出矿截止品位对放矿效果的影响

张建肇

(紫金矿业集团股份有限公司， 福建 上杭县 364200)

0 引言

无底柱分段崩落法是开采铁矿资源的主要方法，承担着我国80%以上的铁矿石地下开采任务[1]。该方法易于大规模机械化开采，具有生产效率高、作业安全等众多优点。但该方法特点为覆岩下截止品位放矿，导致矿山使用该方法开采时可能会造成大量矿石损失和废石混入[2−4]。因此，如何降低损失贫化是研究该采矿方法的焦点问题之一。

无底柱分段崩落法放矿方式根据放出矿石品位分为无贫化、低贫化以及截止品位3 种形式，放矿方式对损失贫化影响极大[5]，但目前针对降低无底柱分段崩落法损失贫化的研究大多围绕优化结构参数[6]、改进采矿工艺[7−9]等方面开展，针对放矿方式的研究较少。金爱兵等[10]采用物理模拟试验，分析了放矿方式和崩矿步距对放矿效果的影响，以放矿指标为评价标准，确定了不同放矿方式下的最优崩矿步距；仝庆亮等[11]结合PFC2D 数值软件，分别模拟了低贫化和截止品位下放矿过程，研究发现，低贫化放矿可以更好地回收矿石，降低矿石损失和贫化；郑志杰等[12]以椭球体理论为基础，采用相似物理模拟试验，研究了无贫化和低贫化下的放矿效果和椭球体形态的差异性，分析了最优结构参数和放矿方式的匹配关系；杨作华[13]提出了“截止品位控制与放矿总量控制结合型”放矿管理方案，结合桦树沟矿区生产实践，证明了该方案可以有效提高矿石回收量。上述研究完善了无底柱分段崩落法放矿方面的研究。

在矿山生产实际中，放矿方式的选择实际是控制放矿截止时的矿石品位。出矿截止品位过高将导致矿石放出量小，浪费矿石资源；出矿截止品位过低则导致废石大量混入，贫化严重，运输及选矿成本增加。因此，出矿截止品位的确定直接影响着放矿方式的选择及矿石的损失贫化。为进一步探究出矿截止品位对放矿效果的影响，以单分段单进路下放矿为研究对象，采用相似性物理试验方法进行多组出矿截止品位下放矿试验，分析放出矿岩总量与当次出矿品位的关系，揭示出矿截止品位对损失率、贫化率等放矿指标的影响特征，对矿山放矿管理具有一定的指导意义。

1 物理相似性试验

1.1 试验装置

放矿试验装置采用透明有机玻璃板制作，按照相似比1:50 模拟大结构参数下单分段单进路采场结构，结构参数见表1。

表1 试验模拟的采场结构参数

取磁铁矿矿块，经破碎、筛分成粒径为5～16 mm 的矿粒作为试验矿石材料；取石英矿矿块，经破碎、筛分成粒径为8～16 mm 的矿粒作为试验废石材料。根据结构参数，试验装置内装填矿石和废石后正面形态如图1 所示。

图1 放矿试验装置

1.2 试验参数的选择

一般情况下，矿山采用截止品位放矿时，出矿截止品位在25%～30%之间，无贫化、低贫化放矿方式下的出矿截止品位远大于该值。因此，试验选择出矿截止品位为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%（第一次出现废石时）。试验过程中放出矿石量和放出废石量是波动变化的，出矿截止品位不能被精确控制，通常根据当次出矿中矿石质量与当次放出矿岩总质量的比值进行确定。在试验过程中，连续5 次出矿有3 次当次出矿品位小于试验品位时，即刻停止出矿。截止到第3 次（取中间值）放出的矿岩量可作为分析该试验品位下贫损指标的基础数据。

1.3 试验过程

（1）按要求装填矿岩，装填时保证矿岩各处压实度一致；

（2）开始出矿，每次出矿280 g（6 铲左右），即刻筛分出当次放出的矿石和废石，记录矿石、废石质量，并计算当次矿石品位；

（3）重复（2）直至连续5 次出矿中，有3 次当次出矿品位小于试验品位时，停止出矿；

（4）根据试验数据，计算矿石回收率、贫化率。

2 当次出矿品位变化特征

在实际生产过程中，生产人员判断回采进路内矿岩品位是否到达出矿截止品位的方法是根据进路口处每次放出的矿岩进行人工估算，误差较大。若能了解放矿过程中当次出矿品位随放出矿岩量增加的变化特征，则可以根据该进路内放出矿岩总量确定出矿过程中当次出矿品位是否到达指定出矿截止品位，这将有助于生产人员准确判断该回采进路是否停止放矿，便于管理放矿。

