无底柱分段崩落法-胡杏保

无底柱分段崩落法中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司胡杏保1无底柱分段崩落法现状存在的问题2无底柱大参数开采放出球体组合加大采场结构参数大间距采矿主要优点国内应用现状存在的问题3低贫化放矿与截止品位放矿的区别低贫化放矿优势应用方案目前国内应用及前景4结论1无底柱分段崩落法---工艺特点1.1现状工艺----无底柱分段崩落法是一种平面展开分层，利用进路对矿体进行切割，然后采用中深孔凿岩，在进路内进行出矿的一种机械化程度高，作业安全，相对成本较低的开采方法。1无底柱分段崩落法---工艺特点特点----无底柱分段崩落法具有操作简单、开采强度大、机械化程度高、安全、采矿成本相对较低等优点，在国内地下金属矿山得到了大范围的推广应用，是地下金属矿山应用最多、最广的开采方法，为我国地下矿山的发展起到了积极的推动作用。1无底柱分段崩落法---关键点无底柱开采关键点------------结构参数=（进路间距、分层高度、崩矿步距）三者组合凿岩设备炮孔装药出矿设备凿岩参数三级矿量配备覆盖岩形成方式采场出矿制度------其中对开采指标及成本影响最大的就是结构参数（包括进路间距、分段高度及崩矿步距）和放矿方式。1无底柱分段崩落法---参数变化（1）采场结构参数①参数沿革及现状无底柱分段崩落采矿法是在上个世纪的60年代开始引进到我国的，在引进期的采场参数多集中为10m×10m（甚至8m×8m）左右。1无底柱分段崩落法---参数变化70—80年代期间，相关研究单位开展过一轮无底柱采矿研究的高潮，在河北铜矿、漓渚铁矿等矿山进行了加高端壁提高放矿高度的尝试，目的是降低采准比，提高开采效率，但由于凿岩、装药等技术条件所限，放矿高度方向由2-3个分段组成，分别凿岩，同时爆破，并只在最下一条巷道出矿。这种结构一次崩矿量比普通方法增加很多，大型出矿设备能力得到发挥，提高了采矿强度。但不能减少采准工程量，因此未能被进一步进行推广。1无底柱分段崩落法---参数变化80年代后，在山东张家洼，河北玉石洼，湖北金山店等开展了破碎矿体的无底柱应用研究。而80年代之后，国外主要矿山开始实施大参数研究与应用如瑞典的基鲁纳铁矿，分段高度×进路间距由10m×10m→12m×11m→12m×16.5m→20m×22.5m→27m×25m→30m×30m马姆贝格特矿，其结构参数由原来15m×15m改为20m×22.5m1无底柱分段崩落法---参数变化进入90年代后，国内的主要几个地下矿山，在引进凿岩设备的支撑下，开始进行了大参数研究的探索：----如华树沟铁矿试验进行了20m×20m的矿块试验----梅山铁矿开展了15m×15m的全面应用研究，并开展了15m×20m的大间距参数应用研究1无底柱分段崩落法---参数变化对于采用国产设备的其他大中型矿山，也进行了参数的加大研究：----如程潮铁矿加大到了17.5m×15m----北铭河铁矿加大到18m×18m中小型矿山（桃冲铁矿、板石矿业、杨家坝铁矿）参数在立足国产设备的前提下也将参数加大到12.5m×12.5m—12.5m×15m等均不同程度地提高了矿山开采效率，降低了采切比，降低了矿山开采成本。1无底柱分段崩落法---参数选择②参数的选择一般矿山设计及应用时，结构参数确定主要是依据经验和工程类比的方法进行确定，对于大多数矿山而言，即采用的多为10×10米参数，其一次崩矿量少,千吨采切比大的缺点逐步得到矿山重视。影响采场参数的关键因素是矿山爆破后的块度组成，块度组成的不同，其放出体的偏心程度不同，三维发育参数相应产生变化。1无底柱分段崩落法---参数选择生产期矿山可以根据其实际爆破块度进行取样试验进行参数模拟确定；对于矿山在生产之前（设计阶段）可以进行类比法选择，但当觉得矿体明显破碎，建议应先行开展相关的工程地质调查，对可能的块度进行预测，设计中可以先确定分段高度，其合适的三维参数应在生产期间进一步进行模拟分析进行间距及蹦矿步距的调整。