彭敏杰 陸玉根

（1.內(nèi)蒙古興業(yè)集團融冠礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

融冠礦業(yè)有限公司隸屬于內(nèi)蒙古興業(yè)集團股份有限公司，礦山于2005 年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為45萬t/a，2008 年經(jīng)過改擴建生產(chǎn)規(guī)模達到90 萬t/a，2016年進一步進行改擴建，生產(chǎn)規(guī)模達到目前的135萬t/a。礦山主要采用無底柱分段崩落法開采，上部分段高度10 m，下部分段高度12～14 m。礦山在基建期內(nèi)進行了露天開采，地下開采投產(chǎn)后在1 158 m中段水平進行了強制落頂，與地表貫通，同時形成覆蓋層。目前礦山主礦體正在回采950 m及938 m水平礦體，即將結(jié)束，盲礦體正在回采976 m水平礦體。

主礦體采場結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為12 m×10 m（分段高度×進路間距），進路尺寸規(guī)格為4 m×4 m（寬度×高度），排距為1.6～1.7 m，一次爆破一排炮孔，孔底距為1.6～1.7 m，主要運用在主礦體976 m 水平以上及盲礦體各分段。自962 m 分段水平以下，主礦體加大了進路間距和進路寬度，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為12 m×15 m（分段高度×進路間距），進路尺寸為4 m×6 m（高度×寬度），排距和孔底距調(diào)整至1.8 m，仍為一次爆破一排炮孔。增加進路間距后擴大進路尺寸寬度缺乏充分依據(jù)，有必要開展采場進路參數(shù)放礦試驗研究。

為研究適合融冠礦業(yè)無底柱分段崩落法［1-5］開采的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，為礦山下一步優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及回采指標提供技術(shù)支撐，為此進行實驗室放礦模擬試驗，尋求最佳的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，確定合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，并根據(jù)特定條件下的礦巖移動規(guī)律以及礦山生產(chǎn)實際，制定科學(xué)有效的放礦管理方式，為提高回采效率、優(yōu)化回采指標（降低廢石混入率、提高回收率等）提供參考。

1 試驗方案

主礦體采場結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為12 m×10 m（分段高度×進路間距），進路尺寸為4 m×4 m（寬度×高度），自962 m 分段水平以下，主礦體加大了進路間距為15 m，加大了進路尺寸為4 m×6 m（高度×寬度），試驗主要對參數(shù)結(jié)構(gòu)12 m×15 m（分段高度×進路間距）情況下的進路尺寸參數(shù)進行驗證優(yōu)化。

1.1 單體試驗方案

通過實驗室單體放礦模擬試驗探索礦巖流動規(guī)律，揭示放礦橢球體的發(fā)育形態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場端壁放礦特征，試驗在采用相似端壁的情況下，下部預(yù)留一出礦口（相當于采場進路），利用鏟斗將模型內(nèi)的礦巖逐步鏟出，同時將預(yù)裝入的標志顆粒進行回收。根據(jù)標志顆粒被放出的順序，將不同放出高度下的放出體圈出，據(jù)此可求得端壁條件下各種發(fā)育高度的放出體［6］。試驗采用鋁片制作放礦進路口，進路口尺寸按目前井下出礦進路口1∶100 比例制作，為4 cm×4 cm（進路高度×進路寬度），同時按擴寬進路口4 cm×6 cm進行一次試驗，計算橢球體的發(fā)育參數(shù)。

1.2 立體試驗方案

通過實驗室立體放礦模擬試驗得到不同參數(shù)組合下的回收貧化指標，尋求最佳的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合（進路口尺寸等）。構(gòu)建四面可以靈活拆卸的立體木制裝礦箱架，箱件與現(xiàn)場按1∶100比例制作。側(cè)面步距由木條按照不同參數(shù)一塊塊裝訂。試驗?zāi)Ｐ偷谋壤秊?∶100，模型為木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)。放礦口巷道斷面用厚1 mm 鐵皮制作。巷道呈菱形交錯布置，共布置5個分段，每個分段3～4個進路，每個進路布置4個步距，各步距均采用可抽出式鐵皮制作（圖1）［6］。

融冠礦業(yè)井下采用爆破出礦量截止出礦，因此實驗室也采用這種進路口爆破量來進行相似出礦。依據(jù)物理相似原理，無底柱分段崩落法放礦試驗的基礎(chǔ)是進行礦巖塊度組成調(diào)查及分級，礦巖塊度組成的不同將直接影響放礦試驗結(jié)果。為使試驗最大程度地與現(xiàn)場吻合，需進行井下采場進路口崩落礦巖塊度組成調(diào)查與分級，此次礦巖塊度調(diào)查與分級采用照相面積法。粒級組成依據(jù)選取的1∶100相似比對礦樣進行破碎、篩分、配樣，得到實驗室放礦試驗所需要的相似材料。

