融冠礦業(yè)崩落法放礦試驗(yàn)優(yōu)化采場進(jìn)路參數(shù)研究

彭敏杰 陸玉根

（1.內(nèi)蒙古興業(yè)集團(tuán)融冠礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

融冠礦業(yè)有限公司隸屬于內(nèi)蒙古興業(yè)集團(tuán)股份有限公司，礦山于2005 年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為45萬t/a，2008 年經(jīng)過改擴(kuò)建生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到90 萬t/a，2016年進(jìn)一步進(jìn)行改擴(kuò)建，生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到目前的135萬t/a。礦山主要采用無底柱分段崩落法開采，上部分段高度10 m，下部分段高度12～14 m。礦山在基建期內(nèi)進(jìn)行了露天開采，地下開采投產(chǎn)后在1 158 m中段水平進(jìn)行了強(qiáng)制落頂，與地表貫通，同時形成覆蓋層。目前礦山主礦體正在回采950 m及938 m水平礦體，即將結(jié)束，盲礦體正在回采976 m水平礦體。

主礦體采場結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為12 m×10 m（分段高度×進(jìn)路間距），進(jìn)路尺寸規(guī)格為4 m×4 m（寬度×高度），排距為1.6～1.7 m，一次爆破一排炮孔，孔底距為1.6～1.7 m，主要運(yùn)用在主礦體976 m 水平以上及盲礦體各分段。自962 m 分段水平以下，主礦體加大了進(jìn)路間距和進(jìn)路寬度，采場結(jié)構(gòu)參數(shù)為12 m×15 m（分段高度×進(jìn)路間距），進(jìn)路尺寸為4 m×6 m（高度×寬度），排距和孔底距調(diào)整至1.8 m，仍為一次爆破一排炮孔。增加進(jìn)路間距后擴(kuò)大進(jìn)路尺寸寬度缺乏充分依據(jù)，有必要開展采場進(jìn)路參數(shù)放礦試驗(yàn)研究。

為研究適合融冠礦業(yè)無底柱分段崩落法［1-5］開采的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，為礦山下一步優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及回采指標(biāo)提供技術(shù)支撐，為此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室放礦模擬試驗(yàn)，尋求最佳的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，確定合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，并根據(jù)特定條件下的礦巖移動規(guī)律以及礦山生產(chǎn)實(shí)際，制定科學(xué)有效的放礦管理方式，為提高回采效率、優(yōu)化回采指標(biāo)（降低廢石混入率、提高回收率等）提供參考。

1 試驗(yàn)方案

主礦體采場結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計為12 m×10 m（分段高度×進(jìn)路間距），進(jìn)路尺寸為4 m×4 m（寬度×高度），自962 m 分段水平以下，主礦體加大了進(jìn)路間距為15 m，加大了進(jìn)路尺寸為4 m×6 m（高度×寬度），試驗(yàn)主要對參數(shù)結(jié)構(gòu)12 m×15 m（分段高度×進(jìn)路間距）情況下的進(jìn)路尺寸參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化。

1.1 單體試驗(yàn)方案

通過實(shí)驗(yàn)室單體放礦模擬試驗(yàn)探索礦巖流動規(guī)律，揭示放礦橢球體的發(fā)育形態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場端壁放礦特征，試驗(yàn)在采用相似端壁的情況下，下部預(yù)留一出礦口（相當(dāng)于采場進(jìn)路），利用鏟斗將模型內(nèi)的礦巖逐步鏟出，同時將預(yù)裝入的標(biāo)志顆粒進(jìn)行回收。根據(jù)標(biāo)志顆粒被放出的順序，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［6］。試驗(yàn)采用鋁片制作放礦進(jìn)路口，進(jìn)路口尺寸按目前井下出礦進(jìn)路口1∶100 比例制作，為4 cm×4 cm（進(jìn)路高度×進(jìn)路寬度），同時按擴(kuò)寬進(jìn)路口4 cm×6 cm進(jìn)行一次試驗(yàn)，計算橢球體的發(fā)育參數(shù)。

