长山壕金矿自然崩落采矿法矿岩崩落块度预测研究.pdf

黄金 G o L D 2 0 1 9 年第1 1 期／第4 0 卷 长山壕金矿自然崩落采矿法矿岩崩落块度预测研究 李强1 ，程文文2 1 ．内蒙古太平矿业有限公司；2 ．长春黄金研究院有限公司 摘要针对长山壕金矿露天开采资源逐渐枯竭，亟需转入地下开采的状况，需进行自然崩落采 矿法回采工艺的系统论证，根据岩体节理分布，i f , 1 用拓扑学单纯同调理论，进行崩落块度预测，同时 进行了卡斗工况分析以得到崩落块度尺寸分布。预测结果表明长山壕金矿自然崩落采矿法崩落 块体单向尺寸大于0 ．8m 的数量只占总数量的4 ．3 8 ％，有利于自然崩落采矿法回采工艺的现场应 用，发生高位卡斗的可能性非常小。 关键词露天转地下；自然崩落采矿法；拓扑学；块度预测；卡斗现象 中图分类号T D 8 5 3 ．3 6文章编号1 0 0 1 1 2 7 7 2 0 1 9 1 1 0 0 3 6 0 3 文献标志码A d o i 1 0 ．11 7 9 2 ／4 2 0 1 9 11 0 8 引言 内蒙古太平矿业有限公司长山壕金矿 下称“长 山壕金矿” 位于内蒙古自治区乌拉特中旗新忽热苏 木地区，区内地质构造较为复杂。断裂构造以高勒图 断裂和合教一石崩断裂为主，高勒图断裂由2 条向南 弧形凸出的逆断层组成。合教一石崩断裂走向呈北 西向，断裂为糜棱岩化发育。其次为一些与2 条大断 裂构造带有关的次级小构造，形成北东向、I L J I 东向 和近东西向的构造格架。长山壕金矿分为东、西2 个 矿段，东矿段分布在1 1 1 0 0 勘探线9 2 0 0 勘探线问， 矿化带长18 6 0m ，矿化带最宽3 0 4m ，最窄1 0m ，平 均宽度1 8 3m 。矿化带形态在9 3 0 0 勘探线9 7 0 0 勘 探线问走向北东东向6 5 。，长4 6 0m ，平均宽度1 7 0m ； 在9 7 0 0 勘探线一1 1 0 0 0 勘探线间走向北东5 0 。，长 14 0 0m ，平均宽度1 9 0m ，北东向延伸。矿脉走向北 东，倾向北西，倾角7 0 。～8 7 。。 长山壕金矿经过多年大规模的露天开采，保有储 量日渐减少，露天边坡稳定性较差，亟需从露天转入 地下开采，拟采用自然崩落采矿法进行开采。由于矿 区地质品位较低，矿岩破碎，开采难度较大，需要进行 自然崩落采矿法回采工艺的系统论证。根据岩体中 节理分布情况，利用拓扑学单纯同调理论，进行崩落 块度预测研究，得到崩落矿岩块度分布，指导后续回 采工艺设计及应用。 1 崩落矿石块度预测基本原理 自然崩落采矿法通过大面积拉底，利用矿石自重 和地应力作用崩落矿石。该方法工艺简单、采矿成本 较低，在条件适宜的金属矿山越来越受到重视。该采 矿方法应用时，须对矿石的可崩性、崩落规律、矿石的 崩落块度等进行综合分析。其中，矿石崩落块度的分 布对采场底部结构设计、工程布置参数有着重要的影 响‘1 | 。 岩体的破坏首先是沿其原生的节理、构造面发 育，因此在进行矿石崩落块度的预测研究时，根据岩 体内各种原生节理、构造面在空间的分布情况，预测 其多个空间所构成的块体及尺寸分布规律。而拓扑 学单纯同调理论能够有效地预测并计算这些三维多 面块体分布规律，并给出所需的规格参数。2 j 。 在确定矿岩可崩性的基础上，根据现场节理裂隙 面调查结果，采用M o n t eC a r l o 模拟技术建立节理网 络计算机系统。运用拓扑学及计算机模拟等技术对 矿石崩落块度进行预测旧。4 1 ，并利用有关崩落和放矿 过程的力学分析，预测崩落矿岩的块度分布。 2 空间节理面的生成 假设节理、构造面为类似在空间分布的圆盘模 型，所有的圆盘模型均含中心点坐标、直径尺寸和方 位等要素。三维空问上圆盘的中心分布趋从泊松过 程，而圆盘的直径尺寸及方位是通过现场地质调查的 数据进行分布拟合后得到的。现场地质调查将长山 壕金矿分为3 个测区，分别位于东坑东部、东坑西部 和西坑，实际研究的长山壕金矿矿体节理分布见 表1 、表2 。 模拟过程不考虑现场节理构造倾向、倾角分布情 况。最终统计结果表明，圆盘中心点均匀分布在统计 区域内，而迹长符合负指数分布。6J 。 收稿日期2 0 1 9 0 7 1 2 ；修回日期2 0 1 9 1 0 0 5 作者简介李强 1 9 6 8 一 ，男，内蒙古察右前旗人，高级工程师，从事采矿工艺及岩石力学研究工作；内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特中旗新忽 热苏木，内蒙古太平矿业有限公司，0 1 5 3 0 1 ；E m a i l l i q i a n g c h i n a g o l d i n t l ．