半無(wú)限邊界條件

1、無(wú)底柱分段崩落法放礦方式的分無(wú)底柱分段崩落法放礦方式的分析與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)析與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 周宗紅2010年10月 無(wú)底柱分段崩落法是世界范圍內(nèi)廣泛使用的一種高機(jī)械化、低成本的采礦方法，我國(guó)從20世紀(jì)60年代開始引入并在地下鐵礦山迅速得到推廣應(yīng)用。我國(guó)黑色金屬礦山地下采礦中用崩落法采出的礦量高達(dá)85%以上，而有色金屬礦山則為40%，國(guó)際上使用崩落法開采的礦山個(gè)數(shù)約占25%。 無(wú)底柱分段崩落法的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖所示，以步距為回采單元，一個(gè)步距一個(gè)步距地崩礦、放礦。無(wú)底柱分段崩落法典型方案 正?；夭蓵r(shí)，每個(gè)步距崩落的礦石至少有兩個(gè)面（頂面與正面）接觸廢石，一般都是三個(gè)面（頂面、正面與側(cè)面）接觸廢石，

2、這樣礦巖動(dòng)態(tài)接觸面積比其它崩落法大，廢石混入源多，因此該法對(duì)放礦方式與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)合理性的要求比較嚴(yán)格。 總的來(lái)說(shuō)，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)與放礦方式是影響采礦效果的不可分割的兩部分，兩者合理配合共同適應(yīng)崩落礦巖的移動(dòng)規(guī)律，才能獲得最佳的開采指標(biāo)礦石回采率高而貧化率低。崩落礦巖移動(dòng)圖象近似三不等軸橢球缺3.3.1 截止品位放礦方式的分析截止品位放礦方式的分析目前使用無(wú)底柱分段崩落法的礦山，現(xiàn)行的放礦方式為截止品位放礦方式。這種放礦方式的出礦過(guò)程可分為兩個(gè)階段，前一階段放出的礦石為純礦石，放到一定數(shù)量后，出礦口出現(xiàn)廢石進(jìn)入第二階段，純礦石摻雜著廢石放出，稱為貧化礦放出，在貧化礦放出期間，隨著放礦的進(jìn)行，放出礦石中廢

3、石含量不斷增大，礦石品位不斷降低，從而使每噸礦石的盈利額不斷減少。當(dāng)放出礦石品位低到一定數(shù)值時(shí)，從當(dāng)次放出量中提取成品（精礦）的銷售額恰好與其放礦以后發(fā)生的采、選等項(xiàng)費(fèi)用平衡，此時(shí)的品位值，稱為放礦截止品位，簡(jiǎn)稱截止品位。停止放出，轉(zhuǎn)入下一步距回采。 采用截止品位放礦方式，在經(jīng)濟(jì)合理范圍內(nèi)，對(duì)礦、巖堆體形態(tài)已經(jīng)確定的單個(gè)步距來(lái)說(shuō)，放出的礦石量最多；對(duì)礦巖接觸面形態(tài)已經(jīng)確定的單一分段來(lái)說(shuō)，殘留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石量最少。但這種放礦方式每一步距都放出一些廢石，整個(gè)礦塊廢石混入次數(shù)多、混入總量大，造成礦石貧化率大。 無(wú)底柱分段崩落法每一分段垂直進(jìn)路方向出礦口間距等于進(jìn)路間距，由于進(jìn)路間距較大，出礦結(jié)束時(shí)每

4、兩條進(jìn)路之間存留一條較大的礦石脊部殘留體。受此殘留體影響，實(shí)際放出體形態(tài)與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖3.9所示 圖 3.9 放出體與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系 1放出體；2分段界限；3炮孔； 4回采進(jìn)路 放出體體積只有一小部分位于出礦分段，絕大部分位于上一分段。這表明上一分段礦量的絕大部分，需在下一分段回收。這種特征稱之為“轉(zhuǎn)段回收”。 “轉(zhuǎn)段回收”特性告訴我們，殘留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石量并不等于損失，可轉(zhuǎn)移到下分段回收。放礦平面實(shí)驗(yàn)與立體實(shí)驗(yàn)表明，殘留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石不會(huì)在下移過(guò)程中與其上廢石發(fā)生大規(guī)?；祀s，因此可在其下分段得到充分回收。 “轉(zhuǎn)段回收”特性告訴我們，殘留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石量并不等于損失，可轉(zhuǎn)移到下分段回收。 放

