桦树沟矿区无底柱崩落采矿参数优化研究.pdf

第5 9 卷第6 期奄如奎属 矿虫部分2 D 7 年l l 胃 桦树沟矿区无底柱崩落采矿参数优化研究 于国立渺张学录∞左掌军孕 。滔襄镶袭f 浆霉 叠霉技束孛出矿耱研究所，尊走连大擎嚣辩瑗蓐老擎数值试验辑究孛；避 摘要甚前粹树沟矿区无底牲崩落呆矿斌程中，接班疵的崩落步蹲，矿石放出不兜分，暗部损失太；中渫孔 幕玻搏鹫分毒车瓣鸯。爆破嚣矿石袋矿事鞍援。透过采矿参数健托在举媾加霹采赢本跨攘撼下，减步皋舞二 攻蘼破，挺高矿石蛱矿率，有利于采矿与选矿嫩产；两对，崩矿步距碱小詹，使其与出矿设备翦铲装漾度相匹配， 减少趣前贽化和蛸郫掼失，改善矿石的流动性，有利于提高矿石回采率。 燕键词无底挂崩落采矿法参数佬化瞒矿步距 拳蘩势粪号鞠赫文教禚凝璃矗囊章编号1 6 7 1 4 1 7 2 2 V 0 7 0 6 一瑾掰一0 4 S t u d yO i lO p t i m i z a t i o no fP a r a m e t e r sf o rS u b l e v dC a v i n g M i n i n gM e t h o di nH u a s h u g o uM i n i n gA r e a Y uG u o l l 由 Z h a n gX u e l u ∞ Z u oY u j u n o ∞j i I | q I 】8 nI r o n ＆S t e e l C r o u p C o ．，L t d ．；o R 蚺嘲柚C 瑚t e rf o rN u m e r i c a lT e s t so nM a t e r i 且lF a i l u r e ．D 龇u 晒嘟s i 衅 A l m r a e t D u r i n gs u b l e v e c a v i n g m 沁堍i n H u a s h n g o um i n i n ga r e a ，m ge x i s t i n gc a v i n gs p a c i n 铲r e s u l t s i n 馘 删№o r e - d r a w i n g ，h i g he n d - o r el o s s ，I l O n - l n m o r md i s t r i b u t i o n 缸e x p l o s i v e si nt h e ‰d n gw i t hm e d i u m a n dd e e p * h o l e sa n dl o wp l o p 枷o l lo fq u a l i f i e db l a s t e do l eb l o c k s ．B yu 8 i n go p t i m i z e dp a r a m e t e r l ，t h es e c o n db l a s t i n gi 目d e c r e a s e d a n d t h e p r o p o r t i o n d 掣菌螗e db l a s t e d 珊蟹h l o c l 出i v e r e a s e d t h u s 碱n g f a v o r a b l e f o r t h e p r o d u c t i o n0 f o r e m i n i n ga n d r a i n - 暇l 辩“ e l 至s 主芏驿冉纛群u s i n gr e d u c e dc a v i n g 印截赫鲈，t h e 啪∞sd e p t ho fs h o v e l i n ga a dl o a d i n g p 髓撼{ 矗m a t c h a b l e w i t hn l m es p a c i n g s ．