t o m 万方数据 2 0 1 9 年第1 1 期／第4 0 卷 巨叠[ E 歪固 表2 优势结构面间距统计结果 3 矿石块度预测 通过M o n t eC a r l o 模拟技术建立节理网络后，生 成节理构造面的圆盘直径、中心位置坐标及倾向、倾 角等必须要素；由节理方程进行计算得到一维交换及 一维单向闭链，最终通过单纯同调运算，得到各三维 多面块体的最大尺寸及块体体积o7 | 。 矿石多面块体的最大线性尺寸表示矿石块度，按 照不同尺寸发生的数量对块度分布进行统计分析，得 到矿石块度数量分布的加权平均块度b 为旧J 6 尝 ㈩ 式中b i 为第i 个等级的块度尺寸 m ；n i 为第i 个等 级块度的出现次数。 加权平均体积块度三。为 妒学 2 式中K 为第i 个等级块度的累计体积 m 3 。 块度分布预测结果见图1 及表3 。 图1矿石自然崩落块度的分布 表3 矿石崩落预测块度 根据崩落块度分析预测结果可知数量分布服从 负指数分布，即小块度的数量多，但占的体积比例小。 在现场实际工程应用中，块体的体积分布更具有指导 意义。分析本次预测结果得出单向尺寸大于0 ．8m 块体的数量占总数量的4 ．3 8 ％，而其体积占总体积 的6 7 ．3 4 ％；大于1 ．2m 的块体体积只占总体积的 3 2 ．6 1 ％． 万方数据 黄金 4 卡斗工况分析 采用矿石放出规则法对矿石卡斗工况进行分析。 矿石放出规则法是根据矿石通过放矿溜井时漏斗直 径 D 与岩石直径 d 之比与通过概率问的关系来 确定卡斗概率，它们之间的具体对应关系见表4 。 表4漏斗直径／岩石直径与卡斗概率之间的关系 D ／d卡斗概率 一5 ～ 3 非常低，几乎肯定能流动放出矿石 经常，放出不确定 非常高，几乎肯定放不出矿石 根据对矿块崩落块度尺寸分布的规律预测分析 可知，块度尺寸大于1 ．6m 的概率为0 ．1 6 ％。而底 部结构放矿口尺寸为4 ．5m 4 ．5m ，聚矿槽问距 9m 。因此，D ／d 3 的概率非常小，可以肯定的是发 生高位卡斗的可能性非常小。但是，根据经验，在开 始崩落初期产生大块的可能性较高，需要采用二次破 碎设备进行破碎；对于低位卡斗现象，采用凿岩爆破 装药方式进行处理，到后期持续崩落阶段，崩落矿石 块度会逐渐趋于稳定。 5 结论 1 根据崩落块度的分析预测结果可知现场单 向尺寸大于0 ．8m 块体的数量只占总数量的4 ．3 8 ％， 而大于1 ．2m 的块体体积只占总体积的3 2 ．6 1 ％，有 利于自然崩落采矿法回采工艺的现场应用。 2 根据卡斗工况分析结果可知块度尺寸大于 1 ．6m 的概率为0 ．1 6 ％，根据底部结构放矿口尺寸 及聚矿槽间距对应关系，发生高位卡斗的可能性非常 小。 3 利用拓扑学单纯同调理论，进行崩落块度预 测研究，同时进行卡斗工况分析，得到崩落矿岩块度 分布规律，研究方法对国内类似条件矿山有着重要的 参考借鉴意义。 [ 参考文献] [ 1 ] 陈江川，李兴平，李伟明．夜长坪钼矿自然崩落法块度预测及控 制技术研究[ J ] ．采矿技术，2 0 1 7 ，1 7 3 1 9 2 0 ，3 2 ． [ 2 ] 荆永滨，赵新涛，冯兴隆．节理岩体矿岩块度三维模拟研究[ J ] ． 黄金科学技术，2 0 1 8 ，2 6 3 3 5 7 3 6 4 ． [ 3 ]彭平安，王李管．矿岩崩落块度预测的节理面三维模拟技术及 其应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 5 ，3 5 3 2 2 2 6 ． [ 4 ] 江飞飞，李向东，张华军，等．急倾斜厚大矿体自然崩落块度预 测及分布规律研究[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 4 ，3 4 2 6 9 ， 3 6 ． [ 5 ] 曹辉，杨小聪，王贺，等．自然崩落法可崩性研究现状及发展趋 势[ J ] ．中国矿业，2 0 1 5 ，2 4 1 0 1 1 3 1 1 7 ． [ 6 ] 杨啸，杨志强，高谦，等．基于节理网络模拟和分形理论预测矿 岩体块度[ J ] ．太原理工大学学报，2 0 1 5 ，4 6 3 3 1 8 3 2 2 ． [ 7 ]吴晓光，杨志强，把多恒，等．某大型铜镍硫化矿床矿块崩落规 律预测研究[ J ] ．