1无底柱分段崩落法---装备现状（2）装备无底柱开采的装备主要体现在凿岩和出矿方面。无底柱的采场参数在很大程度上也受到其装备水平的制约，其中最主要是受到凿岩设备的凿岩深度影响，由于国内尚未形成大型高效的凿岩、出矿设备的生产体系，目前我国地下中型矿山所采用的凿岩设备仍是中小型风动机具，中孔凿岩采用上世纪70年代成型的YG-80、YG-90或CTC-141等（虽然目前国内已经开始着手研究更高效的凿岩设备，但其工业应用仍未完全实施），其最大的凿岩深度一般为17—18m，与之相匹配的结构参数只能达到12.5m×12.5m，可凿性好的矿体最大为12.5m×15m（板石）。1无底柱分段崩落法---装备现状凿岩90年代后，大型的地下矿山开始引进国外高效液压凿岩台车（星巴、水星等系列），为矿山加大参数，提高效率，降低开采成本提供了设备保障。1无底柱分段崩落法---装备现状出矿国内2m3以下的铲运机在设备性能及稳定性上已经达到了井下作业的要求，其1.5—2m3的中小型铲运机已经在中型以上矿山得到了普及，并已经淘汰了之前所采用的风动装矿设备；大型地下矿山引进并应用4m3及其以上的大型铲运机。加大开采产能，提高采矿效率，降低开采成本，开采装备的大型化已经越来越被矿山企业所认可。1无底柱分段崩落法---装备现状装药当炮孔深度达到20米之后，仍采用人工送管的方式已经不能满足，而目前国内没有机械化装药设备，国外的装药车设备应用效果不好（有些矿山试验用过，但结果车侧翻了），没有得到工业应用，此设备不解决将直接影响到参数的进一步加大。1无底柱分段崩落法---放矿及指标（3）放矿方式及指标①放矿方式目前（国内及国外）无底柱分段崩落采矿法采用的放矿模式均为截止品位放矿方式。1无底柱分段崩落法---贫化贫化过程----每个步距所崩落的矿石在上、左、右、正面均被岩石所包围，放矿过程中，随着矿石的被放出同时也逐步将其周边的岩石放出，在进入贫化阶段放矿时，铲斗内的矿石量会逐渐减少，由周边进入的岩石会逐渐增加，每铲斗内的矿石品位会逐步降低1无底柱分段崩落法---截止品位放矿放矿的着眼点为单个步距（每条进路内有数十个步距单元组成），现行放矿方式是把每个步距视为最后一次的矿石回收（以一个崩矿步距作为考核单元----该步距内的矿石如果未被回收出来就被视为永久损失），每个步距均按边际收支平衡原则确定放矿界限（截止品位），按此边界品位放矿将步距内所有有回收价值的矿石都要求回收出来，造成了每个放矿步距单元内的矿石与岩石进行了充分的混和。1无底柱分段崩落法---近期指标②开采指标相关地下矿山（无底柱）主要指标（2008年某月）贫化率回收率西直门20.8279.20弓长岭18.2388.10小官庄32.2481.39张家洼32.2481.39桃冲15.7484.49金山店25.2177.21程潮30.7699.91漓渚19.7270.971无底柱分段崩落法---存在问题1.2存在的问题（1）装备偏小：国内无底柱分段崩落法多采用中小型出矿设备、凿岩设备。出矿：一般中型以下的矿山采用的铲运机为1.5—2.0m3，甚至有0.75m3的小铲运机在采场进行使用，该类型铲机一是铲取力小，铲取效率低，二是铲取深度小，造成放矿效果下降。凿岩：YG-80、YG-90或CTC-141仍是中型以下矿山使用的主力凿岩设备，其凿岩深度小，限制了采场结构参数加大的要求。1无底柱分段崩落法---存在问题近年来，随着矿石产品价格的提高，矿山企业开采效益得到了较大幅度的改善，国内已经一些大型矿山开始引进大型（2m3以上的铲运机及高效率凿岩设备），生产效率得到了一定的改善。按照国内性能最稳定的2m3铲运机和进口的4m3铲运机年能力进行比较可以看出：虽然2m3铲运机的价格具有一定的优势，但其可以达到的能力则相差巨大，正常2m3铲运机生产应用时其可以达到的年生产能力约为12—13万吨，而4m3铲运机则可以轻松达到50万吨/年，其能力差值达到为4倍。