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第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l a V 0 1 .5 6 。N o .3 A u g u s t 20 0 4 放矿中黄土覆盖层运动规律的模型试验 马建军1 ,周志华1 ,尹小鹏2 ,江兵2 ,柯清华2 1 .武汉科技大学,武汉4 3 0 0 8 1 ;2 .武钢大冶铁矿,湖北黄石4 3 5 0 0 6 摘要采用模型试验方法,模拟大冶铁矿铁门坎东采区无底柱分段崩落法回采的出矿过程,通过定量和直观对比分析不同 的方案,分析矿石块度、湿度对黄土混入、矿石放出的影响。结果表明,爆破块度对矿石回收率和黄土层的下降速率有很大影响, 湿度大不利于出矿和出土。应集中出土,并加强下水平脊部矿石回收。爆破崩落矿石的块度应适中。矿区开采应安排在旱季,为 避免黄土形成泥石流涌人巷道,雨季来临应停止生产,并崩矿封堵出矿口。 关键词采矿工程;放矿;模型试验;崩落法;黄土 中图分类号T D 2 6 5 .3 3 ;T D 8 5 3 .3 6 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 0 9 8 二0 5 大冶铁矿铁门坎东区矿体上部多年前已用露采 方式开采完毕,下部现转入地下开采,采矿方法为无 底柱分段崩落法。东区矿体的上面作为露天坑底经 长年泥水沉积,已有近2 0 m 厚黄土层,黄土层上又 陆续堆积着东露天排出的废石。崩落法是在覆盖岩 层下崩矿、出矿,因此出矿时,矿体上部黄土必然随 崩落矿石一同下移,并混入其中。这一方面造成矿 石贫化,其黏性给出矿工作造成困难,同时,在雨季 严重时可能形成泥石流[ 1 】,成为安全生产的一大隐 患。为了解决这个问题,曾提出用矿石护顶层将黄 土和崩落矿石隔开,使黄土不能直接进入巷道。为 了直观了解放矿过程中黄土覆盖层的运动,根据其 运动规律合理设计回采爆破参数,建立相应的崩矿 和出矿制度,防止泥石流的形成,进行室内模型模拟 试验。 1买验方法 根据模拟相似准则[ 2 - 3 ] 制作了木制模型,模拟 采场最上面一个分段矿石的开采。段高1 2 m ,上覆 黄土厚度2 0 m ,逐排爆破崩落,崩矿步距1 .8 m ,进路 间距1 0 m ,三条进路同时出矿。相似比取为1 2 0 , 模型尺寸长X 宽高 1 3 7 0 m mx3 9 0 m mx 8 1 5 m m ,一组模拟4 个步距的放矿情况【4 | 。模型四 周装观察玻璃,并标注刻度,以便进行定量观察和记 录。 试验中,将从现场取回矿石按6 个等级进行筛 分,以实际块度组合为模型试验粒级配比的基本参 收稿日期2 0 0 3 ~0 4 1 0 作者简介马建军 1 9 5 7 一 ,男,四川省泸州市人,教授,博士。 照,同时为了模拟现场多变的情况和不同的试验要 求,再设置不同模型粒级配比方案进行对比试验。 粒级配比方案共设计了5 组 见表1 ,代表破碎块 度不断增大情况下的矿岩组合。试验时,将矿石进 一步破碎达到模型模拟尺寸要求,再按试验方案设 计进行筛分称重,作好粒级配比,均匀混合后装矿, 按步距依次放出。放矿时,按现场“三点”出矿方式 铲出。依次称重计量,统计矿石和黄土、废石在不同 阶段的放出量和放出总量,并根据试验数据计算对 应的黄土和废石混入率。同时通过观察玻璃记录下 所对应的矿土或矿岩交界面形状和脊部残留的矿石 堆积形态。 表1 模型试验粒度配比方案 T a b l e1S c h e m eo fg r a n u l a r i t ym a t c h i n g i nm o d e l i n ge x p e r i m e n t 2 放矿时黄土与废石覆盖层运动状态 矿石在废石覆盖下的放出规律在放矿理论中已 有较为详尽的阐述㈣,但其上覆盖以黄土,矿石与 黄土间的混入关系、黄土与废石覆盖层相比其运动 状态的特点却鲜有研究,而这正是在黄土覆盖层条 万方数据 第3 期马建军等放矿中黄土覆盖层运动规律的模型试验 件下确定采场放矿结构参数、制定放矿制度以及进 行安全防护的重要依据。为此进行了黄土放出运动 规律与覆顶层为废石的放出规律的对比试验。 试验取粒级倪比方案I ,将配制好的试验物料 均匀混合后装入模型,以覆顶层为黄土和废石分别 进行反复放出对比试验,结果如表2 所示。不同放 出阶段黄土和废石与矿石的交界面形状分别见图1 和图2 。 