祝泽辉-无底柱分段崩落法开采薄矿体的改进研究

无底柱分段崩落法开采薄矿体的改进研究祝泽辉，明世祥（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）摘要：无底柱分段崩落采矿法在国内外应用广泛，但在实际生产中矿石贫化损失较大,尤其是薄矿体的开采。不仅增加切岩量，更加剧矿石的贫化。本文主要是通过室内物理模拟实验研究薄矿体的超宽进路出矿方式的矿石贫化损失情况，同时与传统的沿走向布置出矿进路的出矿方式进行比较。提出减小矿石贫化，提高回收率的方法，进而为指导实际生产提供理论依据。关键词：薄矿体开采，进路宽度，松散介质中途分类号：ResearchontheimprovementofthinorebodyminingwithnonpillarsublevelcavingZhuZehui,MingShixiang(SchoolofCivilandEnvironmentalEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083)Abstract:Nonpillarsublevelcavingmethodhasbeenwidelyusedathomeandabroad,butintheactualproduction,theoredilutionandlossisbig,especiallyminingthethinorebody.Notonlythecuttingquantityofrockincreases,theoredilutiongoesuptoo.Thisarticlemainlystudiestheoredilutionandlosssituationofthinorebodywhichwithsuperwideaccessthroughindoorphysicalsimulationexperimental,atthesametimecompareswithtraditionaldrawmethodwhoseaccessisarrangedalongthestrike.Putforwardtothemethodoforedilutiondecrease,recoveryraise,whichprovidetheoreticalbasisforguidingthepracticalproduction.KeyWords:thinorebodymining;thewidthoftheaccess;loosemedia1.引言无底柱分段崩落法在上世纪60年代在我国使用，由于其具有结构简单、开采强度大、作业成本低、机械化程度高和生产安全等优点。在金属矿山应用广泛，特别是在铁矿山，目前已占地下铁矿山矿石总产量的70%左右[1-3]。但是由于无底柱分段崩落法是在松散岩层的覆盖条件下进行回采工作的，损失贫化的问题也比较突出，采用此方法矿石损失率一般达20-30%，贫化15-20%，损失率有的高达43%，而贫化高达42.9%。而且由于独头作业也导致了进路通风条件比较差。对于薄矿体的开采，多年来一直没有找到适合的采矿方法，应用无底柱分段崩落法时，沿走向开采，出矿进路或者偏靠上盘，或者偏靠下盘，造成开采时切岩量过大，进而导致矿石贫化损失过大。应用浅孔留矿法开采时，安全环境较差，生产效率低[4]，而且矿石损失较大。为研究适合薄矿体开采的方案，本论文结合北京云冶铁矿开采现状，采用物理模拟的方法，进行不同出矿方式下，矿石贫化损失测定，从中找出变化规律，为崩落法开采薄矿体改进方案提供理论依据。2.无底柱分段崩落法开采薄矿体改进方案实验研究2.1实验方案本次实验选用比例1：30，立体模型，试验设计宽进路和窄进路两种放矿方式，每种放矿方式分为三个放矿步距，步距宽度为10cm，模拟现场宽度为3米，在第一步距前端设置一个步距的废石，用来模拟出矿前端贫化。放出高度为40cm，模型设计宽度为33.3cm和13.3cm，分别模拟现场分段高度为16m，进路宽度10m及4m，其中矿体厚度为10m。试验装矿设计见图2-1，图2-2所示。图2-1宽进路放矿实验系统图2-2窄进路放矿实验系统试验采用磁铁矿模拟矿石，白色大理岩模拟覆岩。在保持其他参数不变情况下，改变进路宽度，此组试验共2次。2.2实验仪器放矿机，磁选机，直尺，电子秤等。2.3实验步骤(1)实验设备检测检查放矿模型各部分是否正常，以免在实验中出现事故，因为实验放置的矿石高度比较大，因此对侧边步距挡板的压力较大，容易产生大的变形。因此在做覆盖层厚度稍大的试验时在侧面加上钢筋阻止变形，以保证试验的安全和数据的准确[5]。(2)矿石品位的测定此次模拟矿石选取为5-10mm的磁铁矿。模拟废石用相同粒径的白色的大理岩，选取2kg矿石进行化验，测得品位为28.85%。废石品位按照0处理。(3)装矿石与废石矿石从底部向上逐层装载，试验中采用白色大理岩混入时刻，确定放出体发育高度。(4)放矿当矿石和废石都装完后，抽动步距板及进路槽，然后用放矿小铲在放矿口处进行第一布局的出矿，在出矿的同时对每一铲所出矿石品位进行计算，当所出矿石品位达到20%时截止出矿。抽掉第二块步距板，同时抽动进路槽停止放矿，进行第二步距的放矿，截止品位同样为20%。在进行第三步距的放矿时，放出矿石一直出到品位接近于0，以便观察实验整体的贫化规律。放矿贫化前后矿石如图2-3，图2-4所示。