崩落法進路布置及出礦量優(yōu)化研究

劉冬生，陸玉根

(1.河南金源黃金礦業(yè)有限責任公司，471400；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，243000)

0 引言

無底柱分段崩落法以其采礦工藝簡單、生產(chǎn)能力大的特點廣泛應用于冶金礦山開采中，例如南京梅山鐵礦、昆鋼大紅山鐵礦等，這些礦山通過實驗室放礦及現(xiàn)場工業(yè)試驗不斷摸索，均總結(jié)出了一套適合自身的最佳放礦方案，包括放礦結(jié)構(gòu)參數(shù)及放礦管理制度。但對黃金礦山，由于其特殊的礦體賦存，很少有礦山采用無底柱分段崩落法開采，鮮有論文對黃金礦山進行放礦研究。放礦工作是無底柱分段崩落法的核心工作，直接決定著最終回采及貧化指標。放礦試驗是一種相似模擬試驗，在幾何相似的基礎上，采用現(xiàn)場的礦巖做模擬材料，模擬現(xiàn)場出礦。常用的室內(nèi)放礦試驗包括單體試驗和立體試驗，通過單體放礦模擬試驗可探索礦巖流動規(guī)律、揭示放礦橢球體的發(fā)育形態(tài)，通過立體放礦模擬試驗可尋求最佳采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合（包括進路口布置形式、分段高度、進路間距、崩礦步距及放礦步距等），確定合理的出礦管理方式。河南祁雨溝金礦在生產(chǎn)中存在進路布置及出礦量等問題，本文通過單體試驗揭示其放礦橢球體形態(tài)，并進行立體放礦試驗，對比不同進路布置及出礦量，通過理論及試驗的方法，最終驗證并確定合理的進路口布置形式和放出量，以指導礦山生產(chǎn)。

1 礦山現(xiàn)狀及存在問題

河南金源黃金礦業(yè)有限責任公司祁雨溝金礦于1976年建成投產(chǎn)，礦山采用地下開采，采礦能力為 3000 t/d，目前主要采用無底柱分段崩落法開采祁雨溝礦區(qū)J4號角礫巖體400～280 m之間的金礦體。礦山開拓方式為平硐＋主、副井開拓。井巷工程主要包括580 m主運平硐、主井、副井、采區(qū)斜坡道、溜井、井下排水系統(tǒng)和硐室工程。目前，河南金源黃金礦業(yè)有限責任公司祁雨溝金礦井下J4礦體無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為15 m×15 m，即分段高度與進路間距均為15 m，進路尺寸規(guī)格為2.8 m×3 m，2 m3油鏟及電鏟配合裝礦卡車運礦，采用爆破出礦量截止出礦。

無底柱分段崩落采礦法進路布置應上下交錯，呈菱形布置，以便最大程度回采進路之間的礦量，并有效降低周邊廢石的混入。但是目前井下325 m水平以上各分段進路口并未嚴格依照上下交錯菱形布置，大多為上下對齊布置，導致進路出礦過早貧化，不易于控制覆蓋巖移動面的整體有序平穩(wěn)下降，使上部周邊廢石過早進入貧化。另外，礦山井下采用爆破設計出礦量進行截止放礦，從現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果來看，現(xiàn)場實際出礦量均在設計爆破礦量的115%左右。

2 單體放礦試驗研究

單體放礦試驗可探索礦巖流動規(guī)律，揭示放礦橢球體發(fā)育形態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場端壁放礦特征，試驗在相似端壁情況下進行，下部預留一出礦口（相當于采場進路），利用鏟斗將模型內(nèi)礦巖逐步鏟出，同時，將預裝入的標志顆粒進行回收。根據(jù)標志顆粒被放出的順序，可以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。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，按2.8 cm×3.0 cm的尺寸計算本礦石條件下的橢球體發(fā)育參數(shù)。

根據(jù)記錄的耙出顆粒數(shù)據(jù)，分別推導出不同高度上的橢球體及橢球體缺的大致形狀，并記錄其偏心率及半軸值。圖1為出礦口橫剖面及縱剖面放出的近似橢球體缺，表1為放出體在不同高度上的偏心率及半軸值。

圖1 單體試驗出礦口（2.8 cm×3.0 cm）放出體/cm

表1 2.8 cm×3.0 cm出礦口放出體發(fā)育參數(shù)

由圖1可知，放礦橢球體為上部大下部小的橢球體缺，近似半橢球體，其長軸與玻璃面存在一定的傾角（流軸角），經(jīng)過測量大約為 5°，這是由于觀察面上存在摩擦力造成的。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，隨著放礦高度的增大，即放出體高度的增大，放出橢球體的長半軸值、縱半軸值、橫半軸值也隨之增大，且存在近似線性增長的趨勢。在相同的放出體高度下，放出橢球體的長半軸值大于縱半軸值及橫半軸值，橫半軸值大于縱半軸值。放出橢球體的長半軸值約為其縱半軸值的3.0～4.5倍，放出橢球體的長半軸值約為其橫半軸值的2.5～3.0倍，放出橢球體的橫半軸值約為其縱半軸值的1.2～1.5倍。

