高分段大间距无底柱分段崩落采矿贫化损失预测与结构参数优化研究

论文摘要

增大结构参数是现代无底柱分段崩落法的发展方向。本文结合大红山铁矿的建设项目,研究了高分段大间距无底柱分段崩落法的回采工艺。工业试验证明,分段高度由我国目前的15m增加到20m,可降低采切成本25%,单步距崩矿量增加到7000t,有效地提高了采场生产能力降低了出矿损失贫化。这一研究成果标志着我国无底柱分段崩落法的分段高度进入到20m的新阶段,拉近了与西方先进国家同类采矿方法技术水平(30m分段高)的距离。贫化损失指标的预测是无底柱分段崩落法放矿理论研究的重要内容,本文在原有放出体前方废石混入贫化指标计算的基础上,进一步研究了放出体顶部和侧面废石混入造成矿石贫化损失的原因,推出了放出体顶部和侧面废石混入造成贫化率的计算公式,各种贫化情况下回收率的计算公式,完善了端部放矿理论贫化损失指标的计算体系,为全面系统地进行贫化损失指标的预测奠定了理论基础。分段高度、进路间距和崩矿步距的不同组合,对放矿损失贫化指标影响重大。本文研究了结构参数优化的方法,在以“回贫差”最大化为目标函数,确定崩矿步距的基础上、建立了单位工业储量盈利最大化和单位精矿盈利最大化为目标函数的数学模型。改变了传统的仅考虑贫化损失指标最佳确定结构参数的方法,开辟了从保障矿床开采整体经济效益最大化确定结构参数的新途径。理论研究和实验都证明,不(低)贫化放矿可大幅度地降低出矿贫化率。但是目前的放矿管理方式与复杂的生产实际不适应。本文改变了过去的组合截止品位放矿管理办法,大胆使用了定量放矿管理方案。工业试验表明,采用定量放矿管理简单易行,完全可达到不(低)贫化放矿的目的,放出矿石的贫化率可控制到5%以内(不包括底部和次底部分层放矿),这种放矿管理方式为不贫化放矿的推广应用带来了新的发展契机。大红山铁矿上盘岩石自然崩落规律研究表明,主采区基建采场回采期间,需采用强制崩落顶板形成覆盖岩石;基建采场回采完毕,可采用自然崩落与强制崩落相结合的方法形成覆盖岩层,顶板岩层的自然崩落高度达到120m;持续采场回采完毕,矿体上盘岩层已完全形成自然崩落机制,可利用自然崩落顶板岩层形成覆盖岩层,顶板岩层最终的崩落高度达到160m;中部1和中部2采区完成第1步回采后,顶板岩层就可形成自然崩落机制,可依靠自然崩落形成覆盖岩石。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 无底柱分段崩落法结构参数的发展方向
• 1.1.3 椭球体放矿理论研究新进展
• 1.1.4 随机介质放矿理论研究新进展
• 1.1.5 散体力学在放矿研究中的应用
• 1.2 无底柱分段崩落采矿现有放矿理论
• 1.2.1 端部放矿理论
• 1.2.2 大间距排列放矿理论
• 1.2.3 不（低）贫化放矿理论
• 1.3 本文主要研究工作
• 1.3.1 增大结构参数研究
• 1.3.2 贫化损失预测研究
• 1.3.3 结构参数的优化研究
• 1.3.4 不（低）贫化放矿方案研究
• 1.3.5 覆盖岩石自然形成规律研究
• 第二章 贫化损失预测研究
• 2.1 问题的提出
• 2.2 现有贫化率的计算方法及存在的不足
• 2.2.1 端部放矿贫化损失的形成规律
• 2.2.2 现有贫化率的计算方法及存在的不足
• 2.3 放出体顶部和侧面废石混入贫化率计算方法
• 2.3.1 顶部岩石混入的贫化率计算方法
• 2.3.2 侧面岩石混入贫化率计算方法
• 2.3.3 多方岩石混入情况下贫化率的计算方法
• 2.4 不同贫化情况下矿石回收率的计算方法
• 2.4.1 矿石回收率的计算原则
• 2.4.2 不同贫化情况下矿石回收率的计算方法
• 2.5 大红山铁矿矿岩流动规律研究
• 2.5.1 放矿物理模拟试验
• 2.5.2 模拟试验回归分析
• 2.5.3 大红山铁矿爆破松散系数
• 2.5.4 矿岩流动规律方程
• 2.6 大红山铁矿结构参数确定及贫化率的预测
• 2.6.1 大红山铁矿分段高度和进路间距的确定
• 2.6.2 放出体排列方式及贫化率的预测
• 2.7 本章小结
• 第三章 结构参数的优化研究
• 3.1 结构参数优化的准则
• 3.1.1 有关最优结构参数的不同观点
• 3.1.2 不同结构参数的特点
• 3.1.3 目前结构参数确定存在的问题
• 3.2 最优崩矿步距的确定
• 3.2.1 用回贫差确定最优崩矿步距
• 3.2.2 用单位工业储量盈利确定最优崩矿步距
• 3.2.3 用单位精矿盈利确定最优崩矿步距
• 3.3 贫化损失率随崩矿步距的变化规律
• 3.3.1 贫化率与崩矿步距的函数关系
• 3.3.2 回收率与崩矿步距的函数关系
• 3.4 大红山铁矿最优崩矿步距的确定
• 3.4.1 460m分层最优崩矿步距
• 3.4.2 440分层最优崩矿步距
• 3.5 最优崩矿步距的工业试验验证
• 3.5.1 国内矿山崩矿步距的取值范围
• 3.5.2 凿岩爆破试验参数的选择
• 3.5.3 工业试验施工设计
• 3.5.4 最优结构参数工业试验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 不（低）贫化放矿方案研究
• 4.1 不贫化放矿的经济效益分析
• 4.1.1 传统的截止品位放矿
• 4.1.2 不（低）贫化放矿
• 4.1.3 不（低）贫化放矿的经济效益
• 4.2 不（低）贫化放矿方案研究
• 4.2.1 现行方案存在的问题
• 4.2.2 定量放矿管理方案
• 4.3 定量放矿工业试验验证
• 4.3.1 定量放矿的贫化损失指标
• 4.3.2 定量放矿与采场生产能力
• 4.3.3 减少资金积压的措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 覆盖岩石的自然形成规律研究
• 5.1 问题的提出及研究方案
• 5.1.1 问题的提出
• 5.1.2 岩层自然崩落研究现状
• 5.1.3 数值分析方法在国内外发展现状
• 5.1.4 拟采用的研究方案
• 5.2 开挖顺序及三维建模
• 5.2.1 矿床开采顺序
• 5.2.2 三维建模
• 5.3 模拟参数的选择
• 5.3.1 原岩应力
• 5.3.2 矿岩物理力学参数
• 5.4 数值模拟结果分析
• 5.4.1 主应力的变化规律
• 5.4.2 水平应力变化规律
• 5.4.3 竖向位移分布规律
• 5.4.4 水平位移分布规律
• 5.4.5 塑性区的分布规律
• 5.4.6 两种回采方案的稳定性分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 试验采场施工设计图
• 附录1-1 480m分层试验施工设计图
• 附录1-2 460m分层试验施工设计图
• 附录1-3 440m分层试验施工设计图
• 附录2 工业试验数据统计
• 附录2-1 460m分层试验数据
• 附录2-2 440m分层试验数据
• 附录2-3 试验采场生产能力统计
• 附录3 数值模拟分析图
• 附录3-1 矿区各分层开挖平面图
• 附录3-2 数值模拟地压规律图
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果