5、礦平面實(shí)驗(yàn)與立體實(shí)驗(yàn)表明，殘留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石不會(huì)在下移過(guò)程中與其上廢石發(fā)生大規(guī)?；祀s，因此可在其下分段得到充分回收。 截止品位放礦方式以允許較大的廢石混入為代價(jià)，來(lái)追求暫時(shí)的單個(gè)步距的礦石放出量最大，這對(duì)于其下沒有接收條件的進(jìn)路來(lái)說(shuō)，自然是有益的，但對(duì)于礦石移動(dòng)空間條件較好的礦體、且有良好接收條件的進(jìn)路來(lái)說(shuō)，實(shí)際上等于將那些本可以在下分段得到較好回收的殘留礦量以較大的貧化率為代價(jià)提前回收，其結(jié)果是在放出的礦石中混入大量的廢石。 改進(jìn)無(wú)底柱分段崩落法技術(shù)準(zhǔn)則 從放礦過(guò)程考察無(wú)底柱分段崩落法，存在著礦石貧化較大的缺點(diǎn)，形成該缺點(diǎn)的主要原因是每個(gè)步距崩礦量少，并且每個(gè)步距都要產(chǎn)生一次礦石貧化。增大崩

6、礦量和減少貧化次數(shù)可作為改進(jìn)無(wú)底柱分段崩落法結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的一項(xiàng)基本原則；第二項(xiàng)準(zhǔn)則是，擴(kuò)大放礦時(shí)的移動(dòng)范圍，減少殘留礦石量，尤其是緊靠下盤部分更應(yīng)如此。3.3.2無(wú)底柱分段崩落法低貧化放礦 研究表明，廢石混入的根本原因是廢石漏斗的破裂，如果利用無(wú)底柱分段崩落法的“轉(zhuǎn)段回收”特征，廢石漏斗一旦破裂就停止放出，將遺留于采場(chǎng)內(nèi)的礦石轉(zhuǎn)移到下一分段回收，則可大大減少?gòu)U石的混入量，從而大幅度降低礦石貧化率。這種見到廢石漏斗為止的放礦方式稱之為低貧化放礦方式。 低貧化放礦方式僅放出礦巖接觸面摻雜的少量廢石，以及廢石漏斗尖部的少量廢石，這樣就有效地限制了廢石的混入源。 據(jù)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用低貧化放礦方式

7、，可使礦石貧化率由1525下降到46。 低貧化放礦的理論基礎(chǔ)，除了消除廢石漏斗的擴(kuò)展外，主要是礦巖流動(dòng)空間的連續(xù)性，即存留于采場(chǎng)內(nèi)的崩落礦石不會(huì)被覆蓋巖石阻隔、可于下面分段回收的性質(zhì)。這種連續(xù)性允許人們有計(jì)劃地出礦，避免以大量廢石混入為代價(jià)去放出礦石，而將那些必須混著巖石才能放出的礦石，暫時(shí)殘留于采場(chǎng)，轉(zhuǎn)到下分段擺脫廢石摻雜，以純礦石形式或少量混巖形式放出。 從放礦管理角度來(lái)說(shuō)，低貧化放礦的核心，是擴(kuò)大純礦石放出量，減少貧化礦放出量。它將貧化礦的放出局限于辨認(rèn)廢石漏斗的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)廢石漏斗正常到達(dá)出礦口，便停止放出。 低貧化放礦方式并不排斥優(yōu)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的重要性，只是著眼點(diǎn)與截止品位放礦

