不同粒径废石对废石漏斗形成的对比研究
作者姓名： 贾永
指导教师： 陈晓青 专业领域： 采矿工程
答辩日期： 2015年6月15号
摘要
目录
摘要································································· ABSTRACT·························································· 第一章 绪论························································· 1.1课题研究背景及意义·············································· 1.2研究综述
1.2.1端部放矿研究现状··········································
1.2.2废石移动规律的研究现状···································· 1.3研究的主要内容和技术方法········································ 1.3.1研究的主要内容············································· 1.3.2研究的技术方法············································· 1.4研究的意义及达到的目标·········································· 第二章 端部放矿矿岩散体的分析研究 2.1放矿理论的研究现状··········································· 2.1.1椭球体理论的发展········································· 2.1.2放矿理论研究所面临的问题································· 2.1.3放矿研究的基本方法······································· 2.2矿岩散体流动规律的理论分析···································
2.2.1矿岩散体的主要物理性质···································· 2.2.2细小废石颗粒对放矿的影响··································
2.3本章总结···················································· 第三章 端部放矿废石散体漏斗形成的理论研究 3.1端部放矿废石漏斗的形成机理···································· 3.2顶部放矿废石漏斗的形成机理···································· 3.3正面放矿废石漏斗的形成机理···································· 3.4双侧放矿废石漏斗的形成机理···································· 3.5本章总结······················································ 第四章 废石漏斗形成规律的研究 4.1概述························································· 4.2小废石对废石漏斗形成的实验分析······························· 4.3大颗粒废石对废石漏斗形成的实验分析··························· 4.4混合颗粒废石对废石漏斗形成的实验分析·························
4.5综合对比研究
4.5.1数据处理对比研究········································ 4.5.2实验方案对比研究········································
4.6废石漏斗对矿石贫化的分析···································· 4.7本章总结····················································· 第五章 实验结论 第六章 研究展望 参考文献··························································· 致 谢····························································· 摘要
端部放矿理论研究是放矿理论研究的重点，放矿贫化损失指标的预测和控制方法是端部放矿理论研究的重要内容，现有的端部放矿理论大多以矿石为研究对象，来分析覆盖岩层对矿体的贫化和损失，存在一定局限性。实际上，崩落矿岩两者直接接触是导致放矿时矿石损失贫化较高的主要原因。放矿中混入的岩石主要是覆盖岩层及放矿过程中形成的废石漏斗中的废石，因此研究废石的移动形成的规律显得尤为重要。
而本文将以废石为研究切入点，来研究在端部放矿过程中，放出体正面废石、侧面废石、顶面废石等四个漏斗所形成的合体废石漏斗在形成过程中对矿石贫化的研究分析。
在前人工作的基础上，以放矿椭球体理论为依据，本文就不同粒径的废石对废石散体移动规律的影响进行进一步研究。矿岩粒度分布不同，对损失贫化的影响也不同，对矿山的整个经济效益有着重要的意义，为降低损失贫化提供了新的研究途径。
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
所谓无底柱分段崩落法，就是将阶段用分段回采巷道划分为若干分段，由上向下逐个分段进行回采，随后由崩落围岩充填采空区，分段下部不设出矿的底部结构，以小的崩矿步距爆破来的矿石在崩落围岩的覆盖下直接由回采进路端部放出，凿岩、出矿共同一巷道。
