北沼河铁矿采场结构参数的确定方法.pdf

第 1 5卷第 3期 2 0 0 6年 3月 中 国 矿 业 CHI N A M I NI NG M AGAZ I NE VO I ．1 5 ，No ． 3 Ma r c h 2 0 0 6 北 沼河铁矿采场结构参数的确定方法 任凤玉 韩智勇 王文杰 东北大学资源与土木工程 学院 沈阳 1 1 0 0 0 4 摘要试验研究了自然冒落与爆破崩落相结合的大结构参数无底柱分段崩落法 ，提出了基于散体 流动特性的采场结构参数确定方法，并给出分段高度与进路间距的关系式和依据出矿口最早出露废石的 信息确定崩矿步距的方法。这一新型采矿方法在北沼河铁矿取得了良好的实用效果。 关键词 无底柱分段崩落法诱导 冒落采 场结构参数 中图分类号 T D8 5 3 ． 3 1 文献 标识码 B 文章编 号 1 0 0 4 4 0 5 1 I 2 0 0 6 O 3 一O O 4 4 一O 3 S TUDY ON THE S TRUCTURE PARAM ETERS OF S UBLEVEL CAVI NG I N BEI M I NGHE I RON M I NE Re n Fe n g y u Ha n Z h i y o n g W a n g W e n j i e Co l l e g e o f Re s o u r c e s a n d Ci v i l En g i n e e r i n g 。No r t h e a s t e r n Un i v e r s i t yS h e n y a n g 1 1 0 0 0 4 Ab s t r a c t A n e w l a y o u t o f d r i f t s i n s u b l e v e l c a v i n g wa s p r o p o s e d a n d t h e d i s t a n c e b e t we e n t h e d r i f t s Wa S f o r mu l a t e d i n t h i s p a p e r ，I t i s p o v e d b y a c t u a l p r o d u c t i o n t h a t t h e n e w l a y o u t o f d r i f t s c a n e n h a n c e p r o d u c t i v i t y a n d r e d u c e o r e d i l u t i o n ． Ke y wo r d s S u b l e v e l c a v i n g I n d u c i n g c a v i n g S t r u c t u r e p a r a me t e r s 1 矿床地质概况与开采方案研究 北沼河铁矿为一接触交代矽卡岩型磁铁矿床 ， 矿体位于北沼河河床之下，地质条件与水文地质条 件比较复杂。主矿体 F e 7埋 深为 2 6 5 ． 7 6 ～6 7 9 m， 走向长 1 6 2 0 m，宽 9 2 3 7 6 m，最大厚度 1 6 0 ． 6 8 m， 平均厚度 4 4 ． 9 1 m，平均 T F e含量为 5 1 ． O 4 ；次 级矿体 F e 6埋 藏深度 2 8 5 ～4 7 6 m，走 向长 3 6 0 m， 矿体最大 厚度 为 6 8 ． 5 m，平均 厚度 1 6 ． 7 m，平均 T F e 含量为 4 9 ． 2 7 。矿石构造主要为浸染状与块 状构造 ，质地 比较松软 ，不稳固到中等稳 固。顶板 为奥陶纪马家沟组 中统灰岩 ，中等稳 固到不稳 固； 近矿 围岩严重蚀变，稳 固性差。底板为燕山期闪长 岩 ，中等稳固，在 矿体与 闪长 岩之间 ，有一层厚 5 ～1 0 m矽卡岩蚀变带 ，极不稳固。 根据矿体赋存条件 ，选用无底柱分段崩落法开 采 ，原设计中段高度 6 0 m，分段高度 1 5 m，进路间 距 1 2 m。2 0 0 1年与东北大学合作后 ，针对北 沼河 矿床条件与邯邢矿 山管理局的生产经 验 ，提 出了 “ 四低一高” 低损失、低贫化、低成本、低事故隐 收稿 日期 ；2 0 0 5 0 8 一o 8 作者简介任凤玉东北大学教授博导 患与高生产能力的开采 目标 ，为此设计了无底柱 分段崩落法的改进方案 ，即将矿体 沿铅垂方向划分 为上 、下两部分 ，用大结构参数无底柱分段崩落回 采下部分矿体，诱导上部分矿体自然冒落。