無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)選取的影響因素

蔡序淦，門建兵，黃德福

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031；2.江西省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，江西南昌 330001）

無底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)參數(shù)選取的影響因素

蔡序淦1，門建兵1，黃德福2

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031；2.江西省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，江西南昌 330001）

無底柱分段崩落法因其生產(chǎn)靈活、機(jī)械化程度高、生產(chǎn)能力大、開采成本低等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外金屬礦山中有著廣泛的應(yīng)用。其中,采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取對礦山采礦規(guī)模和生產(chǎn)成本有著重要的影響。通過對無底柱分段崩落法的特點(diǎn)及其在國內(nèi)外典型礦山中的應(yīng)用現(xiàn)狀的介紹,分析了采場結(jié)構(gòu)參數(shù)對礦山采礦規(guī)模和生產(chǎn)成本的影響，并從礦巖性質(zhì)和采礦設(shè)備等方面論述了選取結(jié)構(gòu)參數(shù)時受到的制約因素。

無底柱分段崩落法；結(jié)構(gòu)參數(shù);礦體賦存條件;礦巖性質(zhì);采礦設(shè)備

無底柱分段崩落法是一種利用分段進(jìn)路沿走向或垂直走向?qū)ΦV體進(jìn)行切割，然后采用中深孔鑿巖,并可在進(jìn)路內(nèi)實(shí)行機(jī)械化出礦的采礦方法。該采礦方法具有組織方便、生產(chǎn)靈活性大、安全程度高(作業(yè)空間小)、機(jī)械化及自動化程度高、生產(chǎn)能力大、開采成本低等特點(diǎn)，自20世紀(jì)60年代中期首次從瑞典引入我國以后,在國內(nèi)地下金屬礦山中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,尤其在黑色礦山中得到極大的推廣。目前,國內(nèi)應(yīng)用比較典型的礦山有梅山鐵礦、鏡鐵山礦、程潮鐵礦、大紅山鐵礦、通鋼板石溝鐵礦等。

1 國內(nèi)外典型礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于無底柱分段崩落法的鑿巖、裝藥、出礦等一系列工作均可采用無軌機(jī)械化設(shè)備在進(jìn)路中完成,因此該方法為實(shí)現(xiàn)礦山的規(guī)模化開采提供了條件。該采礦方法見圖1。

圖1 無底柱分段崩落法

為使采礦方法能進(jìn)一步提高出礦效率和減少采準(zhǔn)工程量,同時降低貧化、損失指標(biāo),近年來,隨著大型高效采掘運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用,國內(nèi)外典型礦山均朝著增大采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的方向發(fā)展。最典型的如瑞典基魯納鐵礦,其分段高度×進(jìn)路間距由10 m×10 m→12 m×11 m→12 m×16．5 m→20 m×22．5 m→27 m×25 m,直到目前的30m×30m；馬姆貝格特礦結(jié)構(gòu)參數(shù)由原來15 m×15 m改為20 m×22．5 m,并采用全液壓鑿巖臺車和重型液壓鑿巖機(jī),出礦采用大斗容鏟運(yùn)機(jī)(6 m3鏟運(yùn)機(jī))[1-2]。國內(nèi)相關(guān)礦山做了大量工業(yè)試驗(yàn)研究,其中最突出的是梅山鐵礦。該礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化列入國家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目,其最初結(jié)構(gòu)參數(shù)高度×寬度(下同)為10 m×10 m、15 m×15 m,經(jīng)過現(xiàn)場多次實(shí)驗(yàn)調(diào)整優(yōu)化,現(xiàn)在為15 m×20 m的大間距結(jié)構(gòu)。采場使用的鑿巖臺車型號有SimberH252、SimberH254、SimberH1354,回采出礦相配套的設(shè)備是容量為4．6 m3的TORO400E和TORO007、TORO009以及容量為6 m3的TORO1400E型鏟運(yùn)機(jī)。該礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。國內(nèi)部分采用無底柱分段崩落法礦山的基本情況見表1。

