我國無底柱分段崩落法損失貧化研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

何榮興 陳麗媛 任鳳玉

(1.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110819;2.河鋼集團礦業(yè)有限公司廟溝鐵礦,河北 秦皇島 066501)

無底柱分段崩落法引入我國已有近60 a的歷 史,由于其具有工藝及結(jié)構(gòu)簡單、安全、高效等突出優(yōu)點,在國內(nèi)金屬非金屬礦山地下開采中得到了廣泛應(yīng)用。該方法的特點之一是覆蓋巖層下逐個步距地出礦,礦巖接觸頻繁,導(dǎo)致礦石損失貧化大,是其生產(chǎn)中的主要問題[1]。據(jù)統(tǒng)計,我國無底柱分段崩落法礦山的礦石損失率一般為15%～20%,貧化率為15%～30%[2]。為改善無底柱分段崩落法的回收指標(biāo),眾多學(xué)者進行了大量研究,取得了較為豐碩的成果,使得該方法的損失貧化得到了一定程度的控制。隨著采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的不斷增加以及大型鑿巖出礦設(shè)備的應(yīng)用,單個分段、單個步距的崩落礦量越來越大,這就需要在實際生產(chǎn)中更加注重損失貧化指標(biāo)的控制。本研究通過系統(tǒng)總結(jié)無底柱分段崩落法損失貧化控制的相關(guān)研究成果,分析目前仍然存在的問題,并對今后的主要研究方向和生產(chǎn)中需要注意的細節(jié)問題進行討論,為進一步控制無底柱分段崩落法的損失貧化提供借鑒。

1 無底柱分段崩落法的發(fā)展歷程

19世紀(jì)50年代,在瑞典的基律納鐵礦形成了無底柱分段崩落采礦法的典型方案,將階段劃分為分段,在分段內(nèi)每隔一定距離施工一條回采巷道,鑿巖、落礦、出礦作業(yè)都在回采巷道內(nèi)完成,從切割槽向分段運輸巷道方向后退式回采,采用扇形中深孔落礦,每次爆破1～2排,無軌設(shè)備出礦,覆蓋巖隨著礦石的采出充填采空區(qū),其采場結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。瑞典Kiruna鐵礦作為無底柱分段崩落法的起源地,引領(lǐng)該法在世界范圍內(nèi)的發(fā)展潮流,為無底柱分段崩落法的推廣和改進作出了很大貢獻。

圖1 無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)Fig.1 Stope structure in non-pillar sublevel caving method

我國自1965年正式引進無底柱分段崩落法典型方案及其配套的無軌采礦設(shè)備后,1967年在大廟鐵礦投入工業(yè)試驗,并于1970年取得全面成功[4-6]。之后,由于該法采工藝簡單、生產(chǎn)安全、效率高等突出優(yōu)點,在金屬礦山[7-8]、非金屬礦山[9-10]地下開采中得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。1975—1980年馬鞍山礦山研究院(現(xiàn)為中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司)和北京鋼鐵學(xué)院(現(xiàn)為北京科技大學(xué))在壽王墳銅礦開展了高端壁無底柱分段崩落法開采方案[11-13]的研究和實踐,大幅提高了出礦效率和采礦強度。2000年在梅山鐵礦開展了大間距集中化無底柱采礦新工藝研究[14-19],并被科技部列為“十五”國家科技攻關(guān)計劃課題,將放礦理論研究以往分析一個孤立的放出體形態(tài)轉(zhuǎn)而分析多個放出體的空間排列,在梅山鐵礦取得了較好的技術(shù)指標(biāo)。“高端壁”和“大間距”無底柱分段崩落法其本質(zhì)上是增大分段高度和進路間距。2000年之后,隨著大型鑿巖設(shè)備和無軌出礦設(shè)備的研發(fā)和普及,我國無底柱分段崩落法快速向著大結(jié)構(gòu)參數(shù)方向發(fā)展。其分段高度已從引進時的10～13 m 發(fā)展到目前的30 m,進路間距則從最初的10 m發(fā)展到現(xiàn)在的25 m,大紅山鐵礦II期開采中采用的分段高度×進路間距為30 m×25 m,成為目前我國分段高度×進路間距最大的礦山[20],基本與Kiruna鐵礦的結(jié)構(gòu)參數(shù)達到了同一水平?，F(xiàn)階段,我國無底柱分段崩落法礦山的結(jié)構(gòu)參數(shù)大部分維持在20 m×20 m左右(表1)。與此同時,回采進路規(guī)格也隨之向大參數(shù)發(fā)展,進路寬度普遍在4.2～4.8 m,進路高度一般為3.8～4.0 m,眼前山鐵礦于2019年開始試驗8 m寬、4 m高的大尺寸進路回采,取得了較好的回收效果。2010年之后,智能化成為無底柱分段崩落法新的發(fā)展方向,國內(nèi)杏山鐵礦走在前列,于2015年實現(xiàn)了破碎、提升、皮帶運輸、排水、通風(fēng)、供電系統(tǒng)的全過程自動化控制,實現(xiàn)了皮帶無人看護、卸料車遙控作業(yè)、井下運輸電機車地面遙控?zé)o人駕駛、中深孔鑿巖臺車遙控自動化作業(yè)[21]。