8、方式有所不同，截止品位放礦方式的著眼點(diǎn)是本步距開采的盈利最大，而低貧化放礦方式則是在便于管理的基礎(chǔ)上，著眼于整個(gè)采場(chǎng)（礦塊或塊段）的盈利最大。由于礦石移動(dòng)空間的連續(xù)性，采場(chǎng)總盈利最大只要求各個(gè)分段盈利的總和最大，并不追求單個(gè)分段的盈利最佳。 低貧化放礦方式對(duì)每一分段來(lái)說(shuō)，只要求貧化礦放出量最少，純礦石放出量最大。因此實(shí)行低貧化放礦時(shí)，采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的準(zhǔn)則可歸結(jié)為：保證放出體與頂面及側(cè)面礦巖接觸面同時(shí)相切。 無(wú)底柱分段崩落法影響放礦的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是分段高度（H）、進(jìn)路間距（S）與崩礦步距（L）。為了提高開采強(qiáng)度、減小采掘比和有效地控制地壓，目前正向增大開采強(qiáng)度與進(jìn)路間距方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)梅山鐵

9、礦深部開采中分段高度與進(jìn)路間距已達(dá)2020m，國(guó)外瑞典基律納鐵礦則為3027m。 分段高度與進(jìn)路間距是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)，從有利于改善礦石移動(dòng)空間條件來(lái)講，對(duì)一定的分段高度，在確定進(jìn)路間距時(shí)應(yīng)考慮如下兩點(diǎn)： 其一，保證分段放礦結(jié)束后，所形成的礦石脊部殘留體（進(jìn)路之間殘留礦石構(gòu)成的形體）只有一個(gè)峰值，而且峰值點(diǎn)位于兩條進(jìn)路的中間；其二，該峰值點(diǎn)在下分段出礦時(shí)率先到達(dá)出礦口。前一條原則限制進(jìn)路間距不能過(guò)大，后一條原則限制進(jìn)路間距不能過(guò)?。▓D3.10）。B A 脊部殘 留體 有效流動(dòng)帶 1# 2# 圖3.10 低貧化放礦時(shí)進(jìn)路間距確定示意圖 實(shí)際開采設(shè)計(jì)中，可依據(jù)這兩條原則，借助計(jì)算機(jī)由放出漏斗方程

10、和顆粒移動(dòng)方程計(jì)算確定，或用物理模擬實(shí)驗(yàn)法確定。近似計(jì)算時(shí)，可按放出體與上分段進(jìn)路的幫面及其礦石殘留體峰值點(diǎn)，同時(shí)相切來(lái)估算進(jìn)路間距的合理值。 為此在放出體曲面方程中，令x=g(z)，dy/dz=0，計(jì)算出放出體在垂直進(jìn)路方向（y軸方向）的短半軸1111HDzeY 以分段高度的2倍估算放出體高度，即令，由此得低貧化放礦方式的進(jìn)路間距估算式 式中 S進(jìn)路間距；H分段高度；b進(jìn)路寬度；e自然對(duì)數(shù)； ， ， ， 散體流動(dòng)參數(shù)。bHeS11212112111 在生產(chǎn)礦山中，最有意義的是崩礦步距優(yōu)化，即在分段高度與進(jìn)路間距已經(jīng)確定得條件下，采用多大得崩礦步距使放礦指標(biāo)最好？ 如果崩礦步距過(guò)小，正面廢石率

11、先到達(dá)出礦口；如果崩礦步距過(guò)大，頂部廢石率先到達(dá)出礦口。依據(jù)廢石在出礦口最先出現(xiàn)的位置，沿跡線便可辨認(rèn)廢石來(lái)自哪個(gè)方向。3.3.3無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)路間距殘留礦量的回收無(wú)底柱分段崩落法進(jìn)路間距殘留礦量的回收 如前所述，無(wú)底柱分段崩落法出礦結(jié)束時(shí)兩條進(jìn)路之間存留一條較大的礦石脊部殘留體，以往人們將位于礦體底板或下盤部位的這種殘留體視為損失礦量，鑒于由此引起的損失率與礦體鉛直厚度成反比，由此將無(wú)底柱分段崩落法的適用條件限定于極傾斜厚大礦體和緩傾斜極厚礦體。 若實(shí)行低貧化放礦或無(wú)貧化放礦，將使脊部殘留量進(jìn)一步加大，一個(gè)突出的問(wèn)題是如何調(diào)整采場(chǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)合理回收這 部分殘留礦量，以減弱對(duì)采礦法的限制條件。

