無底柱分段崩落法

1、東北大學(xué)東北大學(xué) 采礦學(xué)館采礦學(xué)館 大間距采礦理論是國家大間距采礦理論是國家“十五十五”攻關(guān)項目：大間距攻關(guān)項目：大間距集中化無底柱采礦新工藝研究的理論基礎(chǔ)和核心。它指集中化無底柱采礦新工藝研究的理論基礎(chǔ)和核心。它指出了傳統(tǒng)無底柱分段崩落法放礦理論的不足，提出了新出了傳統(tǒng)無底柱分段崩落法放礦理論的不足，提出了新的放礦理論，并由此推導(dǎo)出大間距無底柱分段崩落法數(shù)的放礦理論，并由此推導(dǎo)出大間距無底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型，從而奠定了大間距無底柱分段崩落法的基礎(chǔ)，學(xué)模型，從而奠定了大間距無底柱分段崩落法的基礎(chǔ)，這種新采礦方法將使我國無底柱分段崩落法在結(jié)構(gòu)參數(shù)、這種新采礦方法將使我國無底柱分段崩落法在結(jié)構(gòu)參

2、數(shù)、裝備、工藝技術(shù)上發(fā)生重大變革，并將帶來巨大的經(jīng)濟裝備、工藝技術(shù)上發(fā)生重大變革，并將帶來巨大的經(jīng)濟效益。國家科技部在效益。國家科技部在“十五十五”科技攻關(guān)中期評審中與會科技攻關(guān)中期評審中與會專家認(rèn)為：大間距理論和大間距數(shù)學(xué)模型屬于原始創(chuàng)新。專家認(rèn)為：大間距理論和大間距數(shù)學(xué)模型屬于原始創(chuàng)新。 1.傳統(tǒng)放礦理論基本點傳統(tǒng)放礦理論基本點 傳統(tǒng)放礦理論的要點如下：傳統(tǒng)放礦理論的要點如下： 1）無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，崩落礦石）無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的

3、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)越好。經(jīng)濟指標(biāo)越好。 2）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無底柱分段崩落法采）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進路間距、崩礦步距三度尺寸。礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進路間距、崩礦步距三度尺寸。 3）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長半軸）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長半軸a與橫半軸與橫半軸b之比為之比為2.5-3。 4）在無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇時，分段高度應(yīng)）在無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇時，分段高度應(yīng)進路間距。進路間距。 2.傳統(tǒng)理論在教科書和設(shè)計手冊中的反映傳統(tǒng)理論在教科書和設(shè)計手冊中的反映 傳統(tǒng)理論的第一點是一切放礦研究的

4、基礎(chǔ)，而第二、三點是對傳統(tǒng)理論的第一點是一切放礦研究的基礎(chǔ)，而第二、三點是對爆破堆積體形態(tài)和放出體形態(tài)的描述，但在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)時，由于爆破堆積體形態(tài)和放出體形態(tài)的描述，但在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)時，由于受當(dāng)時總體水平的影響，得出了分段高度應(yīng)受當(dāng)時總體水平的影響，得出了分段高度應(yīng)進路間距的第四點。進路間距的第四點。并且把它作為精典，寫進了教科書、設(shè)計手冊，如：高校教科書金并且把它作為精典，寫進了教科書、設(shè)計手冊，如：高校教科書金屬礦山地下開采、采礦設(shè)計手冊、采礦手冊中都有回采進路間距一屬礦山地下開采、采礦設(shè)計手冊、采礦手冊中都有回采進路間距一般等于或稍小于分段高度的說法，甚至還規(guī)定了進路間距與分段高般等于

5、或稍小于分段高度的說法，甚至還規(guī)定了進路間距與分段高度有如下的關(guān)系：度有如下的關(guān)系：D（0.8-1）H。由于這些法規(guī)和著作影響了。由于這些法規(guī)和著作影響了人們的思想，使我國無底柱分段崩落法的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一直停留在分人們的思想，使我國無底柱分段崩落法的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一直停留在分段高度為段高度為10-12米、進路間距一般米、進路間距一般8-10米。米。 2.大間距無底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型大間距無底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型 眾所周知，無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，當(dāng)崩落礦石眾所周知，無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，當(dāng)崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度高時，就會得到較好的技術(shù)經(jīng)濟的爆

6、破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度高時，就會得到較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，這兩者的吻合程度問題，其實質(zhì)就是采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問題，也指標(biāo)，這兩者的吻合程度問題，其實質(zhì)就是采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問題，也是放礦學(xué)研究的核心問題。是放礦學(xué)研究的核心問題。 2.1傳統(tǒng)理論研究的方法及不足傳統(tǒng)理論研究的方法及不足 在這一點上傳統(tǒng)的放礦理論存在著誤區(qū)，傳統(tǒng)的研究沒有注意到各在這一點上傳統(tǒng)的放礦理論存在著誤區(qū)，傳統(tǒng)的研究沒有注意到各放出體之間的相互影響，而是著重研究單個放出體。放出體之間的相互影響，而是著重研究單個放出體。 由于工業(yè)放出體長軸約為橫軸的由于工業(yè)放出體長軸約為橫軸的2.5-3.0倍，因此認(rèn)為一個回采倍，因

7、此認(rèn)為一個回采單元的幾何尺寸應(yīng)為單元的幾何尺寸應(yīng)為2.5-3.0單位單位1.0單位，根據(jù)礦石的爆破堆積體形單位，根據(jù)礦石的爆破堆積體形態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合的原則，把四個巷道布置在它的四邊即態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合的原則，把四個巷道布置在它的四邊即菱形布局，形成如圖菱形布局，形成如圖1的格局。的格局。 由于在長軸方向上分為二個分段，由于在長軸方向上分為二個分段，則分段高與進路間距之比值為：則分段高與進路間距之比值為：H/L=1.3-1.5，上述就是傳統(tǒng)放礦理論要求分段上述就是傳統(tǒng)放礦理論要求分段高大于進路間距的來由。高大于進路間距的來由。 上述的說法看似合情合理，但是問題遠上述的