2005年“綠水青山就是金山銀山”的理念提出后,一系列環(huán)保政策逐漸出臺。2010年后,一些地區(qū)逐漸開始限制新建礦山使用崩落法開采,充填采礦已取代崩落法成為目前礦山開采的主流。但還存在較多已經(jīng)采用該方法開采的礦山,并且隨著大部分露天礦山逐漸轉(zhuǎn)入地下開采,由于露天開采對地表環(huán)境的破壞已形成,加之崩落法有利于露天轉(zhuǎn)地下過程中的產(chǎn)量銜接,因此,仍有部分礦山會選擇無底柱分段崩落法進行地下開采。隨著采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的不斷增加以及大型鑿巖出礦設(shè)備的應(yīng)用,單個分段、單個步距的崩落礦量越來越大,這就更需要在實際生產(chǎn)中更加注重損失貧化指標(biāo)的控制。

表1 國內(nèi)無底柱分段崩落法礦山統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistical results of domestic non-pillar sublevel caving mines

2 控制損失與貧化的研究現(xiàn)狀及存在問題

為降低無底柱分段崩落法的損失貧化,業(yè)內(nèi)學(xué)者及工程科技人員進行了大量的研究工作,主要集中在分析放礦理論和放礦方式、采場結(jié)構(gòu)參數(shù)、回采巷道布置形式、覆蓋巖層塊度等因素對無底柱分段崩落法損失貧化指標(biāo)的影響。本研究通過系統(tǒng)總結(jié)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,分析現(xiàn)階段存在的不足,為進一步控制損失與貧化提供參考。

2.1 放礦理論

放礦理論是研究崩落法礦巖流動規(guī)律和確定崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ),目前主要的放礦理論有橢球體放礦理論[22-23]、類橢球體放礦理論[24-25]、隨機介質(zhì)放礦理論[26-29]和基于Bergmark-Roos方程的放礦理論[30-31]?，F(xiàn)階段,放礦理論研究均將礦巖散體抽象為連續(xù)介質(zhì),將散體的運動速度等視為顆粒所處位置(坐標(biāo)) 的連續(xù)函數(shù),建立相應(yīng)模型,從宏觀統(tǒng)計意義上研究崩落礦巖散體移動規(guī)律。這些放礦理論研究的重點之一就是放出體的形態(tài),基于Bergmark-Roos方程的放礦理論中考慮了散體顆粒的重力和顆粒的摩擦力作用。因此,該方程相比其他理論更符合實際散體作用過程,被譽為是目前描述放出體形態(tài)最佳的數(shù)學(xué)方程。馬鞍山礦山研究院地下采礦研究室[32]在國內(nèi)較早地開展了物理放礦試驗,研究了端部放礦時放出體發(fā)育過程及放出體形態(tài)與合理參數(shù)的關(guān)系,探討了改善礦石損失貧化指標(biāo)的途徑。張國建等[33]提出了崩落體的概念,并分析了崩落體的形態(tài)極其影響因素。

