镜铁山矿并列相切放出椭球体放矿实践应用

2020-03-26田宏海龚文柏马延平

世界有色金属 2020年1期

田宏海，龚文柏，马延平

（酒泉钢铁（集团）宏兴股份镜铁山矿业公司，甘肃嘉峪关 735100）

1 镜铁山矿无底柱分段崩落法情况

镜铁山矿位于祁连山中麓甘肃省肃南县境内。镜铁山矿桦树沟矿区于1970年建成投产，地质储量4亿t，平均地质品位37.86%，采用无底柱分段崩落法，开采规模为年产铁矿石500万t。采矿进路间距多采用18m，分段高度15m。

放矿椭球体理论深刻地影响着镜铁山矿的井下生产，自建矿以来基本上采用单一椭球放矿指导着采矿参数布置、爆破落矿、铲装出矿及相应采矿技术管理。进入“十二五”以来，镜铁山矿的工程技术人员在桦树沟矿区I-II矿体，通过对放矿过程的采矿参数研究分析，分别对放矿椭球体、覆盖层、采矿参数等进行了研究与实践，取得了较好效果，并形成了相关工艺技术标准，后在全矿区内普遍推广，效果显著。

2 传统单一椭球体放矿技术理论

单一的放矿椭球体对应着单一的放矿漏斗。放矿时，崩落矿岩运动的基本规律是：从漏斗口中放出椭球体的一定量矿石的同时，其空间随即为周围的松动的矿岩所占据，形成松动椭球体，且崩落矿岩的接触面逐渐形成漏斗状，直到接触面上的废石出现漏斗口的一瞬间，说明为这个漏斗的纯矿石已经放完，贫化即将开始。今后将放出混入了废石的贫化矿石，直到不能满足最低极限品位要求时为止，不再放矿，见图1。

3 单一放出椭球体的放矿控制缺点

在无底柱分段崩落法矿房中一个放矿步距即对应着一个放出椭球体，是矿床中的最小放矿单元[1]。将矿床划分成矿房再划分成矿块直至划分成最小的放矿步距即放出椭球体，是将整体均分的思路。只要每个最小单元效率最大化，则整体效率最大化。但它的缺点是充分考虑了单一放出椭球体的最大效率，没有兼顾考虑相邻放出椭球体之间的相互协同、制约关系，从而忽略了几个放出椭球体整体的效率是否最优的问题。

在镜铁矿山矿的生产实践中发现，单一放出椭球体放矿的掌子面回采率为78%，多个放出椭球体联动放矿的掌子面回采率为82%。

仅考虑单一放出椭球体生产，上述所说的问题在大规模生产过程中还会放大。会造成矿量损失过大、回采率低、贫化率高、矿石采出品位稳定性差的问题，也会进一步造成三级矿量紧张、生产工序难以组织衔接的情况。

4 并列平行相切放出椭球体放矿模型

崩落矿石层高度（h）、放矿漏斗轴线（S）和漏斗颈半径（r）有关，要想纯矿石回收率得到提高，需增大h和r，减小S，使松动椭球体相交，并使保持水平矿岩接触面下降要持久，以便使矿损贫化最小，见图2。

在放矿过程中位于矿岩接触面上和漏斗轴线上的矿石块A，它在均衡放矿时沿着漏斗轴线向下运动。但在两相邻漏斗轴线中间的矿石块B，则先在第一个放矿漏斗的松动椭球体内运动，而后又在相邻的第二、第三、第四个漏斗的松动椭球体内依次向下运动。实际上，矿石块B沿着近于垂直的曲折线向下运动，在各方向依次向下运动一个周期后矿岩接触面又趋于平坦，可以说明均衡放矿可以保持水平接触面下降；若不采取依次等量放矿，那么矿石块B会发生较大的偏移，从而不能保持水平接触面下降，造成大的贫化。

当放出一定量矿石以后，放出椭球体高度等于极限高度，相邻放出椭球体就彼此相切。相邻松动椭球体和放出漏斗在崩落矿石层（h）范围内就相互相交，这时相邻漏斗放矿上部崩落的矿岩将产生相互影响、相互作用，可以使矿岩接触面保持水平下降。

