第14卷第9期2005年9月
中 国 矿 业CHINA MINING MAG AZINE Vol 114,No 19
September 2005矿山?科技
课题来源:国家十五攻关课题“大间距集中化开采新工艺研究”)收稿日期:2005-06-27
作者简介:张国联(1966—) 男 辽宁辽阳人 东北大学资源与土
木工程学院副教授 主要研究方向地下资源与空间开发
张家洼铁矿沿脉无底柱分段崩落法
结构参数试验研究
3
张国联 宋 健 刘兴国
(东北大学?沈阳110004)
摘 要 以鲁中矿业集团公司张家洼铁矿缓倾斜薄矿体条件为背景,采用实验室模拟试验方法,研究了沿脉布置进路无底柱分段崩落法结构参数与回收指标的关系,并优选了结构参数,在经济比较的基础上,确定了分段高度的推荐值,为矿山深部开采提供理论依据。
关键词 无底柱分段崩落法 分段高度 开岩角度 放矿步距
中图分类号 TD853131 文献标识码 B 文章编号 1004-4051(2005)09-0045-04
EXPERIMENTAL RESEARCH ON STRUCTURE PARAMETER
OF N ON 2PI LLAR SUB L EVE L CAVING ALONG VEIN
OF ZHANG JIAWA IR ON MINE
Zhang Guolian Song Jian Liu Xingguo (Northeastern University ?Shenyang 110004)
Abstract :On the background of Zhangjiawa iron mine πs slow incline and thin ore body condition of
L uzhong metallurgy mining group company ,the paper has researched the relation between constructional parameter and recovery index of along vein collocating drift πs non 2pillar sublevel caving through adopting simulating experimental method in laboratory and has optimized constructional parameter.On the base of economy comparison ,the paper has made certain the commend value of sublevel height in order to provide theory basis for Zhangjiawa iron mine deeply mining.
K eyw ords :Non 2pillar sublevel caving Sublevel height The angle of opening rock Drawing pace
张家洼铁矿多年来一直采用的是穿脉布置进路
无底柱分段崩落法。随着采矿深度的增加,矿体变薄变缓,倾角30～50°,矿体厚度15m 以下,按照穿脉布置进路,采准工程量和开掘岩石量很大,经济上不合理,因此,矿山决定采用沿脉布置进路方法。而沿脉无底柱分段崩落法的回收率、采矿成本、效益,受分段高度、下盘开岩角度、崩矿步距等结构参数影响较大,因此必须研究结构参数问题,进而为张家洼铁矿深部缓倾斜薄矿体开采提供依据。根据目前的研究方法的现状,这里选用模型实验的方法进行研究。1 实验方法
沿脉无底柱分段崩落法结构参数主要包括分段
高度H 、进路距矿体距离B 、崩矿步距L ,进路与
矿体距离可由分段高度和下盘开岩角度决定,进而结构参数转化为分段高度H 、开岩角度β、崩矿步距L 。由于不同参数组合采矿效果不同,因此要合理确定结构参数,就必须研究参数和采矿效果之间的关系。目前,人们普遍从矿石回收指标来研究参数,即结构参数与损失贫化的关系。
(1)实验方案
根据张家洼铁矿现场实际,选用表1的参数进行试验模拟。
(2)试验模型
试验模型如图1所示,模型侧面采用有机玻璃板制作,几何相似比取1∶100。实验测试指标为岩石混入率Y 、总矿石回收率H 。实验室矿石与岩石平均粒径为512mm 和611mm 。
(3)截止放矿的相似条件
截止放矿的相似条件为实验室截止放矿时岩石
体积混入率等于现场截止放矿时岩石体积混入率。
由于现场截止放矿品位c j =20%;放矿前品位;c 1=42%;岩石含矿品位:cy =718%;崩落矿石体重:γk =318t/m 3;崩落岩石体重γY =2177t/m 3;实验室矿石体重γ′k =2163;岩石体重γ′y =1159。于是现场截止放矿时岩石混入率:
Y j =c 1-c j c 1-c y =42-2042-718
=64133%
现场截止放矿时岩石体积混入率:
Y vj =
γk
γk +(1Y j
-1)γy
=
318
318+(1
016433
-1)×2177
=71121%
表1 张家洼铁矿试验模拟参数
实验序号
分段高度
H (m )开岩角度
β(°)
放矿步距
L (m )实验序号
分段高度
H (m )开岩角度
β(°)
放矿步距
L (m )1121565224107042121565325107523121565426107534121570227
107545121570328765261215704297653712157523076548121575331770291215754327703101165233770411116533477521211654357753131170236775414117033761256521511704386125653161175239612565417117534061257021811754416125703191065242612570420106534361257522110654446125753221070245
6125
75
4
23
10
70
3
图1 试验模型
实验室截止放矿时岩石混入率:Y ′j =Y vj ?γ′y