為比較不同進路尺寸參數(shù)的影響，試驗共設(shè)置了6組不同的立體試驗參數(shù)，見表1。

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2 試驗結(jié)果

根據(jù)單體放礦試驗分析繪制出的放出橢球體，可知采用不同進路口寬度（4 m×6 m 和4 m×4m），放出橢球體形態(tài)在橫剖面上明顯不同，前者的放出橢球體較后者明顯肥大，如圖2 所示放出更多的兩側(cè)礦石。

將單體試驗描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進行排列，得到如圖3所示的進路間距10 m、進路口寬度4 m 時的橢球體排列。理論上來說，采用上下交錯布置進路口的方式使得放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，此種情況為最佳排列組合方式。圖3 所示的橢球體排列為該種情況下的最佳排列組合，上下左右各處在理論上均能放出，貧化和損失較小，說明分段高度為12 m 時，進路間距取10 m，進路口寬度4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。

單方面增大進路間距至15 m 后的橢球體排列如圖4 所示。由圖4 可知：進路間距擴大后，若放礦口不變，橢球體形態(tài)不變，橢球體達到上一分段后，兩側(cè)礦石未能放出，且橢球體在豎直方向上流動較水平方向快，若繼續(xù)放礦，會加使得部廢石加速貧化，而兩側(cè)礦石變化不大，這種情況會造成較大的貧化和損失。

增大進路間距至15 m，同時將進路寬度擴寬至6 m 后的橢球體排列如圖5 所示。由圖5 可知：由于擴大了進路口寬度，橢球體在水平方向上變得肥大，解決了圖4中兩側(cè)礦石無法放出的問題，同樣實現(xiàn)了放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，使得貧化和損失較小。目前礦山在主礦體962 m 水平以下采用了這種方法，增大了間距，擴大了進路寬度，雖然采準工程量有所增加，但礦石回收和貧化指標相應(yīng)地有所提高，因此進路口擴寬具有一定的合理性。

依據(jù)立體試驗得到的不同參數(shù)下試驗指標見表2。

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由表2 可知：在分段高度×進路間距組合為12 m×15 m 的條件下，無論崩礦步距為1.7，2.8，3.4 m，進路尺寸為4 m×6 m（寬度×高度）時參數(shù)組合的回貧差均高于進路尺寸為4 m×4 m（寬度×高度）時的參數(shù)組合。這表明，在分段高度×進路間距組合為12 m×15 m 的條件下，增大進路口寬度可提升回貧指標。

結(jié)合單體試驗成果，將單體試驗描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進行排列，分段高度12 m 時，進路間距取10 m、進路口寬度取4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。增大進路間距至15 m，同時將進路寬度擴大至6 m后的橢球體排列，由于擴大了進路口寬度，橢球體在水平方向上變得肥大，解決了兩側(cè)礦石不能放出的問題，同樣實現(xiàn)了放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，使得貧化和損失較小。

綜合單體試驗結(jié)果及立體試驗成果可知：目前礦山在主礦體962 m水平以下，增大間距至15 m同時擴大進路寬度至6 m，雖然采準工程量有所增加，但礦石回收和貧化綜合指標得以優(yōu)化，具有合理性。

3 結(jié) 論

（1）為研究適合于融冠礦業(yè)無底柱分段崩落法的進路口尺寸，開展了放礦試驗來優(yōu)化采場進路參數(shù)。放礦試驗包括單體試驗和立體試驗，通過單體試驗探索出礦巖流動規(guī)律，揭示放礦橢球體的發(fā)育形態(tài)；通過立體放礦試驗確定出最佳的采場進路尺寸參數(shù)。

（2）單體試驗得出了融冠礦業(yè)放出橢球體在不同放出高度下的發(fā)育形態(tài)，揭示了放礦橢球體各方向上半軸值的內(nèi)在關(guān)系，結(jié)合記錄的耙出標志顆粒數(shù)據(jù)，分別推導(dǎo)出不同高度上的放出體（橢球體缺）的大致形狀，并記錄其在不同放出體高度時的偏心率及半軸值。橢球體發(fā)育形態(tài)分析表明：采用不同進路口寬度（4 m×6 m 和4 m×4 m）時，放出橢球體形態(tài)在橫剖面上明顯不同，前者的放出橢球體較后者明顯肥大，可放出更多的兩側(cè)礦石。

（3）將單體試驗描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進行排列，結(jié)果表明：分段高度12 m、進路間距10 m、進路口寬度4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。單方面增大進路間距至15 m 后，在進路間距擴大后，若放礦口尺寸不變，橢球體形態(tài)不變，橢球體達到上一分段后，兩側(cè)礦石未能放出，且橢球體在豎直方向上流動較水平方向快，若繼續(xù)放礦，會加大上部廢石的貧化，而兩側(cè)礦石變化不大，這種情況會造成較大的貧化和損失。