研究表明,崩落礦巖流動特性、進路寬度和高度、端壁傾角、邊孔角和鏟取深度等流動條件,均對放出體形態(tài)和大小有影響,進而影響到礦石的損失與貧化。如圖2所示,在回采進路寬度E1

圖2 不同放礦口寬度條件下放出體及廢石漏斗發(fā)育對比(E1

圖3 不同巷道頂板形狀時放出范圍及廢石漏斗發(fā)育對比Fig.3 Comparison of discharge range and rock funnel development with different d rift roof shapes

由此可見,國內(nèi)外學(xué)者在放礦理論方面進行了深入研究,對指導(dǎo)崩落法生產(chǎn)具有重要的理論意義。但這些放礦理論都是建立在將出礦口簡化成一個點的假設(shè)上,放出體等理論方程的建立僅僅考慮了散體的流動特性,爆破塊度、放礦口尺寸、邊孔角、鏟裝深度等因素都未在這些理論方程中體現(xiàn)。目前,無底柱分段崩落法確定采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論方法主要是根據(jù)其放出體形態(tài)方程,這種理論誤差的存在,導(dǎo)致確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)并非最優(yōu)值,從而造成開采過程中形成較高的損失貧化。

2.2 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)

無底柱分段崩落法的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括分段高度(H)、進路間距(S)和崩礦步距(L),三者相互影響,相互制約,且三者又各自受到不同因素和條件的限制(圖4)。結(jié)構(gòu)參數(shù)決定著開采強度,并影響損失貧化指標(biāo)[26]。采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化思路是在1個或2個參數(shù)確定的基礎(chǔ)上優(yōu)化確定其他結(jié)構(gòu)參數(shù)。目前常用的優(yōu)化方法是基于放礦理論的理論計算、數(shù)值模擬和室內(nèi)物理試驗。任鳳玉團隊[40-41]根據(jù)隨機介質(zhì)放礦理論中的散體松動范圍和沿走向放出體形態(tài)提出了確定進路間距的經(jīng)驗公式和崩礦步距優(yōu)化方法。趙穎龍等[42]基于橢球體放礦理論,使用冪函數(shù)方程擬合橢球體高度與偏向率方程,并對某鐵礦結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化。目前,采用數(shù)值模擬方法研究采場結(jié)構(gòu)參數(shù)主要應(yīng)用離散元顆粒流程序PFC實現(xiàn)。劉金山[43]以石人溝鐵礦為例,針對6種結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)方案,通過PFC2D二維數(shù)值模擬,研究了礦石回收率與巖石混入率的變化規(guī)律,最后通過灰色決策分析,得出了該礦無底柱分段崩落法的最優(yōu)參數(shù)為分段高度12m、進路間距16 m和崩礦步距4～5m。章林等[44]從物理模擬放礦試驗和PFC3D模擬兩方面,研究了大紅山鐵礦進路間距優(yōu)選和放礦步距與進路尺寸組合優(yōu)選問題,得到了高變分段放礦下的合理放礦步距和進路間距。孫浩[45]以梅山鐵礦為例,基于顆粒流理論研究了崩落礦巖運移演化機理,通過PFC放礦數(shù)值試驗探究了不同邊界條件下,與崩落礦巖運移規(guī)律以及礦石損失貧化有關(guān)的各類問題,為采場結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化和礦石貧損指標(biāo)預(yù)測等提供了依據(jù)。陳詩墨等[46]采用物理試驗方法分析了鏡鐵山V號礦體現(xiàn)有的大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)造成巖石混入率高的原因,認為采用20m×20 m×3.0m的結(jié)構(gòu)參數(shù)能獲得較優(yōu)的回收效果。歐陽斌等[47]采用1∶25的相似比制作了無底柱分段崩落法傾斜邊壁條件底部放礦模型,研究了礦體厚度和上下盤邊壁對散體流動規(guī)律的影響。高峰等[48]采用1∶50的比例尺建立了多分段多進路立體放礦模型,試驗研究表明:礦壁傾角對礦石回收指標(biāo)具有重要影響,在20 m分段高度條件下,18 m的進路間距更有利于礦石回收。李坤蒙[49]選用1∶50的幾何相似比建立了緩傾斜礦體雙進路放礦模型,優(yōu)化了下盤邊孔角和放礦步距,建立了出礦穿脈間距與礦石損失貧化指標(biāo)之間的量化關(guān)系模型。