B e c a u s eo f d e c r e a s e da d v a n c ed i l u t i o na n de n d - o r el o s sa n di m p r o v e do r ef l o wa b i l i t y ．t h eo r er e c o v * c r yh a sb e e ni n c D 目删． K e yw o r d s s u b l e v e lc a v i n gm i n i n gm e t h o d ；p a r a m e t e ro p t l m i u t i n n ；c a v l n gs p a c i n g 无底桂崩落采矿法具有开采强度大，作业效率 鹰，成本低鞭生产安全等优点，缺点是损失贫让 太”。。柏簪来藿内静对无底拄分较稿落法的穗落 矿岩移动规律、采场结构参数和爆破参数等撼础理 论进行了深入的研究并在实践过程中取得熬大突 玻8 ’，鲡耩巍铁矿通过镜托孛深嚣臻疆参数，歉褥了 鼬簪的爆破效果2 ”，使大块产出率由过去的4 ％减 低至1 ．1 2 ％，有效地保护了爆破眉线，改善了爆堆 滚囊状撬，餐矿蚕圈毂搴援蹇近2 令吾努点，驭终了 显著的经漭效益。 目前凭底柱崩落采矿法主要是向大型结构方向 发展，具体凌理在“掰太一高”，邸太结构参数，大 型高效设备，高强度帮莱”3 。无赢辕分段崩藩法应 用表明，结构参数的太型化，具有采准工程量少，采 矿成本低簿魄点。可实瑷采矿作业的集中他，掇离采 矿效率。麓铁靠旷撵祷海矿嚣采掰的采矿方法为无 干周立商缎Z 程师甘肃省嘉峪美7 3 5 1 0 0 底柱崩落采矿法，率先在国内进行了高分段太间距、 戈 低 贫他藏矿等采矿技术攻美，并取得重大成 鬻。嚣翦，矿出生产中豢要霞绕弼侮改善瀑破效果 以提高回采率、块矿率姆降低回采成本等内容进行 课题研究与工业试验，以期进一步掇高矿山开采指 标。 l 采矿参数与存在问题 撵栲滋矿区东医l 、珏、V 矿捧采焉戆莱矿缝搀 参数为1 2n 3 1 5i n 进路间距分段高度 ，I I 中 矿体采用的采矿绪构参数为1 8mx1 5m 进路 阏疆x 分羧亵度 ，主簧窭矿谩鍪努T O R O - 4 0 0 E 程 E S T ．S C 、6 C 铲运机，中深孔凿岩设备为S i m b a H 2 5 2 臼车，爆破参数炮孔直径为, 7 6m i l l ，崩矿步臌2 ．2 m ，巍底距鸯2 ．2 2 T4F i t 。V l - 、l 矿棒采矿结捻参数 分别为1 2 m 1 2 m 迸路阐距分敬高度 ，生耍出 矿设备为风动装岩机 T 4 G 。中深孔凿岩设备为 万方数据 2 有色金属 矿山部分 第5 9 卷 F L Y 深孔凿岩台架．炮孔直径为卵6 一。爆破参 数崩矿步距2 ．0i n ，孔底距为2 ．2 2 ．41 1 1 。 按上述参数开采，目前中深孔爆破存在的主要 问题有 1 中深孔爆破大块率高。一方面造成二次爆 破频繁，恶化了作业条件，影响正常的生产秩序；同 时相应地增加火工材料和爆破器材的消耗，导致炸 药单耗上升，成本增加。另一方面，由于爆破后块度 不均匀造成矿岩流动性差，影响矿石回收率的提高。 2 中深孔爆破炸药分布不均匀。矿石粒级分 布中，大于7 5m m 及小于1 5m m 所占比例较高，分 别达到2 8 ．2 6 ％和3 5 ．9 3 ％ 原矿指标 ，对块矿率指 标的提高影响很大。 2 无底柱崩落采矿参数的确定 根据矿岩爆破破碎机理，矿岩爆破破坏是气体 推力和爆炸应力波共同作用结果。合理崩矿步距有 利于减弱矿岩破碎过程中强烈的挤压状态，避免在 抵抗线方向上过分破碎，从而增加了块度的均匀性。 