1.2 立體試驗(yàn)方案

通過實(shí)驗(yàn)室立體放礦模擬試驗(yàn)得到不同參數(shù)組合下的回收貧化指標(biāo)，尋求最佳的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合（進(jìn)路口尺寸等）。構(gòu)建四面可以靈活拆卸的立體木制裝礦箱架，箱件與現(xiàn)場按1∶100比例制作。側(cè)面步距由木條按照不同參數(shù)一塊塊裝訂。試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋壤秊?∶100，模型為木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)。放礦口巷道斷面用厚1 mm 鐵皮制作。巷道呈菱形交錯布置，共布置5個分段，每個分段3～4個進(jìn)路，每個進(jìn)路布置4個步距，各步距均采用可抽出式鐵皮制作（圖1）［6］。

融冠礦業(yè)井下采用爆破出礦量截止出礦，因此實(shí)驗(yàn)室也采用這種進(jìn)路口爆破量來進(jìn)行相似出礦。依據(jù)物理相似原理，無底柱分段崩落法放礦試驗(yàn)的基礎(chǔ)是進(jìn)行礦巖塊度組成調(diào)查及分級，礦巖塊度組成的不同將直接影響放礦試驗(yàn)結(jié)果。為使試驗(yàn)最大程度地與現(xiàn)場吻合，需進(jìn)行井下采場進(jìn)路口崩落礦巖塊度組成調(diào)查與分級，此次礦巖塊度調(diào)查與分級采用照相面積法。粒級組成依據(jù)選取的1∶100相似比對礦樣進(jìn)行破碎、篩分、配樣，得到實(shí)驗(yàn)室放礦試驗(yàn)所需要的相似材料。

為比較不同進(jìn)路尺寸參數(shù)的影響，試驗(yàn)共設(shè)置了6組不同的立體試驗(yàn)參數(shù)，見表1。

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2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單體放礦試驗(yàn)分析繪制出的放出橢球體，可知采用不同進(jìn)路口寬度（4 m×6 m 和4 m×4m），放出橢球體形態(tài)在橫剖面上明顯不同，前者的放出橢球體較后者明顯肥大，如圖2 所示放出更多的兩側(cè)礦石。

將單體試驗(yàn)描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進(jìn)行排列，得到如圖3所示的進(jìn)路間距10 m、進(jìn)路口寬度4 m 時的橢球體排列。理論上來說，采用上下交錯布置進(jìn)路口的方式使得放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，此種情況為最佳排列組合方式。圖3 所示的橢球體排列為該種情況下的最佳排列組合，上下左右各處在理論上均能放出，貧化和損失較小，說明分段高度為12 m 時，進(jìn)路間距取10 m，進(jìn)路口寬度4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。

單方面增大進(jìn)路間距至15 m 后的橢球體排列如圖4 所示。由圖4 可知：進(jìn)路間距擴(kuò)大后，若放礦口不變，橢球體形態(tài)不變，橢球體達(dá)到上一分段后，兩側(cè)礦石未能放出，且橢球體在豎直方向上流動較水平方向快，若繼續(xù)放礦，會加使得部廢石加速貧化，而兩側(cè)礦石變化不大，這種情況會造成較大的貧化和損失。

增大進(jìn)路間距至15 m，同時將進(jìn)路寬度擴(kuò)寬至6 m 后的橢球體排列如圖5 所示。由圖5 可知：由于擴(kuò)大了進(jìn)路口寬度，橢球體在水平方向上變得肥大，解決了圖4中兩側(cè)礦石無法放出的問題，同樣實(shí)現(xiàn)了放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，使得貧化和損失較小。目前礦山在主礦體962 m 水平以下采用了這種方法，增大了間距，擴(kuò)大了進(jìn)路寬度，雖然采準(zhǔn)工程量有所增加，但礦石回收和貧化指標(biāo)相應(yīng)地有所提高，因此進(jìn)路口擴(kuò)寬具有一定的合理性。