γ′k -Y vj (γ′k -γ′y )
=
71121%×1159
2163-71121%(2163-1159)
=59192%
2 试验结果分析
(1)开岩角度的分析
各方案的试验结果对结构参数及开岩角度求平均值,变化关系如图2所示。
图2 不同开岩角度总平均回收指标
6
4中国矿业
第14卷
由图2看出,总回收率和岩石混入率随着开岩角度增大而增大,但岩石混入率的增长幅度要大于回收率的增长速度。从总平均指标来看,在开岩角度由70°增大到75°时回收率并没有明显大的增长。而岩石混入率则随着开岩角度呈直线关系增长,由47152%增加到51103%。因此开岩角度确定为70°。
(2)放矿步距的分析
放矿步距试验表明,回收指标大体上分为两个阶段,当分段高度为10～1215m 时,放矿步距3～4m ,回收指标较好,回收率在72%以上,岩石混入率在58%以下。而当分段高度为6～9m 时,放矿步距为2～3m 时,回收指标较好,回收率在71%左右,岩石混入率为33%。上述两阶段的指标变化见图3、图4。从两阶段比较,分段高度6～9m 的回收指标优于分段高度10～1215m 的回收指标
。
图3 分段高度10～1215m 时不同放矿步距
的平均回收指标
图4 分段高度6～9m 时不同放矿步距的平均回收指标
由图3、图4看出,分段高度为10～1215m 时,放矿步距为3～315m ,而分段高度为6～9m 时放矿步距为215～3m 。
(3)分段高度的分析不同矿体倾角条件下,不同分段高度的回收指标图5、图6
。
图5
不同矿体倾角各分段高度对应的回收指标
图6 不同矿体倾角下各分段高度的岩石混入率
由图5、图6看出,随着矿体下盘倾角的增大,矿石回收率增大,而岩石混入率减小,10m 分段时当下盘倾角由30°增大到70°时,回收率由61195%增大到85146%,岩石混入率由85113%下
降到20104%,说明沿脉布置进路是矿石回收指标受矿石倾角影响较大,矿体倾角越大,回收指标越好。从影响程度来说,倾角对岩石混入率的影响程
度高于对回收率的影响。同一倾角,分段高度变化
时,回收率变化较小,而岩石混入率则变化很大。例如,倾角50°,分段高度由6125m 增大到1215m 时,回收率由65148%增大到67134%,而岩石混入率由26164%降低到59123%。说明在倾角较缓时,分段高度不宜取大值的主要原因是降低岩石混入率。因此,不同倾角下的分段高度取多大合适,主要取决于岩石混入率。
从岩石混入率角度来讲,分段高度显然是越小越好,但是分段高度的减小势必引起采准工程量的增大,因此,确定分段高度的大小必须把岩石混入
率和采准工程量结合起来考虑。
根据张家洼铁矿实际,取4种分段高度方案做比较,各方案矿石回收指标见表2。
矿石精矿粉售价按762元考虑,矿岩采选可变成本为65124元/t ,掘进巷道可变成本按153316元/m ,按静态经济比较法,不同方案的盈利比较见表3。
由表3看出,按目前的价格水平,7m 分段方
7
4第9期 张国联等:张家洼铁矿沿脉无底柱分段崩落法结构参数试验研究
案比1315m分段方案多赢利45854238元,9m分段方案比1315m分段方案多赢利24691628元, 12m分段方案比1315m分段方案多赢利15910244元。从回收指标及赢利看,应当选用方案1,但考虑矿山的实际情况,7m分段巷道难以维护,因此推荐采用9m分段方案。
表2 不同方案指标比较
分段高度
(m)储量
(t)
回收率
(%)
岩石混入率
(%)
放出矿石量
(t)
放出岩石量
(t)
采准工程量
(m)
采准比
7171414370140271511206756174715601717174171010 9171414369150291701191329145091001517177141010 1217141436912032160118618710558810161671719918 131517141436815034132117418810588293191634113915
表3 不同方案赢利指标比较
分段高度
(m)放出矿石量
(t)
放出岩石量
(t)
采准工程量
(m)
矿粉总售价
(元)
采选可变成本
(元)
掘支成本
(元)
赢利
(元)
赢利差
(元)
71206756174715601739171741676214641980953065144825762014140778463345854238 9119132950910015171771414454796543309153125766100138662202324691628 1211861875588101618167171895914392401733632269025076844137784063915910244 1315117418858829318781634112591424681385382391022451188913619303950
3 结论
(1)沿脉布置进路时,矿石回收率随开岩角度增大而增大,但岩石混入量也随之增大,为确保既能使矿石尽量多的放出,同时又使岩石混入率控制在一定范围内,根据试验结果,张家洼铁矿下盘开岩角度确定为70°;
(2)放矿步距应随着分段高度的变化而变化分,段高度6～10m范围内,合理放矿步距为215～3m,段高度10～1215m范围内,合理放矿步距为3～315m,分段高度大,放矿步距相应取高值;
(3)随着矿体下盘倾角的增大,矿石回收率增大,而岩石混入率减小,矿体倾角越大,回收指标越好。从影响程度来说,倾角对岩石混入率的影响程度高于对回收率的影响。同一倾角,分段高度变化时,回收率变化较小,而岩石混入率则变化很大。不同倾角下的分段高度取多大合适,主要取决于岩石混入率。从岩石混入率角度来讲,分段高度显然是越小越好,但是分段高度的减小势必引起采准工程量的增大,因此,确定分段高度的大小必须把岩石混入率和采准工程量结合起来考虑。
(4)综合矿石回收指标、采准工程量、总盈利值、巷道维护情况的难度,推荐分段高度为9m。
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84中国矿业 第14卷