孔距过小时，炮孔之间的距离减小，在成排炮孔之间 造成一个薄弱面，爆破能量得不到充分利用，爆破能 沿着炮孔之间的薄弱面大量溢散，很快在炮孔联线 方向上形成裂缝，形成光面爆破的爆破效应，使成排 炮孔过早沿着炮孔之间的薄弱面脱落而形成大块； 孔距过大时，矿石不能破碎，易沿崩落步距方向形成 岩盖，造成悬顶。由于中深孔爆破参数优化关联因 素较多，不仅与回采率、设备出矿铲装深度有关，而 且与深孔凿岩、装药质量等有关，所以参数优化时要 综合考虑以上因素。 2 ．1 崩矿步距优化 2 ．1 ．1 椭球体理论计算 根据放矿椭球体理论，崩矿步距存在一个合理 的范围，崩矿步距经验计算公式如下 R H ／ 2 K 1 一9 2 “ 1 式中辩一崩矿步距，m ； B 放矿高度，I 、Ⅱ、V 、Ⅵ、Ⅶ和Ⅱ中矿体设 计放矿高度分别为2 4m 、2 1m 和2 7m ； J } 一矿岩松散系数，取1 ．5 3 ； P 一椭球体偏心率，I 、Ⅱ、V 、Ⅵ、Ⅶ和Ⅱ中矿 体试验值0 ．9 7 、0 ．9 6 和0 ．9 7 5 。 代人 1 式计算R 1 ．9m 、1 ．6 ／1 1 1 和2 ．0m 。 即I 、Ⅱ、V 、Ⅵ、Ⅶ和Ⅱ中矿体崩矿步距分别为 1 ．9m 、1 ．6m 和2 ．0m 。 2 ．1 ．2 物理与计算机模拟试验研究 岩 图1一定崩落步距条件下矿岩界面移动与正面 矿石残留示意图 盹．1 S k e t c hO i lm o v i n gl m e r f a e e s0 fo nm a dr o c ka n d o b v e r s er e , d u eo r ea l D t d e rc e r t a 缸∞v i n g 日p _ c i I 喧 图1 为一定崩落步距条件下矿岩界面移动与正 面矿石残留示意图。放矿结束后一般在直壁上几乎 不留下什么残留矿石，所形成的正面残留体形态被 废石隔开，一般来说，步距越大，正面残留矿石越大， 因而矿石损失也就越多。根据1 9 9 7 年镜铁山矿放 矿计算机模拟研究，回采率与崩矿步距存在如下关 系 结构参数为1 5I n 1 2m 分段高度进路间距 ％ 1 1 3 ．7 7 6 2 ．6 8 2L ，一0 ．7 5 彰 2 结构参数1 2m 1 2m 分段高度进路间距 K 3 7 8 ．0 1 8 2 ．3 5 2 三，一0 ．7 5F 3 结构参数1 5I l l 1 8I n 分段高度进路间距 ％ 8 5 ．2 1 6 3 ．4 8 30 - 0 ．7 5 4 式中K 一回采率，％； 工，_ 一放矿步距，m 。 将 2 、 3 和 4 式分别求导，当回采率取得 最大值时，放矿步距分别等于1 ．8 6i n 、1 ．6 6m 和 2 ．3 2 i n 。 2 ．2 铲装深度 图2 中点1 为理论坡底，点3 是临界坡底，点2 是出矿时随机坡底。铲运机或T 4 G 出矿时的铲装 深度则为 X 矾C O 砷一玩t a n 9 0 。一4 ／2 5 式中玩一分段平巷高度，m ； 廿一矿岩自然安息角，。。 现矿山I 、I I 含Ⅱ中 、V 矿体分段平巷高度 为3 ．7I n ，V I 、Ⅶ矿体分段平巷高度为3 ．5m 。矿岩 自然安息角为4 3 。，代人计算铲装深度分别为2 ．3 6 i n 与2 ．2 3I T I 。 万方数据 第6 羯 予嚣立等释挂滴矿区无褒桂麟落采矿参数饩亿研究 3 分段平 2 Ⅵ、Ⅶ矿体也为桦树沟矿区主要开采矿体 志一，2 0 0 7 年该矿体中深孔已按愿设计全部藏王完 攀，中深魏藩籍结构参数调整已无娶际意义。 3 Ⅱ中矿体为矿山正在进行的大间距工业试 验矿体，出矿生要设备为3 。8m 3 电动铲运机，考虑 辫酸窦嚣穗撬，适当躐少矮矿多距，设计确定髓矿 步距2 ．0m ，孔底距2 ．2 2 ．4m 。炮孔密集系数 m 1 ．1 1 ．2 。 原设计结构参数见表1 、表2 。 彪 4 经济效益分辑 阐2 铲装深度计算示意图 №．