夜長坪鉬礦自然崩落法塊度預測及控制技術研究

陳江川，李興平， 李偉明

(1.中國黃金集團中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

夜長坪鉬礦自然崩落法塊度預測及控制技術研究

陳江川1，李興平1， 李偉明2

(1.中國黃金集團中原礦業(yè)有限公司， 河南 三門峽市 472200；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

自然崩落采礦法是依賴礦體自身重力作用使其受壓失穩(wěn)而產(chǎn)生自然坍塌并實行控制出礦的采礦方法，其自然崩落的礦體具有塊度無序的特征，但可以通過采用巖石質(zhì)量指標法、圖像法和節(jié)理網(wǎng)絡模擬法等理論方法進行先期自然塊度預測。后采用延長崩落作用時間、控制采場出礦量和出礦速度、調(diào)節(jié)崩落區(qū)空間高度、延緩巖塊脫離礦體的時間，即可間接控制崩落速度，改善崩礦塊度，在生產(chǎn)實踐中取得了較好的效果。

自然崩落；塊度預測；崩礦塊度

0 前 言

夜長坪鉬礦床由上部礦體和下部礦體兩部分組成，規(guī)模、儲量大，礦體東西長800 m，南北寬約600 m，厚6.39～236.04 m，屬大型細脈浸染型鉬礦床。礦山始建于1996年4月，于2010年下半年由中國黃金集團控股收購，計劃將礦山近期建設成規(guī)模為20000 t/d，遠期建設規(guī)模為60000 t/d的有色金屬地下礦山。目前，該礦床由中國黃金集團中原礦業(yè)有限公司經(jīng)營開采。礦床采用主平硐+盲斜井聯(lián)合開拓，主要采礦方法為自然崩落采礦法和分段中深孔強制崩落采礦法。

鉬礦體受2組斷裂聯(lián)合控制，共生兩個主要礦體，分別為上部Ⅰ礦體和下部Ⅱ礦體。上部礦體位于花崗斑巖之上，為圓餅狀，形狀比較規(guī)則，礦體中心偏高，向四周呈10°傾斜，礦體走向長820 m，寬約590 m，厚6～230 m，局部地段有兩層礦體；下部礦體位于花崗斑巖之下，厚度達6～300 m，礦體頂板為白云巖，底板為白云巖或鉀長花崗斑巖。礦巖較堅硬、致密、性脆，受后期構(gòu)造和風化影響，巖石較破碎，穩(wěn)定性差，屬不易管理頂?shù)装澹壮霈F(xiàn)冒頂、塌落等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。

1 塊度控制技術研究

1.1 影響礦巖塊度的因素分析

隨著對自然崩落規(guī)律研究的深入，已清楚地認識到影響礦巖塊度的因素主要有以下幾點：

(1) 節(jié)理的分布和數(shù)量關系。

(2) 地應力狀態(tài)。包括原始地應力和次應力狀況。

(3) 研磨作用。崩下礦石在放礦流動過程中發(fā)生研磨與碰撞作用，造成已經(jīng)崩落的礦石二次非人為破碎。

1.2 塊度預測理論

預測礦巖塊度的方法可分為以下3類：巖石質(zhì)量指標法、圖像法和節(jié)理網(wǎng)絡模擬法。巖石質(zhì)量指標法是根據(jù)巖體特性參數(shù)對可崩性和崩落礦巖塊度進行定性評價的一種方法，是一種比較接近經(jīng)驗的預測手段，主要是對崩落礦巖塊度進行初步定性評價；圖像分析法的基本思想是對爆堆圖像分割后得到礦巖塊體在攝影平面上的二維投影輪廓，然后通過一定的重構(gòu)技術，實現(xiàn)由二維向三維的擴展，獲得三維塊體的塊度分布。節(jié)理網(wǎng)絡模擬法就是一種根據(jù)節(jié)理空間展布狀態(tài)及節(jié)理面條件的統(tǒng)計分析結(jié)果，采用Monte Carlo模擬技術模擬節(jié)理面對巖體的切割情況，并利用有關崩落和放礦過程的力學知識，預測崩落礦巖的塊度分布。

2 礦體自然塊度預測

采用Makeblock礦巖塊度預測軟件預測礦巖塊度，按礦體、上下盤分區(qū)、不同可崩性類別分區(qū)以及氧化礦體整體評價區(qū)域?qū)σ归L坪鉬礦區(qū)的礦巖進行原始塊度預測。在用Makeblock軟件進行塊度預測時，每次節(jié)理面抽樣的個數(shù)設定為30000，塊體抽樣的個數(shù)設定為10000。經(jīng)多次抽樣實驗，發(fā)現(xiàn)當塊數(shù)設定為10000時，特大塊的體積百分比在3%以下，抽樣結(jié)果比較穩(wěn)定。當抽樣塊數(shù)設定為10000時，按每個塊體平均六個面計算，則需60000個節(jié)理面，而每個節(jié)理面可充當兩個塊體的面，因此節(jié)理面抽樣塊數(shù)設定大于30000即可。

