急傾斜脈狀礦體采礦量計(jì)算方法分析

曾 強(qiáng)

(江西大吉山鎢業(yè)有限公司, 江西 全南 341801)

急傾斜脈狀礦體采礦量計(jì)算方法分析

曾 強(qiáng)

(江西大吉山鎢業(yè)有限公司, 江西 全南 341801)

針對(duì)地下礦山急傾斜脈狀礦體開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)的采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量計(jì)算錯(cuò)誤等一系列問(wèn)題，運(yùn)用科學(xué)的研究方法和技術(shù)，深入系統(tǒng)地推導(dǎo)出了該類采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量的計(jì)算公式，分析了垂直素描法在急傾斜脈狀礦體采場(chǎng)測(cè)量素描中的實(shí)用性，驗(yàn)證了采場(chǎng)合格采幅是垂直采寬而并非水平采寬。這些研究成果有效解決了急傾斜脈狀礦體采礦量計(jì)算問(wèn)題，對(duì)優(yōu)化礦山企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)管理具有一定的意義和價(jià)值。

急傾斜； 脈狀礦體； 采礦量； 計(jì)算方法

1 研究背景

地下礦山采用淺孔留礦法開(kāi)采傾角大于55°的急傾斜脈狀礦體時(shí)會(huì)形成狹長(zhǎng)采空區(qū)。采場(chǎng)測(cè)量時(shí)，在兩行人井間敷設(shè)羅盤儀導(dǎo)線，用支距法測(cè)量采場(chǎng)輪廓，并繪制三面圖，即采場(chǎng)平面圖、縱投影圖和橫剖面圖，然后利用三面圖圈定計(jì)算采礦量的有關(guān)參數(shù)，最后進(jìn)行實(shí)際采出礦石量計(jì)算[1]。

在實(shí)際工作中，針對(duì)采礦量的計(jì)算存在一些不同看法，有人認(rèn)為采場(chǎng)驗(yàn)收計(jì)算高度時(shí)用的是斜高，采幅用的是水平寬度，最后計(jì)算出的采礦量比實(shí)際要多。鑒于此，為了提升企業(yè)管理水平，有必要對(duì)急傾斜脈狀礦體采場(chǎng)回采礦石量的計(jì)算方法進(jìn)行研究分析，推導(dǎo)出更加切合實(shí)際、更為科學(xué)合理的研究結(jié)論，并以此來(lái)規(guī)范技術(shù)管理。

2 采礦量計(jì)算公式推導(dǎo)

對(duì)于急傾斜脈狀礦體的采場(chǎng)，要計(jì)算其實(shí)際采出礦石量，可以通過(guò)下面的公式得出[2]：

Q=Vd

(1)

式中：Q——實(shí)際采出礦石量，t；V——實(shí)際采出礦石體積，m3；d——礦石的體重，t/m3。

在(1)式中，d是一個(gè)定值，可以通過(guò)一定方法測(cè)定而得。對(duì)于采出礦石體積V的計(jì)算，先了解一個(gè)長(zhǎng)方體的體積計(jì)算公式。如圖1所示，不管長(zhǎng)方體是豎直的還是傾斜的，它的體積計(jì)算公式均為：

V=S底H

(2)

式中：V——長(zhǎng)方體的體積；S底——長(zhǎng)方體的底面積；H——長(zhǎng)方體的高。

圖1 長(zhǎng)方體體積計(jì)算圖

根據(jù)式(2)，圖1中長(zhǎng)方體ABCD—EFGH的體積為：

V長(zhǎng)方體=SABCDAE=3.0×6.0×1.2=21.6m3

(3)

急傾斜脈狀礦體采場(chǎng)好比圖1b中的長(zhǎng)方體，假如將圖1a中的長(zhǎng)方體傾斜，且傾角為65°，如圖2所示，面ABCD為采場(chǎng)下盤，面EFGH為采場(chǎng)上盤。