圖4 采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及殘留體、崩落體、放出體的關(guān)系Fig.4 Parameters of stope structure and the relationship of residual ore,caving ore and draw body

利用放礦理論計算獲得采場結(jié)構(gòu)參數(shù),首先是通過相似散體的達孔量試驗獲得散體流動參數(shù),根據(jù)散體流動參數(shù)和放礦理論繪制出放出體或殘留體形態(tài),再根據(jù)崩落體與殘留體、放出體相符的原則,對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化取值。如前所述,由于放礦理論本身的理論誤差,將造成確定的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)失真。目前常用的數(shù)值模擬方法主要是離散元方法,方便快捷,但模擬散體顆粒與實際散體顆粒形狀、流動參數(shù)無法有效吻合,導(dǎo)致最終的模擬結(jié)果可靠性不強;物理試驗是通過制作不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的相似模型,裝填相似散體進行放礦試驗,可以通過比較各方案的回收率、貧化率指標(biāo)的優(yōu)劣,比較直觀地確定較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),目前應(yīng)用較多,但是需要制作多組不同參數(shù)的模型,試驗工作量大,同時也會存在上述試驗材料和邊界條件方面的誤差。這些采場結(jié)構(gòu)參數(shù)確定方法都存在一定的不足,而且由于未能有效考慮生產(chǎn)實際中的爆破效果、巷道尺寸參數(shù)、鏟裝設(shè)備的鏟裝能力和司機作業(yè)水平等因素的影響,因而無法直接獲取采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值,但對生產(chǎn)礦山仍有一定的指導(dǎo)意義。有些礦山甚至未開展前期的試驗或理論研究,直接采用工程類比方式確定采場結(jié)構(gòu)參數(shù),將損失貧化指標(biāo)不理想歸結(jié)于無底柱分段崩落法自身存在的缺陷,是對無底柱分段崩落法認知不足的體現(xiàn),不利于提升礦山經(jīng)濟效益。

2.3 放礦方式和回采巷道布置

無底柱分段崩落法的傳統(tǒng)放礦方式為截止品位放礦,即使得每個步距當(dāng)次放礦量的采選成本和利潤達到平衡,此時對應(yīng)的品位也被稱為截止品位。截止品位放礦確保了每個步距最大程度地回收礦石,但在一定程度上犧牲了貧化指標(biāo)。任鳳玉[26]通過平面放礦試驗與立體放礦試驗,揭示出崩落法放礦過程中廢石漏斗在放礦口的破裂,是造成礦石貧化最根本的原因,而非礦巖顆粒在移動中的相互混雜。廢石漏斗破裂后,廢石隨著礦石的放出隨之混入,即增加廢石的放出量而加大了貧化。因此,利用崩落礦石散體具有的轉(zhuǎn)段回收特性,廢石漏斗一旦破裂就停止放出,將遺留于采場內(nèi)的礦石轉(zhuǎn)移到下一分段回收,即為低貧化放礦方式。眾多礦山的低貧化放礦試驗表明:在礦石回采率不降低的條件下,巖石混入率比截止品位放礦方式降低了5～15個百分點[50-53]。在采場結(jié)構(gòu)方面,任鳳玉等[40,54]提出按不小于三分段回采和設(shè)置回收進路的原則設(shè)計采場結(jié)構(gòu),并提出了自放頂、設(shè)置回收進路的采場結(jié)構(gòu)與低貧化—截止品位組合式放礦方式,可進一步降低礦石損失與貧化指標(biāo);譚寶會等[55]對傾斜礦體進行垂直分區(qū),根據(jù)礦體條件、分段間轉(zhuǎn)移礦量及殘留體礦量,對同一分區(qū)內(nèi)的不同分段采用不同的放礦方案,可有效改進崩落法開采傾斜中厚礦體的損失貧化指標(biāo)。盡管低貧化放礦方式是控制損失貧化指標(biāo)的重要方式,然而,實際應(yīng)用中鮮有礦山能長期貫徹實施,一方面主要是受礦石產(chǎn)量限制,另一方面也反映出生產(chǎn)管理人員未能從根本上理解無底柱分段崩落法的轉(zhuǎn)段回收特性。