表2 纯矿放出量与回收率 T a b l e2S t a t i s t i c so fp u r eo r e d r a w i n gq u a n t i t ya n dr e c o v e r yr a t e 黄土覆盖层 6 .3 0 5 .8 6 6 .4 3 6 .4 5 1 6 .8 1 5 .6 1 7 .1 1 7 .2 5 .9 5 6 .2 8 6 .4 5 6 .3 5 1 5 .9 1 6 .7 1 7 .2 1 6 .9 6 .1 2 6 .4 3 6 .1 8 6 .3 4 1 6 .3 1 7 .1 1 6 .5 1 6 .9 注每步距装矿量约3 7 .5 k g ,湿度0 .5 % 1 一放出纯矿石阶段;2 一土矿交界面到达出矿口;3 一形成黄土通道;4 一放出纯黄土阶段 图l 放矿黄土漏斗的发育图 1 一p u r eo r es t a g e ;2 一t h ei n t e r f a c eb e t w e e nl o e s sa n dr o c kr e a c h e so r em o u t h s ;3 一f o r m i n gl o e s s ’Se h u n n e l ;4 一p u r el o e s ss t a g e F i g .1 G r o w t ho fo r e d r a w i n gf i l l e ri nl o e s s 、。。.。。三竺l t 1 8 兰g e 二.一。。⋯.. 显区别。 1 黄土下降速度快。在矿石块度、湿度和 。。。.苎竺竺量苎翌紫妻望掌 烹妻圭要} 墨繁曼 蔷手纂舞葙蒿爵蕃矗彳芸三囊盂爵菇手i 蕞茁釜 竺妻霎要至差曼差曼篡类竺,。羔耋氅竺鉴鏊皇銎美苫蓉姜茅姜裂焉斋芸;羞;基;≯;.泛差 竺竺拿鏊 篓登氅茔苎篓黧跫} 竺;呈羞i 晶i 蠢。。。;盖翁篇茹簇赫篡 黄土下降较快,两边较慢,土、矿交界面呈漏斗状,随 蚕言;言釜盖;麓生芸耗’;主磊主茎二茹;藿 万方数据 1 0 0 有色金属第5 6 卷 好是造成黄土快速下降的直接原因。 2 黄土放出 漏斗母线倾角大。黄土形成的放出漏斗形状狭长, 土矿交界面的极限漏斗倾角较大。废石所形成的放 出漏斗更发育,岩矿交界面的极限漏斗倾角较小。 可见,在黄土覆盖层下无法形成纯矿石隔离垫 层,且崩落矿石放出较少,脊部损失大,应加强和注 重下水平的脊部矿石回收。 3黄土混入率与放出量关系 为了解不同破碎块度下黄土混入率与矿石放出 量的关系,再取粒级配比Ⅲ~V 方案进行重复对比 试验,试验与计算结果如表3 所示,黄土混入率与 放出量间的关系 各方案选两次试验结果 见图3 。 表3 各方案混入率与放出量间情况统计表 每步距装矿量5 0 k g 。湿度3 % T a b l e 3S t a t i s t i c sb e t w e e no r e d r a w i n gq u a n t i t ya n dm i x e dr a t ei na l ls c h e m e s o r eq u a n t i t y5 0 k g 。h u m i d i t y3 %i ne v e r yp a c e 堡 斟 一 赠 “ 瓤 啦 、 爵 赠 州 瓤 放出量,k g 蓬 篓 赆 裂 1 52 0 2 5 3 03 5 4 0 放出量,k g 1 21 62 02 4 2 83 2 1 01 21 41 61 82 0 放出量,k g 放出量/k g 图3 黄土混入率与放出量关系 F i g .3 C u r v eo fc o n n e c t i o nb e t w e e ni n t e r f u s i n g r a t i oa n dr o c km a s s 结合试验现象和上述关系曲线可以看出,在黄 土覆盖条件下,放矿过程分为了三个阶段。 1 纯矿石阶段。虽然黄土下降速度较快,但放 矿初期仍存在一个较为短暂的放出物全是纯矿石的 阶段,且放出量的多少和矿石自身粒度有关。在试 验条件下,矿石粒度相对较小时,纯矿石放出量约为 装矿量的1 6 .7 % 方案I ,见表2 。增大块度,在方 案Ⅲ、Ⅳ中,纯矿石放出量分别可达装矿量的 1 9 .2 5 %和2 9 .0 8 %。继续增大矿石块度,到方案V 时,纯矿石放出量约为2 5 .5 %。可见,纯矿石放出 量随块度增大而增大,但增到一定粒度后又反而降 低,存在一个使纯矿石放出阶段相对较长的最佳中 等矿岩破碎度。 