12、以回收礦體底板（或下盤）部位殘留礦量為主要目的回采進(jìn)路，稱之為回收進(jìn)路。圖 3.11 回收進(jìn)路示意圖 Fig3.11 Sketch of recovery drift 回收進(jìn)路是無(wú)底柱分段崩落法“轉(zhuǎn)段回收”特性所要求的。由于每一分段放礦僅能放出本分段負(fù)擔(dān)礦量的小部分，絕大部分須轉(zhuǎn)到下一分段回收，因此為回收礦體內(nèi)最下一個(gè)分段的殘留礦量，以及為充分回收近礦體底板（或下盤）部位礦量，就需在礦石殘留體下方 底板（或下盤）圍巖里開掘回收進(jìn)路。 回收進(jìn)路是位置最低的回采進(jìn)路，由它負(fù)擔(dān)的回采礦量不具有轉(zhuǎn)移條件，而且由它接收的上面分段轉(zhuǎn)移礦量的連續(xù)移動(dòng)空間條件，也在回收進(jìn)路放礦結(jié)束時(shí)自然消失，這樣回收進(jìn)路放不

13、出來(lái)的礦石即成為永久損失，因此回收進(jìn)路應(yīng)采用截止品位放礦方式。 回收進(jìn)路的放礦過(guò)程是，先放出純巖石，后放貧化礦。其中在貧化礦放出前期，礦石品位不斷增大；在放出后期，礦石品位逐漸降低，最后達(dá)到截止品位停止放出。當(dāng)分段高度與進(jìn)路間距一定時(shí)，貧化礦放出的數(shù)量及其綜合品位，主要取決于開掘巖石高度。開掘巖石高度越大貧化礦放出量越少，且綜合品位越低。開掘巖石高度取決于礦床開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，需按礦山實(shí)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算確定。對(duì)每一開掘高度，都應(yīng)運(yùn)用崩落礦巖移動(dòng)規(guī)律，盡可能減少回收進(jìn)路的廢石放出量與混入量。 回收進(jìn)路適應(yīng)了無(wú)底柱分段崩落法轉(zhuǎn)段回收的特性，可使采場(chǎng)內(nèi)礦量得到充分回收，從而為其上各分段進(jìn)路實(shí)行低

14、貧化放礦或不貧化放礦解除了后顧之憂；同時(shí)也使無(wú)底柱分段崩落法本身對(duì)礦體鉛直厚度的要求大為降低，使其合理適用范圍得以拓寬。 總之，放礦方式與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)合理搭配，依靠截止品位控制放礦的回收進(jìn)路提高采出礦石的數(shù)量，依靠不貧化或低貧化放礦的其它非回收進(jìn)路提高采出礦石的質(zhì)量，可使無(wú)底柱分段崩落法成為高回采率、低貧化率采礦方法。傾斜壁邊界條件 在崩落法放礦中，當(dāng)?shù)V體傾角大于崩落礦巖自然安息角而小于90時(shí)，崩落礦巖的移動(dòng)受到采場(chǎng)傾斜邊壁的影響。稱這類邊界條件為傾斜邊界條件。 傾斜壁邊界條件在生產(chǎn)中經(jīng)常遇到，其理論研究歷來(lái)是放礦研究的重要組成部分，但由于此時(shí)的放出體與放出漏斗形態(tài)受邊壁控制不是對(duì)稱形體，而且不屬于同一類型幾何形體（圖5.1），給傳統(tǒng)的以放出