分段間回采巷道布置形式?jīng)Q定著分段崩落分間形狀和崩落體形態(tài),分段間回采巷道采用菱形布置形式,有利于形成崩落法殘留體的轉(zhuǎn)段回收,使脊部殘留體、崩落體形態(tài)總體上較好地與放出體形態(tài)吻合,理論上能夠獲得較好的回收指標(biāo)?；夭上锏酪话阌写怪庇诘V體走向布置和沿礦體走向布置兩種形式,其布置形式不僅影響到采準(zhǔn)工程量,還影響著礦石回采指標(biāo),需要根據(jù)礦體產(chǎn)狀變化相應(yīng)調(diào)整回采巷道布置形式。對于厚大礦體一般采用垂直于礦體走向布置回采巷道,對于中厚礦體一般采用沿走向布置回采巷道,但對于沿走向上厚度多變礦體、多層條帶狀和分支復(fù)合嚴(yán)重礦體,如果采用統(tǒng)一的沿走向或垂直走向布置形式,將造成礦石損失貧化指標(biāo)不理想。

2.4 覆蓋層塊度

覆蓋層在崩落法中起到緩沖圍巖冒落沖擊危害、提供擠壓爆破條件、延緩暴雨滲入時間等至關(guān)重要的作用。此外,覆蓋層的塊度組成對于井下放礦的損失貧化指標(biāo)有重要影響,井伯祥[56]、禹朝群[57]、文義明[58]、由希[59]、楊賀[60]分別就覆蓋層塊度對礦石損失貧化指標(biāo)的影響開展了大量研究,證實覆蓋層中的細粒成分會在放礦過程中形成鉆空現(xiàn)象,造成礦石貧化。目前,常用的形成覆蓋層的方法有強制放頂形成覆蓋層,誘導(dǎo)冒落形成覆蓋層,回填廢石形成覆蓋層。強制放頂可以通過爆破參數(shù)來控制爆破塊度,誘導(dǎo)冒落是通過拉底誘導(dǎo)上覆礦石或巖石自然冒落,一般具有較大的塊度和密實度,在放礦過程中會延遲廢石的混入。

誘導(dǎo)冒落和強制放頂形成覆蓋層的方法有利于控制井下放礦過程中的礦石貧化,但一些露天轉(zhuǎn)地下礦山由于具備充足的剝離廢石且亟需釋放占地,常采用回填廢石作為覆蓋層。剝離廢石的很大一部分包含了大量第四系的表土層和碎巖塊,或者一些礦山將選廠甩尾的碎石直接回填到露天坑作為覆蓋層?；靥詈笊Ⅲw間松動孔隙度降低,表土和細粒廢石會在崩落礦石間隙中迅速混入造成較高的貧化。

3 損失與貧化控制的研究方向

通過分析現(xiàn)階段無底柱分段崩落法損失貧化控制研究現(xiàn)狀和存在的問題,在此基礎(chǔ)上進一步討論了無底柱分段崩落法進一步控制損失貧化指標(biāo)所涉及的研究方向和措施。