2 混合放出阶段。出矿中有黄土出现,结束纯 矿石阶段而进入混合放出阶段。此时出矿中既有矿 石又有黄土,先矿多于土,很快演变为土多于矿。在 黄土混入率达到5 0 %左右时,有一个短暂的平衡 期,此后黄土混入率突然增到9 0 %以上,形成黄土 通道,放出矿石极少,几乎全是黄土。试验统计,从 开始贫化到黄土通道的形成,矿石块度小时,平均能 放出8 .7 %左右的贫化矿石,块度中等能放出1 9 % 。譬埒矗一州较 . 堡静骧州韫 万方数据 第3 期马建军等放矿中黄土覆盖层运动规律的模型试验1 0 l 左右,块度较大时,仅能放出7 %左右。此阶段能回 收的贫化矿石量少。 3 纯黄土阶段。随着放出矿石的减少,黄土漏 斗母线倾角逐渐变缓,并达到极限漏斗倾角,黄土漏 斗发育停止,余下的矿石不能再放出,成为脊部损 失。继续放矿,则只有黄土放出,此即形成完全的黄 土放出通道。随黄土下移,黄土上面的废石覆盖层 下移,并以废石漏斗形式往放矿口下移,土尽石现。 4不同块度和湿度的放矿回收率 为了解黄土覆盖下不同破碎块度的矿石在不同 湿度情况下的放矿回收率,以便为回采爆破参数设 计和建立合理的放矿制度提供依据,按前述方案I ~V ,5 个不同的块度组成,在不同的湿度条件进行 放矿回收率对比试验,找出块度、湿度对矿石无贫化 回收的影响。 试验主要进行定性对比。为了方便将从现场取 回已经有一定风干程度的矿石作为试验物料之一, 经测定其含水量为0 .5 %,先按I ~V 的块度组成 要求做一遍试验,再喷入适量的水,湿度为2 %, 3 %,4 %,分别进行试验,统计回收率,结果见表4 。 表4 不同湿度纯矿石回收率 T a b l e4P u r eo r er e c o v e r yi nv a r l 0 1 .1 Sh u m i d i t y 在不同块度条件下,湿度越大放出的纯矿石量 越少。这是由于矿石的湿度大,内聚力、摩擦系数增 大,流动性变差,不易放出。湿度的增大对黄土的流 动性影响较小,因此在放矿中黄土的相对流速变大, 能更快到达出矿口,导致纯矿石放出量减少。在放 矿中看到,随湿度增大,矿石放出体形状狭长,易形 成近于直立的柱状通道,此时放出矿石量极少,上部 黄土成柱状涌入巷道,俗称“放矿烟囱”,如图4 所 示。此外,湿度增大使矿石粘聚力增大,结块性增 强,当超过其重力时,出现悬拱。试验中“黄土烟囱” 和悬拱现象的出现次数见表5 。 图4 黄土的柱状通道 F i g4C o l u m ne h u n n e li nl o e s s 可见,随湿度增大,产生悬拱和“烟囱”的次数增 多。当湿度达到4 %时,试验中有一半以上放矿都 产生悬拱或“烟囱”。矿石块度小,放出体瘦长,“烟 囱状”黄土通道的直径小;块度大,放出体较肥胖, “黄土烟囱”直径大。同时随矿石块度增大,矿石难 于放出,增强的结块性,使产生悬拱的几率增大。若 进行悬拱处理,悬顶矿石、黄土的突然垮落,呈近似 自由落体状,出矿安全性大大降低,同时黄土的直接 填入空区,又形成“黄土烟囱”。若遇雨季或有上部 水源,黄土势必突然涌入巷道,形成井下泥石流。故 应谨防“黄土烟囱”和悬顶现象的出现,尽量避免雨 季对这部分矿体进行回采出矿。 表5 产生悬拱和“放矿黄土烟囱”次数 T a b l e5T i m e ss t a t i s t i c so fh a n g i n ga r c h e sa n dl o e s sc h i m n e y si nd r a w i n go r e 注每一方案按不同湿度各进行了8 组试验 5结论 1 无法预留矿石隔层,应集中出土,见废为止。 覆盖层黄土在放矿中下降速度快,在放出崩落量约 2 0 %的矿时,黄土就在巷道口出露,并很快形成黄土 通道。崩落法回采是挤压爆破,为了为后续爆破提供 足够的补偿空间,每次爆破至少要放出前次崩落量的 2 0 %- - 3 0 %,因此几乎无法形成矿石隔层。因为黄土 在放矿中流速快,可集中出土,使黄土层上的废石尽 快取代黄土进入巷道,形成正常的废石覆盖层。 