夜长坪钼矿自然崩落法块度预测及控制技术研究

2017-06-07陈江川李兴平李伟明

采矿技术 2017年3期

关键词：块度矿岩块体

陈江川，李兴平，李伟明

(1.中国黄金集团中原矿业有限公司，河南三门峡市 472200；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012)

夜长坪钼矿自然崩落法块度预测及控制技术研究

陈江川1，李兴平1，李伟明2

(1.中国黄金集团中原矿业有限公司，河南三门峡市 472200；2.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012)

自然崩落采矿法是依赖矿体自身重力作用使其受压失稳而产生自然坍塌并实行控制出矿的采矿方法，其自然崩落的矿体具有块度无序的特征，但可以通过采用岩石质量指标法、图像法和节理网络模拟法等理论方法进行先期自然块度预测。后采用延长崩落作用时间、控制采场出矿量和出矿速度、调节崩落区空间高度、延缓岩块脱离矿体的时间，即可间接控制崩落速度，改善崩矿块度，在生产实践中取得了较好的效果。

自然崩落；块度预测；崩矿块度

0 前言

夜长坪钼矿床由上部矿体和下部矿体两部分组成，规模、储量大，矿体东西长800 m，南北宽约600 m，厚6.39～236.04 m，属大型细脉浸染型钼矿床。矿山始建于1996年4月，于2010年下半年由中国黄金集团控股收购，计划将矿山近期建设成规模为20000 t/d，远期建设规模为60000 t/d的有色金属地下矿山。目前，该矿床由中国黄金集团中原矿业有限公司经营开采。矿床采用主平硐+盲斜井联合开拓，主要采矿方法为自然崩落采矿法和分段中深孔强制崩落采矿法。

钼矿体受2组断裂联合控制，共生两个主要矿体，分别为上部Ⅰ矿体和下部Ⅱ矿体。上部矿体位于花岗斑岩之上，为圆饼状，形状比较规则，矿体中心偏高，向四周呈10°倾斜，矿体走向长820 m，宽约590 m，厚6～230 m，局部地段有两层矿体；下部矿体位于花岗斑岩之下，厚度达6～300 m，矿体顶板为白云岩，底板为白云岩或钾长花岗斑岩。矿岩较坚硬、致密、性脆，受后期构造和风化影响，岩石较破碎，稳定性差，属不易管理顶底板，易出现冒顶、塌落等不良工程地质现象。

1 块度控制技术研究

1.1 影响矿岩块度的因素分析

随着对自然崩落规律研究的深入，已清楚地认识到影响矿岩块度的因素主要有以下几点：

(1) 节理的分布和数量关系。

(2) 地应力状态。包括原始地应力和次应力状况。

(3) 研磨作用。崩下矿石在放矿流动过程中发生研磨与碰撞作用，造成已经崩落的矿石二次非人为破碎。

1.2 块度预测理论

预测矿岩块度的方法可分为以下3类：岩石质量指标法、图像法和节理网络模拟法。岩石质量指标法是根据岩体特性参数对可崩性和崩落矿岩块度进行定性评价的一种方法，是一种比较接近经验的预测手段，主要是对崩落矿岩块度进行初步定性评价；图像分析法的基本思想是对爆堆图像分割后得到矿岩块体在摄影平面上的二维投影轮廓，然后通过一定的重构技术，实现由二维向三维的扩展，获得三维块体的块度分布。节理网络模拟法就是一种根据节理空间展布状态及节理面条件的统计分析结果，采用Monte Carlo模拟技术模拟节理面对岩体的切割情况，并利用有关崩落和放矿过程的力学知识，预测崩落矿岩的块度分布。

2 矿体自然块度预测

采用Makeblock矿岩块度预测软件预测矿岩块度，按矿体、上下盘分区、不同可崩性类别分区以及氧化矿体整体评价区域对夜长坪钼矿区的矿岩进行原始块度预测。在用Makeblock软件进行块度预测时，每次节理面抽样的个数设定为30000，块体抽样的个数设定为10000。经多次抽样实验，发现当块数设定为10000时，特大块的体积百分比在3%以下，抽样结果比较稳定。当抽样块数设定为10000时，按每个块体平均六个面计算，则需60000个节理面，而每个节理面可充当两个块体的面，因此节理面抽样块数设定大于30000即可。