圖2 實(shí)際采出礦石體積計(jì)算示意圖

在實(shí)際工作中，采場(chǎng)測(cè)量素描后，可以根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制采場(chǎng)三面圖，即平面圖、縱投影圖和橫剖面圖。在縱投影圖上，可以圈得采場(chǎng)縱投影垂直面積SA′B′CD；在分層平面圖上，可以通過(guò)算術(shù)平均法求得采場(chǎng)垂直采寬L；在橫剖面圖上，可以量取采場(chǎng)傾角a。

根據(jù)式(3)，按照三面圖有關(guān)數(shù)據(jù)，采場(chǎng)實(shí)際采出礦石體積為：

V采出=SA′B′CD÷sina×AE= 5.44×3.0÷sin65°×1.2=21.6m3

(4)

根據(jù)(3)和(4)式計(jì)算結(jié)果相等的條件，再結(jié)合(1)式可以得出：采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量等于縱投影垂直面積除以采場(chǎng)傾角正弦值，再乘以平均垂直采寬和礦石體重，即：

Q=Vd=S÷sina×L×d

(5)

式中：Q——實(shí)際采出礦石量，t；V——實(shí)際回采礦石體積，m3；S——實(shí)際回采垂直面積，m2；a——采場(chǎng)傾角，(°)；L——回采平均垂直采寬，m；d——礦石體重，t/m3。

在采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量計(jì)算工作中，還要注意實(shí)際回采垂直面積S，不含采場(chǎng)內(nèi)中央天井、二次切割空區(qū)以及礦柱等面積。

3 采幅測(cè)量方法分析

根據(jù)前面分析研究并推導(dǎo)出的采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量計(jì)算公式，可知縱投影垂直面積S可以通過(guò)縱投影圖進(jìn)行圈定，采場(chǎng)傾角a可以通過(guò)橫剖面圖量取，平均垂直采寬L可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的眾多垂直采寬算術(shù)平均求得，則垂直采寬L測(cè)量方法眾多，下面就這一參數(shù)獲取進(jìn)行研究分析。

目前對(duì)于采場(chǎng)測(cè)量素描，大致有3種說(shuō)法，第一種是垂直素描法，第二種是豎直平面投影素描法，第三種是水平素描法。更切合實(shí)際、更為實(shí)用的方法分析如下。

3.1 垂直素描法

所謂垂直素描法就是垂直礦脈或采場(chǎng)兩幫進(jìn)行測(cè)量編錄，所得垂直采寬也叫作真采幅。測(cè)量素描時(shí)，一般采用羅盤導(dǎo)線支距法每隔2m進(jìn)行一次素描。

如圖3a，在編錄點(diǎn)A素描時(shí)，先用卷尺將A點(diǎn)豎直投影到采場(chǎng)頂板上且投影點(diǎn)為A′；然后以點(diǎn)A′為起點(diǎn)，垂直礦脈或采場(chǎng)兩幫向北素描礦脈0.08m，再向南素描礦脈0.22m、圍巖0.78m；最終計(jì)算真采幅為1.08m、脈幅為0.3m。

當(dāng)投影點(diǎn)A′不在采場(chǎng)頂板而在北幫上，如圖3b所示，這時(shí)先量出點(diǎn)A′至采場(chǎng)頂板北邊的豎直垂距為-0.15m，再以采場(chǎng)頂板北邊為起點(diǎn)，垂直礦脈或采場(chǎng)兩幫向南素描礦脈0.3m、圍巖0.78m；最終計(jì)算真采幅也為1.08m、脈幅也為0.3m。

圖3 采場(chǎng)垂直素描法示意圖

上述兩種情況，不管編錄點(diǎn)A在什么位置，采場(chǎng)頂板素描結(jié)果完全一致。

3.2 豎直平面投影素描法

采場(chǎng)素描時(shí)，有人提出了將采場(chǎng)頂板豎直向下平面投影進(jìn)行測(cè)量素描，這一方法叫作豎直平面投影法。

如圖4所示，將采場(chǎng)頂板向下投影到以編錄點(diǎn)A為基準(zhǔn)水平面上，并以點(diǎn)A為測(cè)量點(diǎn)，向北素描礦脈0.06m，再向南素描礦脈0.17m、圍巖0.6m，最終計(jì)算水平投影采幅為0.83m、脈幅為0.23m。這樣素描得出的結(jié)果，不能直接反映采場(chǎng)頂板真實(shí)情況，應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算，增加工作程序，降低了工作效率。