依據(jù)塊度預測結(jié)果的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，塊度大于0.91 m的格篩上大塊所占百分比為29%，塊度大于1.4 m的篩上大塊占比為16%，具有部分二次破碎量，但放礦口堵塞的幾率不大。等效尺寸分布曲線、形狀系數(shù)分布曲線、體積分布曲線分別見圖1～圖3。

圖1 等效尺寸分布曲線

圖2 形狀系數(shù)分布曲線

圖3 體積分布曲線

從圖1來看，礦體下盤部分的大塊率比較多，而上盤的大塊率最小，大塊塊度在2.0～2.28 m之間變化，比較接近。等效尺寸篩上統(tǒng)計表明，原始礦巖崩落尺寸大于0.91 m的塊體，礦體中約占59%，上盤部分約占49%，下盤中約占59.8%；崩落礦巖塊度大于1.2 m的塊體，礦體中占37%，上盤中占26.1%，下盤中占35.9%。

從圖2來看，3者的形狀系數(shù)分布差別不大，主要分布集中在0.018～0.19之間，依據(jù)相關參數(shù)的對照標準，以盤狀和塊狀占多數(shù)。下盤的塊度略大于礦體，上盤的最小，這和RMR值定性評價塊度的研究結(jié)果一致。下盤部分塊度較大，則巖石穩(wěn)定，有利于開拓工程的施工安全，但上盤部分塊度較小，則容易冒落和掉塊，比較容易引起采場內(nèi)原始貧化，因此應加強放礦管理，嚴格控制貧化。

從圖3來看，下盤的塊度大，上盤的塊度小，礦體的塊度和下盤的塊度幾率比較接近，整體上小于上盤，而從塊體體積來看，礦體的塊體體積最大值略小于上盤礦體，上、下盤的塊體體積最大值在1.0～3.5 m3之間變化。

3 塊度控制工藝

礦體破壞受外力作用后，首先沿原有的裂隙面擴開，礦石崩落塊度與其節(jié)理發(fā)育狀況分布有十分重要關系。因此，通過控制采場拉底面積的大小和崩落區(qū)礦堆空隙量，就可對自然崩落范圍和速度實行控制，通過控制崩落速度，又可使巖體中應力作用時間和崩落塊度得到控制。

綜上所述，崩落礦石塊度大小除節(jié)理裂隙切割形成自然塊度因素影響外，延長崩落作用時間，促使裂隙延伸并發(fā)育新的次級裂隙，二次切割巖體，將是控制崩落礦石塊度最有效的方法。同時，控制采場出礦量和出礦速度，調(diào)節(jié)崩落區(qū)礦堆表面與頂板暴露面間的空間高度，必要時礦堆向暴露頂板施加托力，延緩巖塊脫離礦體的時間，即可間接控制崩落速度，改善崩礦塊度。

4 結(jié) 論

(1) 以構(gòu)造面的空間展布規(guī)律及相互切割關系為基礎, 按照統(tǒng)計學原理模擬構(gòu)造面對巖體的切割作用及由此切割而形成的巖塊大小和形狀的分布組成，綜合節(jié)理系統(tǒng)的空間幾何參數(shù)、地應力狀態(tài)和運動過程研磨共同作用效果，根據(jù)Monte Carlo方法和格里文科(W.Glivenko)大數(shù)定理建立的塊度預測模型，應用Borland Delphi 5.0軟件進行分析計算，提供了一種礦巖塊度的有效預測方法和手段。

(2) 自然崩落塊度預測模型分析得出，等效尺寸大于0.91 m的塊體篩上累積百分比為29.8%，大于1.4 m的塊體篩上累積百分比為16.1%，礦體和下盤的塊度較大，上盤的塊度最小，3者的等效尺寸最大值在2.0～2.28 m之間變化。原始礦巖塊度中，等效尺寸大于0.91 m的塊體，礦體中占59%，上盤中占49%，下盤中占59.8%，等效尺寸大于1.2 m的塊體，礦體中占37%，上盤中占26.1%，下盤中占35.9%。這些數(shù)據(jù)對于設備選擇和生產(chǎn)計劃編制較為有利。

(3) 自然崩落塊度預測及控制工藝，是一個理論性強和涉及因素多的工作，其多變性和不確定性決定了該問題的復雜性，要使理論分析更好地符合于實際，必需在今后生產(chǎn)實踐中，不斷探索創(chuàng)新，并不斷完善。

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2017-03-29)

陳江川(1964-)，男，山西夏縣人，高級工程師，主要從事礦山技術研究和生產(chǎn)管理,Email：546118697@qq.com。