图2-3放矿贫化之前图2-4放矿贫化之后(5)数据记录在放矿时，记录每一铲所出矿石重量及所混入的废石量，然后计算所出矿石的品位，以便达到截止品位时停止出矿。所出矿石品位计算公式如下：C=QC−QyQC×28.85%式中：C—所出矿石品位；QC—所出矿石量，kg；Qy—所混入废石量，kg；(6)卸矿与分选把实验机中剩余矿石和废石完全放出来，利用磁选机和分选矿石、废石。计算实验中矿石的总体回收率。2.4实验结果分析通过实验数据可以看出在两种不同的放矿方式下，放矿过程中贫化出现的时间不同，放矿结束后矿石总体的回收率及总的贫化率也不相同，并呈现一定的规律性。下面从这几个方面来分析实验数据。图2-5宽进路放矿第一步距0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00358400582398418402359322549454331445383488389511611561614426412369出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）图2-6宽进路放矿第二步距图2-5，图2-6中可以看出，放出的矿石随着铲数的增加，初期基本没有废石的混入，贫化的时期较晚。随着放出矿石开始贫化，废石开始大量混入，出矿品位迅速降低到截止品位。通过对放出体形态的观察可以看出，覆盖岩石的下降形态为平面下降，由于此种放矿方式为沿矿体全宽拉开，所以放出体左右没有贫化，中期出矿的贫化主要为前端贫化，大量贫化来自于上部。图2-7宽进路放矿第三步距从图2-7中可以看出，在达到放矿截止品位后继续出矿，所放出矿石的品位迅速降低，到最后几铲品位几乎为0。可以看出此种放矿方式损失较小，回收率较高。0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00820483394719529557728718689553550478596494610472614607550515585562764543出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00609824588684780653679694727765718740753981750646756出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）图2-8窄进路放矿第一步距图2-9窄进路放矿第二步距图2-8，图2-9中可以看出，放出的矿石随着铲数的增加，所放出的矿石品位逐渐降低，贫化的时期较早。放出矿石的品位是逐渐降低到截止品位的。通过对放出体形态的观察可以看出，随着放出矿量的增加，覆盖岩石两端先开始下降，放出体形态应为传统的椭球体，贫化来自前端及两侧。0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00352452507397418488592551521576538453654581604504662643638589525518498出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00579665503625545488585524565608653523542716698527550728564767823661出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）图2-10窄进路放矿第三步距从图2-10中可以看出，在达到放矿截止品位后继续出矿，所放出矿石的品位逐渐降低。可以看出此种放矿方式损失较大，回收率较低。3.结论通过以上放矿实验研究表明，在宽进路和窄进路两种不同出矿条件下，放出矿石总体回收率及贫化率有一定的差异，通过实验数据分析可以得出如下结论：(1)在沿矿体厚度全宽拉开工作面，并以此为出矿进路进行放矿时，放出的矿石一直保持着较高的品位，基本没有废石的混入，矿石贫化的时间较晚。当放矿开始贫化时，大量废石混入，使放出的矿石迅速达到出矿截止品位。而且矿石总体回收率较高。(2)在传统的沿走向布置出矿进路进行放矿实验时，放出矿石的品位随着出矿铲数的增加而逐渐减小，矿石产生贫化的时间较早。而且矿石总体回收率较低。本次实验因为实验设备及所采用工具的限制，实验结果存在一定的误差，可能部分数据与现场的不太符合，但是通过实验研究可以得出宽进路放矿方式能够较大提高矿石的回收率，同时避免较早和较大的贫化。参考文献[1]李志鹏，王宝文，蔡真印.浅谈无底柱分段崩落法应用现状及发展趋势[J].矿冶工程，2011,31(11):78-80.[2]郭雷,熊靓辉.无底柱分段崩落法现状及发展趋势[J].中国矿山工程,2010,39(6):44-47.[3]吴秀仪,林玉明,方延强.无底柱分段崩落法进路极限宽度研究[J].铜业工程,2011(6):18-20.[4]任凤玉,任美霖,郑海峰,等.弓长岭铁矿薄矿体开采技术研究[J].金属矿山,2009(12):44-45.[5]陈小伟.崩落法开采端部放矿放出体形态变化规律研究[D]:北京科技大学.北京科技大学,2009.0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.00441605560601802642927887816687771714858927775688956732682854912773出矿量（g/铲）贫化率出矿品位出矿品位(%)贫化率（%）