冒落的 矿石 ，在下面不少于三个分 段的回采 中逐步接收 在改进方案 中，对采场结构形式与结构参数的确定 方法等 ，进行了系统地分析研究 。 无底柱分段落法影响放矿的采场结构参数主要 是分段 高度 H 、进 路间距 S 与崩矿 步距 L 。为了提高开采强度 、减小掘采 比和有效地控 制采场地压，目前应用无底柱分段崩落法的矿山正 向增大分段高度 与进路间距方向发展。北沼河铁矿 通过优化研究将分段高度取为 1 5 m，这一高度 比较 适合首采中段的矿体条件与开采技术条件 ，但从有 利于改善矿石移 动空 间条 件 出发 ，确定 进路间距 时 ，原则上需考 虑如下两点其一 ，保证分段放矿 结束后，所形成的矿石脊部残留体 进路之间残留 矿石构成的形体 ，只有一个峰值 ，而且峰值点位 于两条进路 的中问；其二 ，该峰值点在下分段出矿 时率先到达出矿 口。前者限制进路 间距不能过大 ， 后者限制进路间距的合理值 。 在菱形布置进路的采场结构中，每一条进路负 担 回收一个脊部残 留体 ，如 图 1中 1 进路 负担 回 维普资讯 第 3期 任凤玉等北沼河铁矿采场结构参数的确定方法 收脊部残 留体 A，2 进路负担 回收脊部残留体 B 。 而且为了取得最佳的回收效果 ，每一出矿进路 ，应 能够完整地回收所负担的脊部残留体 ，又不扰动相 邻脊部残 留体 。因此 ，出矿时 的有 效流动带 的边 界 ，应完整地包围所负担的脊部残 留体，同时不与 相邻脊部残留体相交。 图 1 进路 间距确定方法示意圈 由实验得出，散体的有效流动带宽度为 厂 R 2 - √ 专 1 式中 ，0 垂 直进 路方 向散 体 流 动参 数值 ； z 高度方向坐标值。 ‘ 根据图 1 关系和表达式 1 ，可得出进路 间距 的计算公式 S一 u b 2 式中 H分段高度 ，b 进路宽度 ， 系 数 ，与废石漏斗在进路顶板的出露宽度有关 。北沼 河铁矿进路宽度 4 ． 2 m，端部放矿时垂 直进路方向 的散 体流 动参数为 一1 ． 3 2 2 1 ，0 0 ． 5 3 8 7 。将 H一1 5 ，b 一4 ． 2 ，a 一1 ． 3 2 2 1 ，0 0 ． 5 3 8 7代入 式 2 ，计算得 厂 一 s 5 0 ． 5 3 8 7 1 5 。 。 4 ． 2 V 1 5 ． 5 4 4 ． 2 3 由式 3 计算可得 ①当采用无贫化放矿方式时 ≈0 ，此时进 路间距的合理值为 1 5 ． 5 4 ； ②当采 用截 止 品位放矿 方式 时 ≈0 ． 7 5 ， 此时进路间距的合理值为 1 8 ． 6 9 ； ③ 当采用低贫化放矿方式 时 ≈0 ． 1 ～0 ． 6 ， 此时进路间距的合理值为 1 5 ． 9 6 ～1 8 ． 0 6 。 北沼河铁矿采用低贫化放矿方式 ，因此进路间 距 的合理值应在 1 6 ～1 8 m之间。 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 葶 5 O 4 0 3 0 2 0 l 0 0 l 0I 2 l 4 l 6 l 8 2 0 2 2 2 4 进路间距 IE 矿石回采率 废 混入宰 图2 进路间距与回采指标关系仿真值 我们利用北沼河铁矿的散体流动参数 ，进行 了 放矿计算机仿真计算 ，得出的回采指标随进路间距 的变化见图 2 。可见 ，在进路间距 1 6 ～1 8 m的范围 内，矿石回采率较高而废石混入率变化不大。因 此，进路间距 可在 1 6 ～1 8 m 区间选用任 一数值 ， 但从有利于提高开采效率和防止地压活动的角度考 虑，选择 1 8 m 的进路 间距较为优越 ，为此 ，北 沼 河铁矿在分段高度 1 5 m 的条件 下，采用了 1 8 m 的 进路间距 。 进路间距增大后 ，矿石脊部残留体增大，为此 对回收进路的要求更为严格。为了便于生产，将回 收进路设置在最下层 回采进路之间 ，即将最下层回 采进路加密一倍 ，以加密的进路作为回收进路 ，用 来充分回收底板部位矿量。此外，将第一分段进路 设置在比较稳固的矿体内部、利用第一分段进路 回 采提供的空间诱导上部矿石与顶板围岩 自然 冒落。 