依据块度预测结果的统计数据分析，块度大于0.91 m的格筛上大块所占百分比为29%，块度大于1.4 m的筛上大块占比为16%，具有部分二次破碎量，但放矿口堵塞的几率不大。等效尺寸分布曲线、形状系数分布曲线、体积分布曲线分别见图1～图3。

图1 等效尺寸分布曲线

图2 形状系数分布曲线

图3 体积分布曲线

从图1来看，矿体下盘部分的大块率比较多，而上盘的大块率最小，大块块度在2.0～2.28 m之间变化，比较接近。等效尺寸筛上统计表明，原始矿岩崩落尺寸大于0.91 m的块体，矿体中约占59%，上盘部分约占49%，下盘中约占59.8%；崩落矿岩块度大于1.2 m的块体，矿体中占37%，上盘中占26.1%，下盘中占35.9%。

从图2来看，3者的形状系数分布差别不大，主要分布集中在0.018～0.19之间，依据相关参数的对照标准，以盘状和块状占多数。下盘的块度略大于矿体，上盘的最小，这和RMR值定性评价块度的研究结果一致。下盘部分块度较大，则岩石稳定，有利于开拓工程的施工安全，但上盘部分块度较小，则容易冒落和掉块，比较容易引起采场内原始贫化，因此应加强放矿管理，严格控制贫化。

从图3来看，下盘的块度大，上盘的块度小，矿体的块度和下盘的块度几率比较接近，整体上小于上盘，而从块体体积来看，矿体的块体体积最大值略小于上盘矿体，上、下盘的块体体积最大值在1.0～3.5 m3之间变化。

3 块度控制工艺

矿体破坏受外力作用后，首先沿原有的裂隙面扩开，矿石崩落块度与其节理发育状况分布有十分重要关系。因此，通过控制采场拉底面积的大小和崩落区矿堆空隙量，就可对自然崩落范围和速度实行控制，通过控制崩落速度，又可使岩体中应力作用时间和崩落块度得到控制。

综上所述，崩落矿石块度大小除节理裂隙切割形成自然块度因素影响外，延长崩落作用时间，促使裂隙延伸并发育新的次级裂隙，二次切割岩体，将是控制崩落矿石块度最有效的方法。同时，控制采场出矿量和出矿速度，调节崩落区矿堆表面与顶板暴露面间的空间高度，必要时矿堆向暴露顶板施加托力，延缓岩块脱离矿体的时间，即可间接控制崩落速度，改善崩矿块度。

4 结论

(1) 以构造面的空间展布规律及相互切割关系为基础, 按照统计学原理模拟构造面对岩体的切割作用及由此切割而形成的岩块大小和形状的分布组成，综合节理系统的空间几何参数、地应力状态和运动过程研磨共同作用效果，根据Monte Carlo方法和格里文科(W.Glivenko)大数定理建立的块度预测模型，应用Borland Delphi 5.0软件进行分析计算，提供了一种矿岩块度的有效预测方法和手段。

(2) 自然崩落块度预测模型分析得出，等效尺寸大于0.91 m的块体筛上累积百分比为29.8%，大于1.4 m的块体筛上累积百分比为16.1%，矿体和下盘的块度较大，上盘的块度最小，3者的等效尺寸最大值在2.0～2.28 m之间变化。原始矿岩块度中，等效尺寸大于0.91 m的块体，矿体中占59%，上盘中占49%，下盘中占59.8%，等效尺寸大于1.2 m的块体，矿体中占37%，上盘中占26.1%，下盘中占35.9%。这些数据对于设备选择和生产计划编制较为有利。

(3) 自然崩落块度预测及控制工艺，是一个理论性强和涉及因素多的工作，其多变性和不确定性决定了该问题的复杂性，要使理论分析更好地符合于实际，必需在今后生产实践中，不断探索创新，并不断完善。

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