下转第1 3 3 页,C o n t i n u e do nP .1 3 3 万方数据 第3 期吴亚君等平果铝业公司赤泥的土壤改良1 3 3 S o i lA m e l i o r a t i o no fR e dM u di nP i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o n W UY a q u n1 ,L IX i a o - l 嘶n 9 1 ,L E N GJ i e - b i n 2 1 .B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ,B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ,C h i n a ; 2 .P i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o n ,P i n g g u o5 3 1 4 0 0 ,G u a n g x i ,C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n a l y s i so fr e dm u df r o mB a y e r p r o c e s s .t h es o i la m e l i o r a t i o n a n dp l a n t i n go nr e dm u di nt h es t o r a g ey a r do fP i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o ni si n v e s t i g a t e di nl a b o . r a t o r y .T h ee x c e l l e n tr e s u l t sa r ea c h i e v e di nm u da m e l i o r a t i o nb yu s eo fo r g a n i ca n di n o r g a n i cm i x t u r e ,t h er e d m u d ,s o l i dw a s t e s ,b e c o m e st h eb a s ef o rp l a n tn o r m a l l yg r o w t h .T h eg y p s u mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h e a m e l i o r a t i o n .E v e nt h o u g ht h eb a s i cc o n d i t i o nf o rp l a n tg r o w t hi ss a t i s f i e db yu s eo ft h ei n o r g a n i ca m e l i o r a t i o n s c h e m e ,t h er e s u l t sa r en o ti d e a l . K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ;r e dm u d ;s o i la m e l i o r a t i o n ;B a y e rp r o c e s s ;a l u m i n a 上接笫1 0 1 页,C o n t i n u e df r o mP .1 0 1 2 在黄土覆盖层下出矿,脊部损失大。黄土放 出漏斗母线倾角大,放出体形状狭长,因此崩落矿石 滞留在出矿进路问的脊部损失量大,应加强和注重 下水平的脊部矿石回收。 3 回采崩落矿石的块度应适中。爆破块度对 矿石回收率和黄土层的下降速率有很大影响,回收 率随着块度增大先增后减,粒度中等、粉矿含量少时 出矿能力最强。 参考文献 4 湿度大,不利于出矿和出土。回收率随湿度 的增大而减小,且湿度大易产生悬拱和“黄土烟囱” 现象。黄土的流动性好,当湿度达到其饱和状态,并 有流动通道,则易形成井下泥石流。因此,集中出土 应安排在旱季进行,多出快出,见废石为止。若雨季 来临,应停止矿点的生产,并崩矿封堵出矿口,形成 纯矿石隔层,以避免黄土形成泥石流涌人巷道。 [ 1 ] 吴艳梅.程潮铁矿东区采场涌泥分析及预测[ J ] .中国矿业,2 0 0 0 ,9 s 2 1 1 5 1 2 1 . [ 2 ] 王昌汉.放矿学[ M ] .北京冶金工业出版社,1 9 8 1 1 3 0 3 5 . [ 3 ] 董振民.论放矿试验中的相似问题[ A ] //全国第四次崩落采矿法学术会议[ C ] .成都,1 9 8 6 1 4 2 8 . [ 4 ] 周志华,马建军,叶洲元,等.黄土覆盖层在放矿中运动规律的实验模型[ J ] .