圖4 采場(chǎng)豎直平面投影素描法示意圖

3.3 水平素描法

工作中還有一些人認(rèn)為應(yīng)該水平測(cè)量進(jìn)行素描，如圖5所示，在編錄點(diǎn)A沿礦脈傾向由北幫至南幫的實(shí)際寬度BC即為水平采寬，也叫作假采幅。這種素描方法很難進(jìn)行素描，因?yàn)锽C處于采空區(qū)且與采場(chǎng)頂板存在夾角和一定距離，在BC面上難以確定礦脈的具體位置以及大小，只能靠推斷預(yù)測(cè)礦脈情況，這樣素描誤差顯然太大，不符合實(shí)際，也不便于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

圖5 采場(chǎng)水平素描法示意圖

3.4 素描方法分析

因第三種方法不切合實(shí)際，難以采納實(shí)施，所以，下面對(duì)第一、二種素描方法進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析。

(1)第二種方法工作量更大，當(dāng)一個(gè)人測(cè)量時(shí)，操作難度大，工作效率大大降低，而且誤差也大；若兩個(gè)人測(cè)量，雖然精度可以保證，但因采場(chǎng)空間狹小，工作效率也不高，且操作繁瑣。

(2)第二種素描方法所得的采幅為豎直平面投影采幅，而非真采幅，不便于指導(dǎo)生產(chǎn)；再者計(jì)算產(chǎn)量時(shí)需要轉(zhuǎn)換，增加了工作程序，使計(jì)算變得繁瑣。

(3)在繪制采場(chǎng)橫剖面圖時(shí)，需要反映采場(chǎng)頂板真實(shí)情況，而第一種素描方法所得的真采幅正好是繪圖所需要的，并且可以直接應(yīng)用。

根據(jù)上述優(yōu)缺點(diǎn)分析可知，垂直素描法即垂直礦脈或采場(chǎng)兩幫進(jìn)行素描的方法在急傾斜脈狀礦體采場(chǎng)測(cè)量素描中更為實(shí)用。

4 采場(chǎng)合格采幅驗(yàn)證

在采礦工程中，為了降低貧化提高品位和滿足施工條件要求，針對(duì)不同傾角采場(chǎng)的實(shí)際采寬規(guī)定了有效采寬，這一有效采寬稱之為合格采幅。

在日常工作中，對(duì)合格采幅的理解存在一些分歧，有人認(rèn)為是水平采寬，有人認(rèn)為是垂直采寬。如圖6所示，水平采寬又叫假采幅，是指沿礦脈傾向采場(chǎng)內(nèi)南北幫的水平寬度AB；而垂直采寬又叫真采幅，是指垂直礦脈或采場(chǎng)南北幫的垂直寬度AC。

圖6 采場(chǎng)真假采幅示意圖

合格采幅是水平采寬或者說(shuō)是垂直采寬，單從字面意思或一貫經(jīng)驗(yàn)做法一時(shí)難以說(shuō)清楚。下面針對(duì)這一分歧進(jìn)行分析驗(yàn)證。

4.1 假設(shè)合格采幅是水平采寬

如圖7a、圖7b分別是傾角為61°和65°的采場(chǎng)橫剖面圖，實(shí)際回采高度均為3.0m、水平采寬均為1.2m。

圖7 相同水平采寬不同傾角采場(chǎng)橫剖面示意圖

按照采幅是水平采幅的說(shuō)法，假設(shè)兩個(gè)采場(chǎng)長(zhǎng)度均為50m，礦石體重為2.83t/m3，按采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量的計(jì)算公式Q=Vd=S÷sina×L×d，則其采礦量分別為：