2 S k e t c hf o rc _ l c u l a t i o ao f ∽㈣a e p t h 铲取深度大，效矿瓣奏效高度簸夫，如果鸯效蹇 度小，敖矿避程中放矿硼堵塞频率增加，对放矿不 利，而铲运机或T 4 G 铲取深度达不到该值，一般情 况下铲运枧铲取深度为2 ．0m 左鑫，T 4 G 铲取滚度 1 ．5m 左右，因此要轮餐装载，使实际铲装深魔接近 瑷论铲深，放出椭球体发育正常。铲装深度的大小 决定了端部损失量的多少，因此，在现场生产过程中 簧镶定严格秘教矿裁痰，特爨是矿崭的铲装瑕净与 铲装深度。因实际铲装深度达不到理论深度，所以 崩落步距不寰过大，一般情况下，对铲运机为2 ．0m 发毫，霹T 4 G 隽l 。5m 艇右。 3 现场工业试验 辗据联上健表牲耱巍戎果，髯瀵过提嵩镪魏精 度，降低爆破的内部破坏、提高炸药质量、完善靛药 绺构、起爆方法的改进等多种措施的实施，可使爆破 效暴大麦改混。 瑰场工娩试验中深乳优化的主要原刚是阿采 举指标最优，现有设备满足铲装深度需求，回采作业 成本费用低；同时结合燕考费斯- U 的中深孔爆破 攒论，在满蹩以上条箨下逶当减少簸小抵抗续，增大 孔底距，保持a w 孔底距崩落步距 之积不变 或略高，以降低大块产战攀，提高块矿率指标。 鸯诧确裳黻下设诗方案 1 I 、Ⅱ、V 矿体为桦树沟矿区主要开采矿体 之一，年采出矿石量占矿区采出矿石量的5 5 ％以 上，蠢矿主簧设备为3 ．8 菇毫动铲运撬，设势镳宠 崩矿步距2 ．1m ，孔底躐2 ．6 ～2 ．8m 。炮孔密集系 数m 1 ．2 4 一1 ．3 3 。 相同结构参数条件下，不同崩落步距主要技术 缀游指标对比袭觅表1 、嶷2 落矿费用失爆破器糖、 袭1 1 2m x l 5B 1 采矿结构参数袭谇下不同崩藩步 距主冀指标对比表 钠崩l e1T h ec o n t r a s to fm a t uh 咖f r o md i f f e r e n tc a - 斑蒜印a 姆w h e n 瑚崦捌撕武n I d 黼p a - r a m e t e ro f l 2 m x l 5 m 袭21 8 m t 5 m 采矿缎构参数条转下不同崩莲步 珏主要指标对毙表 T a b l e2h ec o n t r u t0 fm a i ni n t l e E d Mf r o md ／f f e r e m ∞响喀 印Ⅲ蛔w h e l l Ⅲ赫gm i 血gs t r u c t u r ep s r a 岫l “ 拜1 8 m x l 5 m ⋯称 搿萋说差值徽， 下转第7 页l 万方数据 第6 期陈树召等露灭耐间断工艺车铲匹配优化研究 7 表2 多种铲型配合效率计算 T a b l e 2E f f i c i e n c yc a l c u l a t e dO Hm u l t i s h o v e lt y p e s 物料种类黄土岩石 煤 占总物料量比例 3 8 8 44 51 81 59 8 奎 铲斗弃秽m 3 2 82 02 0 子系统效率 0 ．8 0 9 9 0 ．8 1 4 2 0 ．6 6 3 1 I 系统效率 0 ．7 8 8 4 方 铲斗容积／m 3 2 82 02 3 案子系统效率0 ．8 0 9 90 ．8 1 4 20 ．6 5 9 6 Ⅱ 系统般率 0 7 8 7 8 方 铲斗容S V m 3 2 8 2 52 0 案 子系统效率 0 ．8 0 9 90 ．8 1 4 0O ．6 6 3 1 Ⅲ 0 ．7 8 8 3 系统效率 柰 铲斗容彤m 3 2 82 52 3 子系统效率 0 ．8 0 9 90 ．8 1 柏0 ．6 5 9 6 Ⅳ 系统效率0 ．7 8 7 7 由表2 数据可以看出，方案I 系统效率最高，且 仅采用两种规格的电铲，因此认定该方案为系统效 率优化的最优结果。 