由此形成北沼河铁矿 自然 冒落与爆破崩落相结合的 大结构参数无底柱分段崩落法新方案 图 3 。 厩板围岩 自然冒落区 爆破崩落区 [ I [ I [ I [ I I - i I ；I I ‘ l l5 m iIi i i ； l m 0 休 [ I ．矿 ．体 ． ． ． 底 [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ I I I I I I l I I I 圈3 北沼河铁矿新方案采场结构图 新方案最底层进路的回采顺序如图 4所示 ，先 回采相邻的 回采进路 ，后 回采 回收进路 加密进 维普资讯 4 6 中 国 矿 业 第1 5 卷 路 。为安全起见 ，回收进路 的滞后 回采距 离，不 应小于 3 ～5个崩矿步距 回收进路是位置最低的回采进路 ，由它负担的 回采矿量不具有转移条件 ，而且由它接收的上面分 段转移矿量的连续移动空间条件 ，也在回收进路放 矿结束时自然消失 ，这样回收进路放不出来的矿石 即成为永久损失，因此 回收进路采用截止品位放矿 方式 。如图 4 。 确定 了分段高度与进路间距之后 ，就可优化崩 矿步距了。由于爆破后矿石堆体 崩落体的实际 形态不容易查清，优化工作需根据实际出矿现象通 过现场观察寻优完成。根据随机介质放矿理论 的研 究成果，每一条颗粒迹线 在出矿 口都 有确定 的位 置 ，依据废石在出矿 口最先 出现的位置高度 ，沿迹 线便可辨认出废石来 自正面还是顶面。如果废石出 露部位较低且四周被矿石包裹 ，表明废石来 自端部 正面，此时崩矿步距过小 ，应加大崩矿步距 ；如果 废石靠出矿 口眉线呈 “ 高位薄层”流出，表明废石 来 自顶面，此时崩矿步距过大 ，应减小崩矿步距 。 合理的崩矿步距值 ，是使顶面与端部正面的废石同 时到达矿 口，此时表现 为废石 出露得 晚，一旦 出 现，就很快在 出矿 口占据较大的断面积 ，以较快的 速度流 出 。 初步观察表 明，北 沼河铁矿在分段高度 1 5 m、 进路间距 1 8 m条件下 ，崩矿步距为 3 ． 7 m时 ，废石 漏斗在端部 口出露 的位置较好 。为此 ，现今北 沼河 铁矿采用 3 ． 7 m 的崩 矿步距 ，即一 次爆 破两排炮 孔 ，前排炮孔的抵抗线 2 ． 0 m，后排炮孔的抵抗线 为 1 ． 7 m。 北沼河铁矿实施自然冒落与爆破崩落相结合的 大结构参数无底柱分段崩落法新方案后 ，主采 区的 采准系数 由原来 的 3 ． 6 m／ k t 减小到 2 ． 0 7 m／ k t ，在 地质与水文地质条件都 比较复杂的条件下 ，提高了 产能，提前一年达到设计生产能力 ，创造 了国内大 型金属矿 山快速达产之先河 ；此外按上述方法确定 采场结构参数 ，同时采取低贫化放矿方式 ，较好地 适应 了崩落矿岩的流动特性 ，使正常开采区段的矿 石 回采率达 到 9 2 ． 5 9 ， 6 ，矿石贫化率 1 1 左右 ，取 得了 良好的技术经济效果。 一 1 8 m 一 1 r 矿 体 。 。 t 3 -4 m 底 板 围 岩 I 『 ] l I 图 4 回收进路的 回采顺序 示意图 3 结论 1 自然 冒落与爆破崩落相结合的大结构参数 无底柱分段崩落法新方案 ，降低了采准系数 ，提高 了产能，在北沼河实施后取得 了良好的技术经济效 果 。 2 在无底柱分段崩落法 中，采场结构与放矿 方式共同适应崩落矿岩移动规律，才能实现低贫损 开采 目标 。 3 分段高度与进路间距 的合理关系 ，既与散 体流动参数有关 ，又与放矿方式有关，可用下式计 算 几一 S 一5 、 | 专8 } l 。 Y 4 崩矿步距需要在生产 中根据废石在端部 口最早 出露的位置与出露强度逐步优化 ，北沼河铁 矿在分段高度 1 5 m、进路间距 1 8 m 条件下 ，初步 观察表明，合理的崩矿步距为 3 ． 7 m。 5 有关崩矿分间的形状与崩落步距的确定方 法等问题，有待于进一步研究 。 _ l l ，} } l u { ； Z } ． 毋 l 5 告 世 一 一 一 惜 ～ 一 一 一 皿 一 雾 欢 ； 一 嫩 一 一 蝴 一 一 皿 一 零 欢 ； 一 嫩 一 一 脯 一 一 嫩 一 一 一 晦 一 一 零 啦 零 毋 撩 毋 维普资讯