(1)進一步完善放礦理論。如隨機介質(zhì)放礦理論中,放礦口正上方的散體遞補概率要高于周邊散體,但這僅是建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上得出的認知,后續(xù)研究中可以根據(jù)散體顆粒的塊度大小與放礦口尺寸建立新的移動概率密度方程,建立綜合考慮散體移動規(guī)律各影響因素的放礦理論。

(2)增加回采進路寬度和放礦口寬度。進路寬度不等同于放礦口寬度,放礦口寬度是指扇形邊孔崩落后在進路頂板形成的寬度,是影響放礦漏斗形態(tài)和移動的主要因素,其與進路寬度、邊孔角、鑿巖中心位置、高度等因素有關(guān)。邊孔角又影響著爆破效果和脊部殘留體,因此,不建議通過改變邊孔角來增加放礦口寬度。鑿巖中心高度由設(shè)備本身決定,也很難改變,但可作為鑿巖設(shè)備的一個研發(fā)方向。在此條件下,并在保證進路穩(wěn)固性的前提下,盡可能加大進路寬度,研究雙鑿巖中心甚至3個鑿巖中心的鑿巖爆破參數(shù),可有效增加放礦口寬度,改善爆破效果,從而提高礦石的回采指標(biāo)。

(3)結(jié)合礦山進路尺寸和出礦設(shè)備,開展采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的現(xiàn)場驗證試驗。現(xiàn)場結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,再次進行調(diào)整比較難,同時也會對回收指標(biāo)造成影響。因此,對于新建礦山,應(yīng)盡量通過大量的試驗研究或理論方法初步確定采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。在現(xiàn)有的進路尺寸和鏟裝參數(shù)條件下,對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進行工業(yè)試驗驗證,或者利用現(xiàn)場測試實際放出體的方法[61-62],進一步優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù)?，F(xiàn)場結(jié)構(gòu)參數(shù)中崩礦步距的調(diào)整最為靈活,其次是進路間距。在生產(chǎn)實踐中,盡量通過廢石出露情況、爆破后純礦石的回收量以及多分段回收指標(biāo),初步判斷崩礦步距和進路間距是偏大或偏小,據(jù)此在礦體走向的端部建立試驗采場,開展現(xiàn)場出礦的工業(yè)試驗,根據(jù)不同參數(shù)下的出礦指標(biāo)優(yōu)化采場結(jié)構(gòu)參數(shù),從而獲得更好的損失貧化指標(biāo)。

(4)根據(jù)礦體形態(tài)變化,相應(yīng)地調(diào)整回采巷道布置形式。在不同分段之間的回采巷道設(shè)計和施工中,盡量確保形成菱形布置。礦山一個分段內(nèi),所有回采巷道的布置方式和布置方向不是固定的,不能片面顧及設(shè)計和施工便利,而影響到礦石的回收效果,應(yīng)根據(jù)礦體厚度即走向方向的變化進行相應(yīng)調(diào)整。如有的礦體在沿走向厚度變化大、厚大礦體部位可采用垂直走向布置回采巷道。但對于礦體變薄的部位可以改用沿走向布置回采巷道,此時,布置的巷道位置根據(jù)分段高度和礦體產(chǎn)狀,盡量使回采進路中心線與崩落分間的中心線重合,使放出體和崩落體的形態(tài)盡量吻合,提高礦石回收指標(biāo)。對于較薄的礦體,采用單一沿走向布置巷道時,形成的崩落分間礦體的最高點盡量與巷道中心軸線垂直,以保證頂部廢石較晚到達放礦口,減少放礦過程中的廢石貧化。