5 结论 通过以上研究看出，采用系统效率综合优化具 有以下特点 1 该方法全面考虑采运设备的运行 效率，避免了优化过程中重铲轻车的问题； 2 设备 的运行效率关系到矿山生产的直接成本。可以作为 车铲选型经济效果评价的基础； 3 该方法针对露 天矿矿物赋存的具体条件进行优化分析，对不同性 质的物料进行分别的选型优化，实用性强； 4 工艺 系统综合优化的目标应为总生产成本最低，但由于 设备维护、管理等非直接成本部分难以直接纳入综 合优化之中，研究认为可通过如下方法弥补该方法 的不足首先通过系统效率优化确定若干种较优的 方法，然后采用“德尔菲法”取得不同设备选择下的 间接成本所占比例，进而根据直接成本计算总成本 进行优选。 参考文献 骆中洲．露天采矿学[ M ] ．江苏徐州中国矿业学院出版杜， 1 9 8 6 1 9 9 2 0 2 ． K d yBA ．S u r f a c eM i n i n g [ M ] ．2e c K f i v v ．L i t f l e u m ．S M M E l n c ．1 9 9 0 6 2 6 6 3 8 ． 杨放．露天矿电铲与汽车联合装运中的最佳匹配[ J 】．矿业 研究与开发，1 9 9 4 2 3 4 3 6 ． 雷晓娜．露天矿电铲汽车开采工艺中铲车匹配[ J ] ．湖南有 色金属。1 9 9 9 ，1 5 2 1 5 1 8 ． 张幼蒂，王玉浚．罘矿系统工程[ M ] ．江苏棣娴中国矿业大学 出版社．2 0 0 0 ；1 6 3 1 7 4 ． 张幼蒂，李克民．露天开采优化设计理论与应用C M ] ．江苏徐 州中国矿业大学出版社，2 0 0 0 ． 邹卫清．论大宝山矿排土电铲与汽车的匹配关系[ J ] ．南方金 属．2 0 0 5 6 4 1 4 3 ， 张永亭，罗随月．安家岭露天煤矿汽车及电铲选型的探讨[ J ] ． 露天采煤技术，1 9 9 8 2 _ j 一7 ．U 上接第3 页 凿岩费用与回采出矿费用3 项之和，对比时矿石回 采率、贫化率指标保持不变 。 从表1 、表2 可以看出，在现有采矿结构和保持 现有回采矿量不变的情况下，调整I 、Ⅱ矿体中深孔 凿岩结构参数，因各矿体深孔计划量不同，加之增减 幅度不一，全矿区中深孔总量基本不需增加，经计算 全矿区矿石落矿费用略有降低。 按全年I 、Ⅱ矿体、Ⅱ中与V 矿体采出矿石量 2 0 0 万t 计算，预计回采率提高1 ％，可多采出矿石 2 ．0 万t ，单位矿石直接成本可降低2 0 万元；全年采 出矿石量按2 0 0 万t 计算，大块率降低3 ％，可减少 二次爆破量6 万t ，大块炸药单耗按1 k g ／t 计算。炸 药单价为1 ．5 3 元／I c g ，则降低大块率所产生的直接 效益为9 ．1 8 万元。以上降低费用小计2 9 ．1 8 万 元。这还不包括因大块率降低、块矿率提高所带来 的采场二次爆破、破碎及选矿费用的降低额。 5 结论 通过理论分析，并结合生产实际，认为爆破结构 参数的调整优化对改善爆破效果、充分利用矿产资 源、减少二次爆破危害、提高采矿作业效率和提高矿 石块矿率等具有重要的现实意义，建议推广应用。 参考文献 [ 1 ] 王运敏．冶金矿山采矿技术的发展趋势及科技发展战略[ J ] ． 金属矿山．2 0 0 6 1 1 9 - 2 5 ． [ 2 ] 张国建．无底柱分段崩藉法理论与实践的新认识[ J ] ．中国矿 业。2 0 0 4 ．1 3 2 5 8 一∞ [ 3 ] 董振民．俞胜建．梅山铁矿无底柱分段崩落法崩矿步距研究 [ J ] ．金属矿山，2 0 0 1 5 1 1 一1 2 ． [ 4 ] 金阉．董振民，范庆矗．梅山铁矿大闻距结构参数研究与应 用[ J ] ．金属矿山，2 0 0 2 2 7 9 ． 口 1 2 3 4 S 6 7 8 万方数据