表1 國內(nèi)部分采用無底柱分段崩落法礦山的基本情況

2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對采礦規(guī)模和成本的影響

無底柱分段崩落法得以廣泛應(yīng)用的原因主要有：采礦方法結(jié)構(gòu)簡單,不需要留礦柱;易于適應(yīng)礦體的變化,可以對不同品位和帶有夾石的礦體進(jìn)行選別回采,靈活性大;回采工藝簡單,便于使用高效的鑿巖、裝運(yùn)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,提高了采礦強(qiáng)度和效率;無需大的回采工作面,在巷道中作業(yè)安全,勞動生產(chǎn)率較高,礦塊生產(chǎn)能力大等[3]。但由于我國很多礦山結(jié)構(gòu)參數(shù)仍局限在小參數(shù)、小間距的范圍內(nèi),其結(jié)果造成這些礦山存在采礦效率低下、采準(zhǔn)工程量大等問題,制約了該采礦方法優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

試驗(yàn)研究及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明,采場結(jié)構(gòu)參數(shù)對無底柱分段崩落法礦山的采準(zhǔn)、切割工程量以及礦石回收指標(biāo)、勞動生產(chǎn)率、采礦成本等方面有重大影響[4]。一般來說,規(guī)模較大的礦山宜根據(jù)礦山爆下礦巖的重力自流參數(shù)情況酌情采用大結(jié)構(gòu)參數(shù),因?yàn)橹挥羞x擇了大結(jié)構(gòu)參數(shù)才能有條件選擇較大的鑿巖、出礦設(shè)備,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中化、高強(qiáng)度開采。大結(jié)構(gòu)參數(shù)一方面能增大一次崩礦量,減少工作循環(huán)數(shù),提高生產(chǎn)能力,同時還能節(jié)省采準(zhǔn)工程量。礦山的采準(zhǔn)成本約占采礦成本的30%[5]，因此以60 m的中段高度為例,15 m段高比12 m段高能節(jié)省一個分段的工程量,效益相當(dāng)可觀。如某礦山早期結(jié)構(gòu)參數(shù)為12 m ×15 m,千噸采切比為11．5 m/kt,后來發(fā)展到15 m×15 m的結(jié)構(gòu)參數(shù),千噸采切比降為7．5 m/kt,顯著地降低了采礦成本。

3 影響結(jié)構(gòu)參數(shù)選取的因素分析

3.1 礦體賦存條件及礦巖性質(zhì)的影響

采場爆下礦巖的重力自流參數(shù)是直接影響放礦橢球體寬度、厚度和放礦高度的主要因素，也是合理選取采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)的主要影響因素。不同礦山爆下礦巖爆破粒度和級配不同,大部分礦山爆下的礦巖粒度都由大塊、小塊和粉料組成,有的還含沙子、泥土和粘土等。因此，各個礦山的顆粒形狀、粗糙度、摩擦角、密度和粒度的強(qiáng)度、濕度各有區(qū)別,所有這些因素對粒料或塊料的流動性產(chǎn)生質(zhì)的影響[6]。一般來說,較大塊料的流動性相對較差,其橢球體寬大,體積也大,適合采用寬進(jìn)路(分段高度小于進(jìn)路間距);較小塊料的流動性相對較好，其橢球體瘦小,適合采用高分段（分段高度大于進(jìn)路間距）。但目前尚無理論或?qū)嶋H的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確度量橢球體尺寸及物料的流動性。此外,礦體的賦存條件也影響結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取,如緩傾斜,且厚度＜30 m的礦體就不宜選擇15 m以上的分段高度,否則將極大地影響損失、貧化指標(biāo)。

從現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)表明,在一定礦體產(chǎn)狀等賦存條件下，如欲達(dá)到一定的采礦出礦指標(biāo),各礦山的礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)應(yīng)有一個最優(yōu)值,且不宜超過一個極限值。