有色金属 矿山部分 ,2 0 0 3 , 4 1 6 1 8 . [ 5 ] 刘兴国.放矿理论基础[ M ] .北京冶金工业出版社,1 9 9 4 9 0 9 6 . M o d e l i n gE x p e r i m e n to nL o e s sI n t e r f u s i o nP r i n c i p l eD u r i n gO r e - D r a w i n g M AJ i a n - j u n l ,Z H O UZ h i h u a l ,Y I NX i a o - p e n 9 2 ,J I A N GB i n 9 2 ,K EQ i n g - h u a 2 1 .W u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,W u h a n4 3 0 0 8 1 ,C h i n a ; 2 .D a y eI r o nM i n eo fW u h a nI r o na n dS t e e lC o .,H u a n g s h i4 3 5 0 0 6 ,H u b e i ,C h i n a A b s t r a c t T h eo r e d r a w i n gp r o c e s so ft h es u b l e v e lc a v i n gm i n i n gi nt h ee a s ts e c t i o no fD a y eI r o nM i n ei ss i m u l a t e db y m o d e l i n ge x p e r i m e n t .T h ee f f e c t so ft h eo r ef r a g m e n ts i z e sa n dh u m i d i t yo nt h el o e s si n t e r f u s i o na n do r e - d r a w - i n ga r eq u a n t i v e l ya n dd i r e c t l ya n a l y z e db yc o m p a r i s o n .T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo r er e c o v e r ya n d1 0 e s sf a l l i n g v e l o c i t ya r es t r o n g l yi n f u e n c e db yt h eb l a s t e dr o c kf r a g m e n ts i z e s ,a n dt h eh u m i d i t yh a sn e g a t i v ee f f e c to nt h e d r a w i n gp r o c e s so fo r ea n dl o e s s .I ti sn e c e s s a r yt oe x c a v a t el o e s sp r e v i o u s l yu n t i lm u l l o c kl a y e ra n dp a ya t t e n t i o n t or e c o v e rt h eo r eo nt h el e v e l ’Sr i d g e .T h eb l a s t e do r ef r a g m e n ts i z e sa r em o d e r a t ef o ro p t i m a lo r e - d r a w i n gr e s u i t .T h em i n i n gp r o d u c t i o ni nt h i sm i n es h o u l db ea r r a n g e di nd r ys e a s o n s ,a n db l a s t e dt ob l o c k su po r e - d r a w - i n gm o u t h si nr a i n ys e a s o n si no r d e rt oa v o i dd e b r i sp o u r i n gi n t ol a n e w a y . 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