出礦截止品位對放礦效果的影響

張建肇

(紫金礦業集團股份有限公司， 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，承擔著我國80%以上的鐵礦石地下開采任務[1]。該方法易于大規模機械化開采，具有生產效率高、作業安全等眾多優點。但該方法特點為覆巖下截止品位放礦，導致礦山使用該方法開采時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問題之一。

無底柱分段崩落法放礦方式根據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化結構參數[6]、改進采礦工藝[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，分析了放礦方式和崩礦步距對放礦效果的影響，以放礦指標為評價標準，確定了不同放礦方式下的最優崩礦步距；仝慶亮等[11]結合PFC2D 數值軟件，分別模擬了低貧化和截止品位下放礦過程，研究發現，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，采用相似物理模擬試驗，研究了無貧化和低貧化下的放礦效果和橢球體形態的差異性，分析了最優結構參數和放礦方式的匹配關系；楊作華[13]提出了“截止品位控制與放礦總量控制結合型”放礦管理方案，結合樺樹溝礦區生產實踐，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。

在礦山生產實際中，放礦方式的選擇實際是控制放礦截止時的礦石品位。出礦截止品位過高將導致礦石放出量小，浪費礦石資源；出礦截止品位過低則導致廢石大量混入，貧化嚴重，運輸及選礦成本增加。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。為進一步探究出礦截止品位對放礦效果的影響，以單分段單進路下放礦為研究對象，采用相似性物理試驗方法進行多組出礦截止品位下放礦試驗，分析放出礦巖總量與當次出礦品位的關系，揭示出礦截止品位對損失率、貧化率等放礦指標的影響特征，對礦山放礦管理具有一定的指導意義。

1 物理相似性試驗

1.1 試驗裝置

放礦試驗裝置采用透明有機玻璃板制作，按照相似比1:50 模擬大結構參數下單分段單進路采場結構，結構參數見表1。

表1 試驗模擬的采場結構參數

取磁鐵礦礦塊，經破碎、篩分成粒徑為5～16 mm 的礦粒作為試驗礦石材料；取石英礦礦塊，經破碎、篩分成粒徑為8～16 mm 的礦粒作為試驗廢石材料。根據結構參數，試驗裝置內裝填礦石和廢石后正面形態如圖1 所示。

圖1 放礦試驗裝置

1.2 試驗參數的選擇

一般情況下，礦山采用截止品位放礦時，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大于該值。因此，試驗選擇出礦截止品位為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%（第一次出現廢石時）。試驗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，通常根據當次出礦中礦石質量與當次放出礦巖總質量的比值進行確定。在試驗過程中，連續5 次出礦有3 次當次出礦品位小于試驗品位時，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品位下貧損指標的基礎數據。

1.3 試驗過程

（1）按要求裝填礦巖，裝填時保證礦巖各處壓實度一致；

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

（3）重復（2）直至連續5 次出礦中，有3 次當次出礦品位小于試驗品位時，停止出礦；

（4）根據試驗數據，計算礦石回收率、貧化率。

2 當次出礦品位變化特征

在實際生產過程中，生產人員判斷回采進路內礦巖品位是否到達出礦截止品位的方法是根據進路口處每次放出的礦巖進行人工估算，誤差較大。若能了解放礦過程中當次出礦品位隨放出礦巖量增加的變化特征，則可以根據該進路內放出礦巖總量確定出礦過程中當次出礦品位是否到達指定出礦截止品位，這將有助于生產人員準確判斷該回采進路是否停止放礦，便于管理放礦。

隨著放出礦巖量的增加，當次出礦品位變化特征見圖2。

圖2 當次出礦品位變化特征

在圖2 中可以看出，當次出礦品位變化根據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混入階段。放出礦巖量在達到2400 g 前為無廢石階段，放出的均是礦石，當次礦石品位為100%；超過2400 g 后，正面廢石混入，進入正面廢石混入階段，隨著放出礦巖量的增加，當次礦石品位開始緩慢下降；超過5500 g 后，頂部廢石混入，增大當次礦石品位降低速度，進入正面廢石和頂部廢石同時混入階段，直至放礦結束。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，當次礦石品位下降約6 個百分點；在正面、頂部廢石同時混入階段（放出礦巖量超過5500 g），每放出1000 g 礦巖，當次礦石品位下降約12 個百分點。

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

此外，當次礦石品位小于50%后，隨著放出礦巖量的增加，當次礦石品位波動顯著。結合試驗發現，當次礦石品位波動可能是因為礦巖散體粒徑越大，放出口處散體下落過程中阻力越大。試驗中廢石平均粒徑大于礦石平均粒徑，當放出礦巖內廢石占比較大時，進路口眉線處礦巖下落不規律，且隨著廢石占比增加，這種不規律現象愈加明顯。進路口眉線處的不規律落礦導致了當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：當次出礦品位越小，意味著當次出礦中礦石占比越小、廢石占比越多。當次出礦品位沒有達到出礦截止品位時，相同放出礦巖質量條件下，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的影響

生產過程中，評判放礦效果的主要指標是回收率和貧化率。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，回收率降低4.6 個百分點。

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）生產人員可以通過放出礦巖總量精確地判斷當次出礦品位是否到達出礦截止品位。

在生產設計時，礦山生產設計人員可以根據相似性試驗獲得該采場結構參數下當次出礦品位與放出礦巖量的關系，確定設計截止生產品位下的放出礦巖總量。生產過程中，生產人員根據回采進路內放出礦巖總量嚴格控制出礦次數。該方法比傳統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。

在采場結構參數一定條件下，礦山可以通過調控回采進路的出礦截止品位控制貧損指標。當礦山在生產過程中發現貧化率較高時，可在以后出礦過程中降低回采進路的出礦截止品位，以減少廢石混入量；當回收率較低時，可適當提高出礦截止品位，增加礦石回收量。

5 結論

（1）隨著放出礦巖量的增加，當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，下降速度進一步增加。在分段高度20 m、崩礦步距3 m 等采場條件下，當次礦石品位在75%以下時，貧化以正面、頂部廢石混入為主；當次礦石品位在75%以上時，貧化源于正面廢石的混入。

（2）在當前采場結構條件下，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，回收率降低4.6 個百分點。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）根據出礦截止品位研究結論，生產人員可以通過放出礦巖總量更加準確地判斷回采進路出礦時礦石品位是否到達截止品位；可以通過調整出礦截止品位控制礦石的損失及貧化，進而達到改善無底柱分段崩落法放礦效果的目的。