西北师范大学学报 自然科学版 ，2 0 1 4 ，5 0 5 1 1 0 1 1 4 ． [ 8 ]陈忠强，王李管，冯兴隆，等．三维矿岩崩落块度模拟技术在某 铜矿中的应用[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 ，3 3 2 1 4 ． P r e d i c t i o no fc a v e db l o c ks i z ed u r i n gt h en a t u r a lc a v i n g m i n i n gp r o c e s si nC h a n g s h a n h a oG o l dM i n e L iQ i a n 9 1 ，C h e n gW e n w e n 2 1 ．I n n e rM o n g o l i aT a i p i n gM i n i n gC o ．，L t d ．；2 ．C h a n g c h u nG o l dR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．，L t d ． A b s t r a c t F a c i n gt h ef a c tt h a tt h eo p e n p i tr e s o u r c e si nC h a n g s h a n h a oG o l dM i n ei sd e p l e t i n ga n dt h em i n en e e d s t h et r a n s i t i o nt ou n d e r g r o u n du r g e n t l y ，i ti s n e c e s s a r yt os y s t e m a t i c a l l yv e r i f y t h en a t u r a lc a v i n gm i n i n gm e t h o d ．A c c o r d i n gt or o c kj o i n td i s t r i b u t i o na n ds i m p l i c i a lh o m o l o g yt h e o r y ，t h ec a v e db l o c ks i z ei sp r e d i c t e d ．A tt h es a m et i m e ， t h eb i gb l o c kj a ms t a t u si s a n a l y z e dt of i n d o u tt h es i z ed i s t r i b u t i o no ft h ec a v e db l o c kw i d t h ．T h ep r e d i c t i o nr e s u l t s i n d i c a t et h eb l o c kw i t hi t ss i n g l ed i m e n s i o ns i z ea b o v e0 ．8ma c c o u n t so n l yf o r4 ．3 8 ％o ft h eo v e r a l lb l o c k sd u r i n g t h en a t u r a lc a v i n gm i n i n gp r o c e s si nC h a n g s h a n h a oG o l dM i n e ．T h ep a r a m e t e ri sg o o df o rt h ef i e l do p e r a t i o no fn a t u r a l c a v i n gm i n i n gm e t h o da n dl e a d st ot i n yp o s s i b i li t yo fh i g hp o s i t i o nb i gb l o c kj a m ． K e y w o r d s t r a n s i t i o nf r o mo p e n - p i t t o u n d e r g r o u n d ；n a t u r a lc a v i n gm i n i n gm e t h o d ；t o p o l o g y ；b l o c ks i z ep r e d i c - - t i o n ；b i gb l o c kj a mp h e n o m e n o n 万方数据