依據(jù)立體試驗(yàn)得到的不同參數(shù)下試驗(yàn)指標(biāo)見表2。

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由表2 可知：在分段高度×進(jìn)路間距組合為12 m×15 m 的條件下，無論崩礦步距為1.7，2.8，3.4 m，進(jìn)路尺寸為4 m×6 m（寬度×高度）時參數(shù)組合的回貧差均高于進(jìn)路尺寸為4 m×4 m（寬度×高度）時的參數(shù)組合。這表明，在分段高度×進(jìn)路間距組合為12 m×15 m 的條件下，增大進(jìn)路口寬度可提升回貧指標(biāo)。

結(jié)合單體試驗(yàn)成果，將單體試驗(yàn)描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進(jìn)行排列，分段高度12 m 時，進(jìn)路間距取10 m、進(jìn)路口寬度取4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。增大進(jìn)路間距至15 m，同時將進(jìn)路寬度擴(kuò)大至6 m后的橢球體排列，由于擴(kuò)大了進(jìn)路口寬度，橢球體在水平方向上變得肥大，解決了兩側(cè)礦石不能放出的問題，同樣實(shí)現(xiàn)了放出橢球體在橫剖面近似兩兩相切，使得貧化和損失較小。

綜合單體試驗(yàn)結(jié)果及立體試驗(yàn)成果可知：目前礦山在主礦體962 m水平以下，增大間距至15 m同時擴(kuò)大進(jìn)路寬度至6 m，雖然采準(zhǔn)工程量有所增加，但礦石回收和貧化綜合指標(biāo)得以優(yōu)化，具有合理性。

3 結(jié) 論

（1）為研究適合于融冠礦業(yè)無底柱分段崩落法的進(jìn)路口尺寸，開展了放礦試驗(yàn)來優(yōu)化采場進(jìn)路參數(shù)。放礦試驗(yàn)包括單體試驗(yàn)和立體試驗(yàn)，通過單體試驗(yàn)探索出礦巖流動規(guī)律，揭示放礦橢球體的發(fā)育形態(tài)；通過立體放礦試驗(yàn)確定出最佳的采場進(jìn)路尺寸參數(shù)。

（2）單體試驗(yàn)得出了融冠礦業(yè)放出橢球體在不同放出高度下的發(fā)育形態(tài)，揭示了放礦橢球體各方向上半軸值的內(nèi)在關(guān)系，結(jié)合記錄的耙出標(biāo)志顆粒數(shù)據(jù)，分別推導(dǎo)出不同高度上的放出體（橢球體缺）的大致形狀，并記錄其在不同放出體高度時的偏心率及半軸值。橢球體發(fā)育形態(tài)分析表明：采用不同進(jìn)路口寬度（4 m×6 m 和4 m×4 m）時，放出橢球體形態(tài)在橫剖面上明顯不同，前者的放出橢球體較后者明顯肥大，可放出更多的兩側(cè)礦石。

（3）將單體試驗(yàn)描繪出的橢球體按照目前井下采用的不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合進(jìn)行排列，結(jié)果表明：分段高度12 m、進(jìn)路間距10 m、進(jìn)路口寬度4 m 是一種較為合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)組合，目前的盲礦體即采用該參數(shù)組合。單方面增大進(jìn)路間距至15 m 后，在進(jìn)路間距擴(kuò)大后，若放礦口尺寸不變，橢球體形態(tài)不變，橢球體達(dá)到上一分段后，兩側(cè)礦石未能放出，且橢球體在豎直方向上流動較水平方向快，若繼續(xù)放礦，會加大上部廢石的貧化，而兩側(cè)礦石變化不大，這種情況會造成較大的貧化和損失。