无底柱崩落法采矿的特点是崩落矿石和覆盖岩石直接接触，矿石在覆盖废石的包围下从放矿口放出，出矿过程中容易造成矿石的贫化及损失。若采场结构参数不合理，放矿管理制度不当，将恶化放矿结果，造成矿产资源的浪费和企业经济效益的下降。实践表明，无底柱分段崩落法的矿石损失率约20%，贫化率约20%~30%。矿石的损失率、贫化率高影响了矿产资源的充分利用，制约矿山企业的经济效益。分析我国崩落法采场贫化损失指标较高的原因发现，现行的放矿理论研究不足是造成这种现状的主要原因之一。放矿理论研究的首要任务是弄清贫化损失指标与放出体结构参数和放出矿石量间的数量关系，研究贫化损失的预测及控制方法。
2
1.1.1国外无底柱分段崩落法应用状况
无底柱分段崩落采矿法的典型方案早在瑞典Kiruma铁矿山使用。早在1954年，瑞典使用这种方法的矿山就占 20%，以后逐年增加，到了60 年代初期，使用这种方法的矿山已增长到60%，现在瑞典每年大约有三分之二的铁矿石是这种方法采出的。瑞典使用无底柱分段崩落采矿法的特点是：采用大型自行设备，高度机械化；主要用于开采矿石品位分布不均，或有夹石，需要分采分运的急倾斜厚矿体。前苏联某些矿山所使用的无底柱分段崩落采矿法，属于这种采矿方法的变型方案。这种方案把高度较大的分段分成上下两部分(用一中间分段分开)，上部高 20~30m，用来进行深孔凿岩和大量崩矿(其步距 5~9m)。下部高为 5~6m，用较小的步距崩矿后，在分段巷道中进行放矿。下图为国内外部分矿山自然崩落法的应用情况：
矿体条件 回收率/% 矿山名称 倾角 厚度 ROD 节理频数 采矿方案 /
3
1.1.2国内无底柱分段崩落法应用现状
1965年我国正式引进无底柱分段崩落采矿法典型方案及与其配套的无轨采矿设备。1967年首先在大庙铁矿进行工业试验，1970 年获得全面成功，并正式应用于生产。此后，在我国金属矿山得到了迅速推广，应用无底柱分段崩落采矿法的矿山逐年增多，尤其在铁矿中发展更为迅速。据不完全统计，1975 年以前设计全部或部分应用这种方法的铁矿山约占地下铁矿山总数的45%，约占设计矿石总产量的63%，以后又有所增加。到 20 世纪 90 年代，应用无底柱分段崩落采矿法采出的铁矿石量约占总数的70%。近年来，有色金属矿山和化工矿山应用这种方法的比例也在不断增加。
1.1.3无底柱崩落法的主要优点：
1960年代，在世界范围内开始推广应用无底柱分段崩落法，无底柱分段崩落法开始在我国迅速推广使用，究其原因，有以下方面因素。
（1）：所有采矿工作都在巷道内进行，所有回采作业均在水平巷道中进行，容易发现不安全因素并能及时处理，安全程度高；
（2）：可剔除夹石，对不同品级矿石进行分采分运，灵活可靠，适应性强，可实现多分段同时开采，提高矿山经济效益；
（3）：不留矿柱，没有复杂而繁重的矿柱回采作业，不设底部结构、只设进路、联络道、采场结构简单、作业环节少、成本相对较低、工艺技术易于掌握；
（4）：广泛采用无轨设备、机械化程度高、开采强度大、有利于提高矿山经济效益。由于具备这些特点，所以在矿山现场得到了广泛的应用，尤其在冶金矿山占绝对优势。
（5）：灵活性大，进路回采宽度8一 l2米，每次崩矿分间小，生产故障影响面小，上分段的残留矿石可在下分段回收。
1.1.4无底柱分段崩落法的主要缺点：
由于该方法为覆岩下放矿，放矿为端部移动漏斗出矿，刚开始放出的是纯矿石，由于受到废石颗粒的影响，尤其是细小颗粒的废石的作用，顶部废石漏斗很快破裂，废石提前混入并放出，出矿过程中容易造成矿石的贫化及损失，当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿。目前普遍认为每次放出体为最大放出高度约为放出口到原矿岩交界面距离的一个偏椭球缺，如图1所示。若采场结构参数不合理，放矿管理制度不当，将会恶化放矿结果并造成矿产资源的浪费和企业经济效益的下降。据统计，端部放矿类崩落法贫化率一般为20%~25%，高的达42.9%，回采率一般为55%~70%。同国外先进水平相比，一般高出 10％ ～15％，降低了该方法的经济效益，缩小了该方法的使用范围，因此，降低我国无底柱分段崩落法的贫化损失非常迫切。
4
图一 覆盖岩层下放矿时矿石放出体的形态
无底柱分段崩落法的主要缺点：
（1）：矿石与废石接触面多，受端壁影响，放出体被切割引起矿石贫化，尤其是覆岩块度小及进路端部眉线破坏时，贫损更大；
（2）：放出体受端壁约束和爆破挤压程度影响，形态变化较大，损失贫化较难控制；
（3）：工作面为独头巷道,通风困难，又影响工人身体健康； （4）：适用条件严格，当矿石不够稳固条件下采用该采矿法时，不仅贫化损失增大，且生产故障多，影响正常生产。
为了降低矿石损失贫化，国内外专家学者和生产矿山进行了大量研究工作，改进方案不下20多种，在不同程度上改善了损失贫化指标，但研究收效并不明显。端部放矿崩落法矿石损失贫化大一直是困扰采矿界的一大难题，一直没有得到很好的解决。
众所周知，崩落矿岩在形成时即受到强烈的爆破挤压以及上覆散体的挤压，是仅完成了一次松散的孔隙率很小的散体介质，放矿过程中，矿岩散体发生结构变形，孔隙率逐渐增大导致二次松散。
1.1.5无底柱分段崩落法适用的条件：
(1)：地表比较稳固，允许轻微崩落，矿体上部无较大水体和流砂；
(2)：一般为中度价值以下的矿石，品位不高，并允许一定的损失和贫化； (3)：矿块不会结块和自燃的急倾斜厚矿体或缓倾斜极厚矿体；
(4)：矿石稳固或中等稳固，以掘进井巷不需要支护、炮孔变形不严重；
(5)：上盘岩石不稳固或中等稳固，最好能自然崩落形成人块，下盘岩右稳固； (6)：用于开采矿石品位分布均匀、或无需将夹石留下不采或无需分采分运。
1.2放矿理论的研究历程
国内外专家学者对无底柱崩落放矿进行了大量的研究工作，从研究方法来
5