3 立體放礦試驗研究

目前礦山325 m水平以上采用上下進路口一一對應的排列方式，如圖2所示。由于放礦橢球體呈瘦長型，發(fā)展方向主要是沿著放礦口快速向上部發(fā)展，而在放礦口兩側(cè)則受到限制，導致進路口上部兩側(cè)礦石放不出來，即上部過早貧化，兩側(cè)礦石未完全回收，上部廢石提前進入貧化。

圖2 進路口一一對應排列方式

根據(jù)圖1中橢球體發(fā)育情況進行橢球體排列，見圖3。由圖3可知，在分段高度與進路寬度都為15 m時，采用上下交錯布置進路口的方式可使得放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，兩兩相切的幾何意義在于放礦口放出橢球體在豎向和橫向同時到達貧化，即產(chǎn)生最大回采率的同時貧化最低，此種情況上為最佳排列組合方式。

圖3 菱形進路布置的橢球體排列

本文采用立體放礦試驗模擬分析進路口交錯布置和對齊布置的放礦規(guī)律。立體試驗模型的比例為 1:100，采用木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，共布置 5個分段，每個分段3～4條進路，每條進路布置4個步距，各步距均采用可抽出式鐵皮制作，模型分別見圖 4和圖5。

圖4 上下進路一一對應放礦模型

圖5 上下進路交錯布置放礦模型

立體試驗模型參數(shù)為：采場結(jié)構(gòu)為15 cm×15 cm，即分段高度與進路間距均為15 cm，進路尺寸為2.8 cm×3 cm，炮孔排距為1.3 cm，一次2排分段起爆，即崩礦步距為 3.94 cm。出礦量均按進路口爆破量115%出礦。經(jīng)計算得到兩種放礦模型的放礦數(shù)據(jù)，見表2、表3。由表2、表3可知，進路上下交錯布置方式的回采及貧化綜合指標（回貧差為47.6%）顯著優(yōu)于進路上下對齊布置方式的指標（回貧差為20.18%）。

表2 進路上下交錯布置

表3 進路上下對齊布置

出礦量按進路口爆破量100%出礦，進行上下分段進路交錯布置與上下對齊布置的立體試驗，其余參數(shù)不變。經(jīng)計算得到兩種放礦模型的放礦數(shù)據(jù)，見表4、表5。由表4、表5可知，上下交錯布置方式的回采及貧化綜合指標（回貧差為49.74%）顯著優(yōu)于上下對齊布置方式的指標（回貧差為26.82%）。

表4 上下交錯布置(出礦量100%)

表5 上下對齊布置(出礦量100%)

同時，對比表2和表4，以及表3和表5，從數(shù)據(jù)中可以看出，無論是進路上下交錯布置還是上下對齊布置，出礦量為爆破量100%的回采率均低于出礦量115%的回采率，但其廢石混入率較低，綜合回貧差高于出礦量115%，從回收及貧化綜合指標（回貧差）來看，出礦量100%的參數(shù)優(yōu)于出礦量115%的參數(shù)。

理論及立體試驗表明，在分段高度與進路寬度都為15 m時，采用上下交錯布置進路的方式可使得放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，此種情況上為最佳排列組合方式，同時其回采及貧化指標要優(yōu)于進路上下對齊布置的指標；分別按照出礦量100%與115%進行對比試驗，出礦量為爆破量的100%時回采及貧化指標優(yōu)于出礦量115%的指標。據(jù)此指導礦山生產(chǎn)，在325 m以下各分段將上下分段進路呈交錯布置，同時嚴格放礦管理，控制超量出礦。

4 結(jié)論

（1）本文以河南祁雨溝金礦目前生產(chǎn)中存在的進路布置及出礦量問題為研究對象，通過單體試驗揭示其放礦橢球體形態(tài)，并進行立體放礦試驗，對比不同進路口布置及放礦量，通過理論及試驗的方法，最終驗證并確定了合理的進路布置形式和放礦量。

（2）通過單體試驗揭示了祁雨溝金礦橢球體發(fā)育特征，推導出不同高度上的橢球體及橢球體缺的大致形狀，并計算出了偏心率及半軸值。根據(jù)其橢球體形態(tài)，在分段高度與進路寬度都為15 m時，采用上下交錯布置進路的布置方式可使得放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，此種情況下理論上為最佳排列組合方式。

（3）通過立體試驗表明，上下交錯布置的回采及貧化綜合指標（回貧差）顯著優(yōu)于上下對齊的指標（回貧差）。同時分別按照出礦量100%與115%進行對比試驗，出礦量為爆破量的100%的回采及貧化指標優(yōu)于出礦量115%的指標。據(jù)此指導礦山生產(chǎn)，在325 m以下各分段將上下分段進路呈交錯布置，同時嚴格放礦管理，控制超量出礦。