图2 放出椭球体并列相切（bp＞S/2＜R，S/2=b）

5 工艺控制要点

5.1 合理设计工艺参数，做好落矿控制与配矿控制工作

根据以上要求，一方面要合理设计工艺参数，全盘优化并在工程施工中严格控制工程质量[2]。另一方面则做好落矿控制与配矿控制工作。在一个矿块中，既要考虑整个矿块放出椭球体、覆盖层之间的模型关系的正常发展，还要考虑发生异常状况时能够及时调整。

5.2 铲装与爆破的秩序

（1）掌子面铲装。在一条穿内的掌子面上铲装时，依据铲装设备铲斗的大小将掌子面爆堆划分两个或三个区域。铲装时根据区域划分依序循环等量铲装，以确保矿石流正常流动，回采率达到最高。

（2）在出矿的过程中需要综合考虑多方面的因素，如确保一个矿块内覆盖层下的矿石均匀稳定平滑下降、穿与穿之间的配矿问题等。在一条穿内的掌子面回采出矿时发现，先回收一定量的纯矿石后矿石开始发生贫化，随着采出矿量的增大，矿石品位贫化到截止品位，这时进行爆破落矿，依次循环。根据这个规律可以将矿石的回收阶段可以分为纯矿石回收阶段、矿石弱贫化回收阶段、矿石强贫化回收阶段这三个阶段。

5.3 爆破落矿秩序

爆破落矿时必须以划定的区域的各条穿同时爆破落矿，即当强贫化区的各条穿均达到放矿截止品位时，该区域内的各条穿必须同期爆破落矿。严格禁止某一区域内的某条穿一达到放矿截止品位时就单独爆破落矿，不然会造成覆盖层不均匀下降，矿石提前贫化、回采率降低。

5.4 综合贫化率与出矿总量相结合

在一个矿块中，每一个崩矿步距的回采出量及在一个步距内的贫化率，在长期大数据生产实际数据统计中是个常值。故在生产实践中对这两个常值进行分解极具生产指导意义。在一个步距放矿过程中，既要考虑单步距内应回收矿石的总量，又要考虑综合贫化率，两个指标要相互参考。当一个指标未达到计划目标值时，要立即考虑另一指标，并结合生产实际情况进行分析，使回采率达到最大。

6 注意事项

6.1 掌子面参数与设备铲装的匹配

在生产实践中，掌子面轮廓线、眉线的规则性及回采铲装设备铲斗的大小与掌子在的横宽与回采率都密切相关。

掌子面轮廓线越接近三心拱轮廓线，则放矿口尺寸d最大，见图2。放矿口尺寸越大，矿石在流动过程中越顺畅，则回采率最佳。

单步距内中深孔的眉线要整齐划一成一条直线与进路方面垂直。否则眉线歪斜或不在一条与进路方面垂直的直线上，则影响铲装时的铲深，也易造成矿石流动过程的堵塞，导致回采率偏低，矿石品位波动幅度大。

爆破落矿的放矿口尺寸d最好与掌子面的宽度相等，则出矿效率最高。在生产实践中，对放矿口尺寸d、掌子面的宽度都有客观的要求。即其宽度要刚好等于铲装设备铲斗宽度的整数倍，镜铁山矿是铲斗宽度的2倍～3倍。在这种条件下，便于铲装设备在铲装矿石时依次循环铲装，铲装的位置不发生重复，落矿的过程中覆盖层内的岩石不易提前混入，保证了覆盖层均匀、平缓下降，则放矿椭球体内工业矿量放出量最大，回采率最高。

6.2 爆破次序的调整与配矿的匹配

落矿爆破过程控制的好坏是配矿的先决条件。矿落矿过程中要严格控制好炸药质量、中深孔质量、进路参数工程误差、装药设备的匹配性，同时装药前对爆破参数进行检查，装药过程中确保人工操作熟练程度，做好这些工作以为最大化地提高回采提供最佳条件。然而在爆破过程中会出现一些与预期相差很大且不可避免的状况，出现推排、卡漏，如处理不当会造成不必要的矿石回收损失。