圖7a：Q1=(50×2.62/sin61°)×(1.2×sin61°)×2.83=445t

圖7b：Q2=(50×2.72/sin65°)×(1.2×sin65°)×2.83=462t

4.2 假設(shè)合格采幅是垂直采寬

如圖8a、圖8b分別是傾角為61°和65°的采場(chǎng)橫剖面圖，實(shí)際回采高度均為3.0m、垂直采寬均為1.2m。

圖8 相同垂直采寬不同傾角采場(chǎng)橫剖面示意圖

按照采幅是水平采幅的說(shuō)法，假設(shè)兩個(gè)采場(chǎng)長(zhǎng)度均為50m，礦石體重為2.83t/m3，按采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量的計(jì)算公式Q=Vd=S÷sina×L×d，則其采礦量分別為：

圖8a：Q1=(50×2.62/sin61°)×1.2×2.83=509t

圖8b：Q2=(50×2.72/sin65°)×1.2×2.83=509t

綜上分析論證過(guò)程可知，一個(gè)采場(chǎng)的傾角不是一個(gè)定值，它隨礦體傾角的變化而在一定范圍內(nèi)不斷變化，若采場(chǎng)合格采幅是水平采寬時(shí)，則采礦量也隨其傾角的變化而不斷變化，這樣不利于指導(dǎo)生產(chǎn)技術(shù)管理，不僅加大了工作的時(shí)間和難度，而且又不能很好地保證產(chǎn)量計(jì)算的精確度，故采場(chǎng)合格采幅是水平采寬的理論顯然站不住腳。然而，采場(chǎng)合格采幅是垂直采寬時(shí)，當(dāng)采場(chǎng)滿足一定相同條件，在一定范圍內(nèi)不管其傾角變小變大，其實(shí)際回采礦石量始終保持不變。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述理論分析，得出如下結(jié)論。

(1)急傾斜礦體采場(chǎng)實(shí)際采出礦石量的計(jì)算公式為Q=S÷sina×L×d。

(2)急傾斜礦體采場(chǎng)素描方法應(yīng)采用垂直素描法，即垂直礦脈或采場(chǎng)兩幫進(jìn)行采場(chǎng)頂板真實(shí)情況測(cè)量素描。

(3)急傾斜礦體采場(chǎng)合格采幅是垂直采寬，也就是說(shuō)使用采場(chǎng)垂直采寬作為采場(chǎng)合格采幅的圈定依據(jù)，而并非合格采幅是水平采寬。

上述結(jié)論有效解決了本文中提及的急傾斜礦體采場(chǎng)礦量計(jì)算錯(cuò)誤等一系列問(wèn)題，消除了認(rèn)識(shí)上的偏差，其應(yīng)用可以使產(chǎn)量計(jì)算的方法更為科學(xué)合理，結(jié)果更加精確，進(jìn)一步提升了礦山生產(chǎn)管理水平。

[1] 曾 強(qiáng).急傾斜薄礦體采場(chǎng)測(cè)量平差計(jì)算方法研究[J].礦山測(cè)量，2016，44(2)：29-32.

[2] 張國(guó)良，朱家鈺，顧和河.礦山測(cè)量[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2006.128-129.

Ore yield calculation method analysis in steeply-inclined vein orebody mining

According to the problems of real ore yield calculation mistake in underground steeply-inclined vein orebody mining, using scientific research method and techniques, the real ore yield calculation formula was systemically conducted. The practicability of vertical sketch method in the survey and sketch of steeply-inclined vein orebody stope was analyzed. It is verified that the stope qualified mining width is vertical mining width but not level mining width. These research results resolved the ore yield calculation problem effectively in steeply-inclined vein orebody mining, and it has significance and value for optimizing the management of production technology.

steeply inclined; vein orebody; ore yield; calculation method

1672-609X(2017)02-0069-04

P624.7

A

2016-10-09

2016-10-21

曾 強(qiáng)(1982-)，男，貴州思南人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事礦山生產(chǎn)技術(shù)管理及其研究工作。