3.2 采礦設(shè)備對結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響

無底柱分段崩落法的結(jié)構(gòu)參數(shù)還很大程度上受到采礦設(shè)備的制約，其中主要是受鑿巖和裝藥設(shè)備的制約。眾所周知,國內(nèi)的鑿巖設(shè)備尚未形成體系,很多礦山仍然在采用落后的中小型風(fēng)動鑿巖設(shè)備,如采用YGZ80、YGZ90、CTC141等。該類設(shè)備的缺陷是鑿巖深度普遍較低,只適宜鉆鑿17～18 m以下中深孔,與之相匹配的進(jìn)路高度和寬度約為12 m。20世紀(jì)90年代后,我國逐步引進(jìn)了阿特拉斯和山特維克等國外先進(jìn)鑿巖設(shè)備,才使這一局面逐步改善。此外,當(dāng)炮孔深度達(dá)到20 m以上時,采用人工送管方式裝藥已不適應(yīng)。目前,國內(nèi)還沒有可靠的機(jī)械化裝藥設(shè)備。有不少礦山采用國外的裝藥設(shè)備,但效果也不甚理想。如武鋼程潮鐵礦采用瑞典的ANOL-150裝藥器,但卻碰到了靜電、返粉、堵管等問題,在生產(chǎn)推廣中仍遇到不少麻煩?，F(xiàn)在不少礦山采用國產(chǎn)BQF系列裝藥器,在常規(guī)結(jié)構(gòu)參數(shù)中基本能適應(yīng),但對于大結(jié)構(gòu)參數(shù),如分段高度和進(jìn)路間距＞12 m,則效率較為低下。出礦設(shè)備雖不直接影響結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取,但不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)宜配合相應(yīng)規(guī)格的鏟運(yùn)設(shè)備。設(shè)備太小，則一次爆破礦石積壓時間過長,出礦循環(huán)時間過長,生產(chǎn)能力得不到提高。設(shè)備過大,則一次崩礦量無法滿足鏟裝要求,造成出礦設(shè)備閑置的情況。

4 結(jié)語

無底柱分段崩落法受傳統(tǒng)放礦理論的影響,國內(nèi)過去一般都采取10m左右的小規(guī)格參數(shù)。國外卻普遍朝著大結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要為寬進(jìn)路)、大型設(shè)備方向發(fā)展。但并不是每個礦山都適合采用大結(jié)構(gòu)參數(shù),不同的礦石性質(zhì)需采取不同的礦塊結(jié)構(gòu)。該采礦方法在設(shè)計階段暫無法直接對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行量化,各礦山應(yīng)做工業(yè)化放礦實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上,再在生產(chǎn)中逐步校核,根據(jù)不同的出礦效果,逐步優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。

[1]孫光華,呂廣忠．我國無底柱分段崩落法的發(fā)展方向[J]．河北理工學(xué)院學(xué)報,2007,29(2):4-6．

[2]安宏,胡杏保．無底柱分段崩落法應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．礦業(yè)快報,2005(9): 6-9．

[3]郭雷,熊靚輝．無底柱分段崩落法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．中國礦山工程,2010,39(6):44-48．

[4]陶干強(qiáng),劉振東,任鳳玉,等．無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究[J]．煤炭學(xué)報,2010,35(8):1269-1272．

[5]金闖,董振民,范慶霞．梅山鐵礦大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)研究與應(yīng)用[J]．金屬礦山,2002(2):7-9．[6]于潤滄．采礦工程師手冊[M]．北京:冶金工業(yè)出版社,2009．

Affecting Factor of Selection of Structure Parameters on Non-pillar Sublevel Caving Method

CAI Xugan1,MEN Jianbing2,HUANG Defu3(1.China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.Jiangxi Administration of Work Safety,Nanchang,Jiangxi 330001,China)

Non-pillar sublevel caving method is widely used in metal mine at home and abroad due to the advantages of production flexibility,high mechanical level,large production capacity and low mining cost and so on.Selection of structure parameters of mining site has important effect on mining scale and production cost.According to the characteristic of non-pillar sublevel caving method and introduction of application of method in domestic/overseas typical mines,the paper analyzes the effect of structure parameters on mining scale and production cost and discusses constraints on selection of structure parameters from the aspects of ore/ rock characteristic and mining equipment.

Non-pillar sublevel caving method;structure parameters;ore body occurrence condition;ore/rock characteristic; mining equipment

TD853.36+2

B

1004-4345(2014)03-0004-03

2013-08-01

江西省科技支撐項(xiàng)目(20111BBE50031)。

蔡序淦(1982—),男,工程師,主要從事礦山設(shè)計與咨詢工作。