1无底柱分段崩落法---存在问题也就是说，同样一个单位面积，采用不同的出矿设备其所取得的开采效能可能相差4倍；例：同样的一个矿床，走向上长度是固定的，其可以布置的矿块数目是有限的，假如其同时工作的矿块数均为4个，当采用2m3铲运机时，其分层可以达到的能力为50万吨/年，而采用4m3铲运机后，采场能力可以达到200万吨/年。其可以达到的生产规模差异巨大。此外，采用大型出矿设备后，将为大参数的应用提供支持，大参数采用的直接结果是减少了采准切割工程，降低了矿山生产成本，提高了生产效率。1无底柱分段崩落法---存在问题凿岩：凿岩设备对该采矿法的影响主要是凿岩的炮孔深度，随着矿山企业的深度要求，虽然国内相关研究及制造单位也开始进行了深孔设备的开发与研制，但到目前为止仍局限在实验阶段，尚未达到工业化的应用；为满足矿山加大参数的要求，目前国内大型矿山已经引进了大凿岩深度的进口设备，为矿山加大并进一步加大参数提供了设备条件。1无底柱分段崩落法---存在问题（2）结构参数较小小结构参数，其结果必然造成作业地点分散、采矿效率低下、采准工程量居高不下等问题，制约了该采矿方法优势的充分发挥。大小参数对采矿指标的影响概要表参数10×10m20×20m千吨采切比(m/kt)4—61.8—3单次爆破量(t)550—6505500—6000可供铲机作业班数4（2m3）4（4m3）1无底柱分段崩落法---存在问题（3）损失贫化偏大该采矿方法与空场法、充填法相比较起来，存在着废石混入面大、混入机会多、矿石贫化率高（20%左右及以上）的缺陷，而贫化高的结果造成矿山企业一级产品（采出原矿）质量下降，二级产品（精矿）处理费用增加，严重削弱了其产品的市场竞争能力。1无底柱分段崩落法---贫化的客观性损失贫化大的客观性在于：①考核单元小、矿岩的混和界面大截止品位放矿的形成基础是以单个步距为其考核单元，要求其放矿是在每个步距内都要取得最好的放矿效果，结果是使得采场内得矿岩进行了充分得混合，没有很好地利用无底柱分段崩落法的“上丢下捡”的特点，致使在放矿过程中从上到下的各个分层的矿石贫化率都比较大。1无底柱分段崩落法---贫化的客观性②当次品位难以控制截止品位放矿是以每个放矿步距单元内的矿石被充分回收为核心，要求在放矿过程中必须随时掌屋采场的品位变化，以此来指导采场的出矿，但由于目前国内尚未有一种精确、及时并能适合井下特殊条件的品位分析仪表能满足该要求，造成矿山在生产时无法进行有效控制。2无底柱大参数开采---参数变革参数变革-----（见前）国内引进----60年代的梅山、华树沟、河北大庙国内高端壁----浙江漓诸铁矿国外变革---主要为瑞典国内大间距（平面组合结果、步距交错的立体结果）国内大参数（大红山、梅山）2无底柱大参数开采---放出体2.1放出球体组合从实践应用上讲，无底柱的结构参数在10×10米的基础上被同步放大，即可以放大到15×15米、20×20米等等，这种参数在生产实践中可以应用，但是，由于椭球体的发育在三维上不是线形关系，其长半轴和横短半轴及纵短半轴不是同步增长，因此，该方法所确定的采场参数其放矿效果不理想；2无底柱大参数开采---二种结构此外，从近年来的放矿模拟及多个椭球体的排列分析，当上下左右的进路爆破排对齐的情况下，10×10米的结构参数（进路间距与分段高度相等）并不是最好的参数组合。从多个椭球体的平面排列来看，当椭球体五点相切时其矿石回收效果最好；而此时存在二种球体的组合，即通常所说的高分段和大间距结构大间距结构高分段结构2无底柱大参数开采---试验结果从放矿模拟试验结果看（试验结果见下图表），由该图表可见，在分段高度为15米条件下，进路间距变化在7—22米时，其试验结果明显具有二头好中间差的特征，也就是说，当进路间距为7米时分段高度为15米以及当分段高度为15米时进路间距为20米的放矿效果较好由此也证明了二种结构