随着放出矿岩量的增加，当次出矿品位变化特征见图2。

图2 当次出矿品位变化特征

在图2 中可以看出，当次出矿品位变化根据废石混入特征可划分为3 个阶段，依次是无废石混入阶段、正面废石混入阶段、正面废石和顶部废石同时混入阶段。放出矿岩量在达到2400 g 前为无废石阶段，放出的均是矿石，当次矿石品位为100%；超过2400 g 后，正面废石混入，进入正面废石混入阶段，随着放出矿岩量的增加，当次矿石品位开始缓慢下降；超过5500 g 后，顶部废石混入，增大当次矿石品位降低速度，进入正面废石和顶部废石同时混入阶段，直至放矿结束。在正面废石混入阶段（放出矿岩量超过2400 g），每放出1000 g 矿岩，当次矿石品位下降约6 个百分点；在正面、顶部废石同时混入阶段（放出矿岩量超过5500 g），每放出1000 g 矿岩，当次矿石品位下降约12 个百分点。

根据以上变化特征，从当次矿石品位角度上看，当次矿石品位为75%～100%时，贫化源于正面废石的混入；当次矿石品位为30%～75%时，贫化以正面、顶部废石混入为主。

此外，当次矿石品位小于50%后，随着放出矿岩量的增加，当次矿石品位波动显著。结合试验发现，当次矿石品位波动可能是因为矿岩散体粒径越大，放出口处散体下落过程中阻力越大。试验中废石平均粒径大于矿石平均粒径，当放出矿岩内废石占比较大时，进路口眉线处矿岩下落不规律，且随着废石占比增加，这种不规律现象愈加明显。进路口眉线处的不规律落矿导致了当次矿石品位波动变化显著。

3 出矿截止品位对放矿效果的影响

3.1 出矿截止品位对放出矿岩量的影响

不同出矿截止品位下放出矿岩质量以及矿石量、废石量如图3 所示。

图3 不同出矿截止品位下放出的矿石量、废石量和总量

由图3 可知，随着出矿截止品位的增加，放出矿岩总量、矿石量、废石量逐渐减小。在此过程中，放出矿石量的减小速度越来越大，而放出废石量的减小速度越来越小。整体上，出矿截止品位每增加10%，放出矿岩总量、矿石量和废石量分别减少863 g、549 g、314 g。

放出矿石量、废石量的减小速度变化特征的原因在于：当次出矿品位越小，意味着当次出矿中矿石占比越小、废石占比越多。当次出矿品位没有达到出矿截止品位时，相同放出矿岩质量条件下，每次出矿中废石量都要比前次出矿中废石量要多，而放出矿石量与之相反。这提高了放出废石量的增长速度，而降低了放出矿石量的增长速度。

3.2 出矿截止品位与贫损指标的影响

生产过程中，评判放矿效果的主要指标是回收率和贫化率。不同出矿截止品位下回收率、贫化率如图4 所示。

由图4 可知，贫化率、矿石回收率随着出矿截止品位的增加而减少，其中，贫化率降低速度越来越小，回收率降低速度越来越大，该特征与废石、矿石放出量变化特征一致。整体上，出矿截止品位每增加10%，贫化率降低3.2 个百分点，回收率降低4.6 个百分点。

图4 不同出矿截止品位下贫化率和回收率

4 对矿山的建议

（1）生产人员可以通过放出矿岩总量精确地判断当次出矿品位是否到达出矿截止品位。

在生产设计时，矿山生产设计人员可以根据相似性试验获得该采场结构参数下当次出矿品位与放出矿岩量的关系，确定设计截止生产品位下的放出矿岩总量。生产过程中，生产人员根据回采进路内放出矿岩总量严格控制出矿次数。该方法比传统人工估算方法精确度高。

（2）控制出矿截止品位是改善放矿效果、降低损失贫化的有效措施之一。

在采场结构参数一定条件下，矿山可以通过调控回采进路的出矿截止品位控制贫损指标。当矿山在生产过程中发现贫化率较高时，可在以后出矿过程中降低回采进路的出矿截止品位，以减少废石混入量；当回收率较低时，可适当提高出矿截止品位，增加矿石回收量。

5 结论

（1）随着放出矿岩量的增加，当次出矿品位变化在正面废石混入后开始呈下降趋势，在顶部废石混入后，下降速度进一步增加。在分段高度20 m、崩矿步距3 m 等采场条件下，当次矿石品位在75%以下时，贫化以正面、顶部废石混入为主；当次矿石品位在75%以上时，贫化源于正面废石的混入。

（2）在当前采场结构条件下，出矿截止品位每增加10%，放出矿岩总量、矿石量和废石量分别减少863 g、549 g、314 g，贫化率降低3.2 个百分点，回收率降低4.6 个百分点。随着出矿截止品位的增加，废石量和贫化率减小速度越来越小，矿石量和回收率则相反。

（3）根据出矿截止品位研究结论，生产人员可以通过放出矿岩总量更加准确地判断回采进路出矿时矿石品位是否到达截止品位；可以通过调整出矿截止品位控制矿石的损失及贫化，进而达到改善无底柱分段崩落法放矿效果的目的。