8、說法看似合情合理，但是問題遠沒有這樣簡單，關(guān)鍵在于兩者的吻合程度沒有這樣簡單，關(guān)鍵在于兩者的吻合程度上。單個放出體與回采單元的吻合程度如上。單個放出體與回采單元的吻合程度如圖圖1時已到最佳狀況，這就是教科書、設(shè)計時已到最佳狀況，這就是教科書、設(shè)計手冊所規(guī)定的分段高度大于進路間距的理手冊所規(guī)定的分段高度大于進路間距的理論基礎(chǔ)，但是如果把這種單個放出體布局論基礎(chǔ)，但是如果把這種單個放出體布局在空間進行排列，馬上會發(fā)現(xiàn)間題，因為在空間進行排列，馬上會發(fā)現(xiàn)間題，因為此時純礦石放出體發(fā)生重疊，違背了純礦此時純礦石放出體發(fā)生重疊，違背了純礦石放出體相切的基本原則，這正是傳統(tǒng)放石放出體相切的基本原則，這正是

9、傳統(tǒng)放礦理論所沒有考慮到的問題。礦理論所沒有考慮到的問題。 2.2大間距空間排列理論（平面模型）大間距空間排列理論（平面模型） 我們跳出了單個放出體的框架，研究了各放出體之間空間排列我們跳出了單個放出體的框架，研究了各放出體之間空間排列問題，而所用的基本原則沒有變。還是采用崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)問題，而所用的基本原則沒有變。還是采用崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合，這一基本準(zhǔn)則在具體操作上不太好掌應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合，這一基本準(zhǔn)則在具體操作上不太好掌握，如把它等價地轉(zhuǎn)換成。純礦石放出體互相相切的結(jié)構(gòu)參數(shù)為最優(yōu)。握，如把它等價地轉(zhuǎn)換成。純礦石放出體互相相切的結(jié)構(gòu)參數(shù)

10、為最優(yōu)。的原則，就很直觀，而且可操作性也好，只要分析簡單的幾何關(guān)系之后，的原則，就很直觀，而且可操作性也好，只要分析簡單的幾何關(guān)系之后，即可得出較為簡明的計算公式。即可得出較為簡明的計算公式。 我們的研究指出結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的實質(zhì)就是放出體空間排列的優(yōu)我們的研究指出結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的實質(zhì)就是放出體空間排列的優(yōu)化問題，密實度最大者為優(yōu)。根據(jù)這一基本點出發(fā)，有兩種最優(yōu)排列，化問題，密實度最大者為優(yōu)。根據(jù)這一基本點出發(fā)，有兩種最優(yōu)排列，一種為高分段結(jié)構(gòu)，一種為大間距結(jié)構(gòu)，如圖一種為高分段結(jié)構(gòu)，一種為大間距結(jié)構(gòu)，如圖2、3所示。所示。 專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型）專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型） 專題一、大間

11、距理論（數(shù)學(xué)模型）專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型） 二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法 2.3大間距數(shù)學(xué)模型的另一種推算方法大間距數(shù)學(xué)模型的另一種推算方法東北大學(xué)劉興國教授推導(dǎo)的大間距數(shù)學(xué)模型公式過程為：東北大學(xué)劉興國教授推導(dǎo)的大間距數(shù)學(xué)模型公式過程為：梅山鐵礦提出根據(jù)純礦石放出體相切條件確定進路間距。梅山鐵礦提出根據(jù)純礦石放出體相切條件確定進路間距。純礦石放出體相切時的排列如圖純礦石放出體相切時的排列如圖6（a）所示，進路間距確定）所示，進路間距確定方法如圖方法如圖6（b）所示，根據(jù)圖）所示，根據(jù)圖6（b）求得切點位置（）求得切點位置（x，y）后，便可得出進路間距。后，便可得出進路間距。

12、 二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法 2.3放出體空間排列理論的要點如下放出體空間排列理論的要點如下 1）無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，崩落礦石的爆破）無底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進行的，崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)越堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)越好。好。2）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進路間距、崩礦步距三度尺寸。參數(shù)，即分段高度、進路間距、崩礦步距三度尺寸。

13、3）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長半軸）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長半軸a與橫半軸與橫半軸b之比為之比為2.5-3。 上述三點與傳統(tǒng)的放礦理論完全一致，區(qū)別在于下面幾點。上述三點與傳統(tǒng)的放礦理論完全一致，區(qū)別在于下面幾點。4）在無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問題的實質(zhì)就是放出體）在無底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問題的實質(zhì)就是放出體的空間排列問題。排列密度最大的為最優(yōu)。的空間排列問題。排列密度最大的為最優(yōu)。5）根據(jù)放出體空間排列原則可得到兩種同為最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，大間距）根據(jù)放出體空間排列原則可得到兩種同為最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，大間距結(jié)構(gòu)和高分段結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟條件下，大間距比高分段具有更結(jié)

14、構(gòu)和高分段結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟條件下，大間距比高分段具有更強的可操作性強的可操作性.6）在無底柱分段崩落法中，增加進路間距不一定是大間距、同樣）在無底柱分段崩落法中，增加進路間距不一定是大間距、同樣加大分段高度也不一定是高分段，其關(guān)鍵是看放出體的空間排列形式。加大分段高度也不一定是高分段，其關(guān)鍵是看放出體的空間排列形式。7）大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)中，分段高度與進路間距之比是為變量。）大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)中，分段高度與進路間距之比是為變量。 二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱分段崩落法二、無底柱