，出礦時貧化現(xiàn)象明顯。

2.2 第二分段廢石混入特征

隨著放出礦巖總量的增加，第二分段每次鏟出礦巖中廢石含量變化特征如圖3所示。

第二分段出礦時，各進路平均放出礦巖總量在30 500 g左右，廢石含量在14 000 g左右，最終貧化率為46%。隨著放出礦巖總量的增加，每次鏟出礦巖中廢石含量先快速增加、后呈緩慢增加趨勢。前期與第一分段變化特征相同，放出礦巖總量在達到2 000 g之前沒有廢石混入；超過2 000 g后，每次出礦時廢石含量開始明顯增加；當放出礦巖總量在達到8 000 g左右，廢石含量增加速度減緩，且隨著放出礦巖量的增加，其增速呈降低趨勢。

第二分段廢石混入特征與第一分段有較大的差異性，其原因在于第二分段須回收第一分段放礦后的脊部殘留體礦石，脊部殘留體礦石大多位于第二分段進路上方，脊部殘留體內(nèi)礦石距離第二分段進路口最遠可達40 m（2個分段高度），導致放礦截止時僅有較少頂部廢石移動至出礦進路口。第二分段截止放礦時，礦巖形態(tài)如圖4所示。

由圖4可知，第二分段截止放礦時，僅有少量上部廢石停留在第二分段進路口上方，未形成放礦漏斗。因此，第二分段放礦過程中，廢石的混入主要來自于該分段的正面廢石。根據(jù)廢石混入量變化規(guī)律可知，廢石中期混入速度快是因為正面礦巖被放出，正面廢石受到擾動下落；而后期廢石混入速度變慢，可能是因為隨著放礦的進行，進路中心軸線礦巖運動較快，進路上部礦石被大量放出，進而減緩了廢石的混入速度。由于每次鏟出礦巖中廢石含量增速的降低，延長了到達截止品位的時間，增加了放出礦巖總量，也造成了最終放出廢石總量占比進一步增大，因此也導致第二分段最終貧化率顯著增大。

2.3 第三分段廢石混入特征

隨著放出礦巖總量的增加，第三分段每次鏟出礦巖中廢石含量變化特征如圖5所示。

由圖5可知，第三分段廢石混入特征與第二分段相同，每次鏟出礦巖中廢石含量呈先快速增加、后緩慢增加的趨勢。放出礦巖總量在達到2 000 g前，廢石未混入；超過2 000 g后，每鏟廢石含量增長速度明顯；放出礦巖總量超過8 000 g后，廢石含量增長速度減緩。各進路平均放出礦巖總量在25 500 g左右，廢石含量在10 700 g左右，最終貧化率為42%。

第三分段廢石混入特征變化原因與第二分段變化原因相同，因為第二分段放礦截止后脊部殘留體內(nèi)礦石阻礙了頂部廢石下落，延長了放礦時間，增加了放礦總量。正面廢石是第三分段放礦過程中放出廢石的主要來源。

3 對礦山生產(chǎn)的建議

（1）礦山在進行第一分段回采時，可適當提高該分段高度以延緩頂部廢石混入速度，同時延長該分段下各進路到達放礦截止品位的時間，進而增加放出礦石量。

（2）除第一分段外，正面廢石的大量混入是各分段放礦貧化嚴重的主要原因。因此，在礦山實際生產(chǎn)過程中，若出現(xiàn)嚴重的貧化現(xiàn)象時，礦山可適當增加崩礦步距。該方法可以增加正面廢石與放礦口間的距離，降低正面廢石混入速度，減少放礦截止時的正面廢石放出量。此外，提高進路口寬度［9］和邊孔角角度［10］等都可以降低放出體縱向短軸軸長的發(fā)育速度，從而降低正面廢石的放出量。

（3）除第一分段外，各分段放礦截止時，進路口上方礦石未完全放出，導致大量的礦石殘留。針對這一問題，礦山可盡量提高進路口上部礦石及廢石的下降速度或延長礦巖下降時間，最大限度地回收礦石。具體措施有調(diào)整進路口大?。?1］、提高放礦截止品位、降低分段高度等。

4 結 論

（1）各分段放礦時，放出礦巖量超過2 000 g后，隨著放出礦巖量的增加，正面廢石、頂部廢石依次混入，每次鏟出礦巖中廢石含量整體呈增加趨勢；第二、三分段下每鏟廢石含量呈先快速增加、后緩慢增加趨勢。

（2）第一、二、三分段的最終貧化率分別為30%、46%、42%，放出礦巖量分別為8 800、30 500、25 500 g。第一分段下放礦，正面廢石首先混入，當放出礦巖量超過4 500 g后頂部廢石開始混入。第二、三分段主要為正面廢石混入，頂部廢石由于進路上方脊部殘留體礦石的阻礙，在放礦截止前混入較少。

（3）礦山在實際生產(chǎn)過程中，可以提高第一分段的分段高度以延緩頂部廢石混入速度，增加礦石產(chǎn)量。除第一分段外，礦山可采取適當增加崩礦步距、提高進路口寬度和邊孔角角度等措施降低正面廢石的混入速度，改善放礦貧化問題；提高放礦截止品位、降低分段高度等措施可以增加進路口上方礦巖下降速度，有助于礦石的回收。