(5)細化對上、下盤邊角礦量的回收措施。在崩落法開采過程中,有3次或3次以上轉(zhuǎn)段回收條件的礦體區(qū)域,損失貧化指標(biāo)是比較理想的,尤其是在急傾斜厚大礦體開采中,大部分區(qū)域內(nèi)的礦石崩落后都具備多次轉(zhuǎn)段回收的條件,其礦石回收指標(biāo)甚至還要優(yōu)于其他采礦方法回采指標(biāo)(在統(tǒng)計礦柱回收指標(biāo)的條件下)。對于多次轉(zhuǎn)段回收條件的礦體盡量采用低貧化放礦方式,減小礦巖接觸面積,降低礦石貧化率。但隨著礦體傾角變緩,在上、下盤邊界的礦量回收條件變差,如果不能進行合理地設(shè)計,將會形成大量殘留體造成損失,或因崩落過多圍巖而形成貧化。因此,上、下盤部位邊界礦體需要進行精細設(shè)計,確保獲得理想的回收指標(biāo)。對于沿走向布置進路的緩傾斜—傾斜礦體,應(yīng)通過在下盤圍巖中增設(shè)回收進路[63]、減小進路斷面和間距[39,64]、增大邊孔角、調(diào)整放礦方式等措施來提升下盤礦量的回收指標(biāo);對于垂直走向布置進路的礦體,在上盤切割過程中盡可能少地崩落巖石,如采用傾斜切割井,如果傾角較緩,上盤斜切割井的難度較大,可以采用形成塹溝的中深孔方式進行拉槽(圖5)。對于靠近下盤邊界的礦石應(yīng)根據(jù)盈利平衡的原則,合理確定下盤崩落邊界,對于不具備下轉(zhuǎn)條件且具備有回收價值的殘礦,可在分段間布置輔助回收分段,在靠近下盤部位開鑿沿脈回收巷道,對下盤殘留礦量進行回收(圖6)。但必須指出,在這種條件下,難以有效兼顧礦石損失與貧化指標(biāo),應(yīng)根據(jù)礦山采選技術(shù)水平和成本以及下盤礦巖品位等因素綜合考慮進行取舍。

圖5 不同上盤傾角條件下的拉槽方式Fig.5 Cutting mode under different inclination angles of hangingwall

圖6 輔助分段沿脈回收下盤殘礦Fig.6 Recovering the residual ore with drift along the veins at auxiliary sublevel

(6)針對每個分段、每條進路制定詳細的生產(chǎn)管理計劃,并建立回采情況臺賬。尤其是新建崩落法礦山的首采分段,需要嚴(yán)格控制每個步距的出礦量,回采至第3個分段后盡量采用低貧化放礦方式。在不大幅影響礦山總體產(chǎn)量銜接的情況下,研發(fā)不同分段間的組合放礦方式,實現(xiàn)礦巖接觸范圍和礦石貧化指標(biāo)的控制。對每個分段的每條回采進路的回采情況建立臺賬,包括裝藥前炮孔情況、每個炮孔的裝藥情況和填塞長度、回采礦石量、純礦石量和廢石出露情況,對于分析礦山爆破效果和爆破參數(shù)取值合理性具有重要的統(tǒng)計意義,也可作為驗證初期采場結(jié)構(gòu)參數(shù)取值合理性以及制定下部分段對應(yīng)位置出礦計劃的重要理論依據(jù)。

(7)嚴(yán)格管控覆蓋層塊度。盡量采用崩落頂板或邊坡圍巖、誘導(dǎo)冒落的方法形成覆蓋層,針對亟需處理剝離廢石進而釋放排土場占地的露天轉(zhuǎn)地下礦山,可首先通過崩落邊坡圍巖形成初期覆蓋層,排土場廢石一方面進行破碎作為建筑材料進行售賣,待形成一定厚度的覆蓋層之后,再進行露天坑回填。當(dāng)覆蓋層條件較差時,可調(diào)整爆破參數(shù)和放礦方式來增加爆破崩落礦石的密實度,通過嚴(yán)格控制放礦量等措施延遲覆蓋層中細粒結(jié)構(gòu)的混入,避免放礦過程中過早貧化。