無底柱分段崩落法學(xué)習(xí)討論

無底柱分段崩落法學(xué)習(xí)討論第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第一章簡介（1）注：本討論稿內(nèi)容摘自：

《采礦工程師手冊》（下），第10章：10.1無底柱分段崩落法，第126–151頁。一、無底柱分段崩落法簡介

1.1歷史：無底柱分段崩落法自1965年左右在我國開始使用，在金屬礦山獲得迅速推廣，特別是鐵礦山的應(yīng)用非常廣泛（現(xiàn)今占80%的地下鐵礦山礦石總量）。

1.2基本特征：同有底柱分段崩落法比較，該法的基本特征是：第一：分段下部不設(shè)由專門出礦巷道所構(gòu)成的底部機構(gòu)；第二：分段的鑿巖、崩礦和出礦均在回采巷道中進行；第三：采場結(jié)構(gòu)簡單、靈活；第四：有力于無軌自行、安全有保證：第五：組織方便。第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第一章簡介（2）1.3缺點一、在覆蓋巖下放礦、礦石的損失率和貧化率較高，因此，放礦管理必須嚴(yán)格；二、在獨頭巷道內(nèi)作業(yè)，通風(fēng)條件較差，需設(shè)計專門管道通風(fēng)；三、掘進工作量大。掘進項目包括：（1）運輸平巷。通常布置在每個分段的下盤巖石中。（2）分段平巷。這些分段平巷連接采區(qū)和溜井。（3）出礦平巷。出礦平巷一部分在礦石中，一部分在巖石中。（4）礦石溜井。作用是把礦石和廢石從分段下放至運輸水平。四、礦體開采會引起覆蓋巖石崩落，導(dǎo)致地面塌陷或破壞；五、為了使礦石回收率最大、貧化率最小，從而達到高效采礦，有關(guān)爆破礦石和圍巖自流參數(shù)的資料的作用極其重要。第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第一章簡介（3）1.4圖示第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第一章簡介（4）1.5國內(nèi)外部分采用該法的礦山基本情況第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（1）2.1無底柱分段崩落法的目標(biāo)無底柱分段崩落法的目標(biāo)，是使鑿巖和爆破工作量最小，且不干擾放礦，獲得的夾有碎塊的粗粒原礦可借助重力自流放出。2.2粗粒原礦的特征及類型。一、特征粗粒原礦的特征是粒度的分布和形狀各異。二、四個基本類型見圖示10-2。

I類。粗礦原礦中含有較大的球形碎塊，且塊度和形狀或多或少相似；

II類。物料尺寸幾乎相同，但形狀有別；

III類。粗粒原礦由大碎塊、小碎片和沙子組成；

IV類。粗粒原礦由大塊、中塊、小塊、沙子、巖粉、泥土和黏土組成的混合物。該IV類的粗礦原礦的力學(xué)性質(zhì)、運動狀態(tài)有很大的變化，這取決于細料（沙子、黏土等）占的百分比、以及是否有水。如果有水，則細粒物料可能產(chǎn)生塑性和黏性組分，使其力學(xué)性質(zhì)和運動狀態(tài)發(fā)生極為不利的變化。該IV類的粗礦原礦適合陡溜井放礦，在潮濕的情況下，需要很陡的溜井，其傾角在BII范圍。第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（2）三、圖示10-2。第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（3）四、示意圖10.3第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（4）2.3放礦橢球體與松散橢球體。

2.3.1放礦橢球體隨著漏口不斷的放出礦石，上面的礦石依次遞補，形成一個類似于旋轉(zhuǎn)的加長橢球體，稱為放礦橢球體。

2.3.2松散橢球體隨著放出量的增大，周圍松散礦巖依次遞補，形成松散橢球體，簡稱：“松散體”。

2.3.3兩者比例一般來說，松散體高度大約等于放出體高度的2.5倍。第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（5）2.3.3放礦橢球體與松散橢球體示意圖第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（6）2.3.4偏心率（1）偏心率與物料的關(guān)系對于相同的放出高度，不同物料的放礦橢球體可有不同的體積。因為，放礦橢球體和松散橢球體的偏心率同物料有關(guān)。一般來說，偏心率越大，放礦橢球體（或不松散橢球體）就越小，體積也越小。物料的活動區(qū)：◆粉料（如水泥、細砂等）的活動區(qū)窄小。見圖10-3a；◆粒料的活動區(qū)寬大。見圖10-3b；◆塊料的活動區(qū)最大。見圖10-3c。第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（4）（2）影響偏心率的其他因素。影響偏心率的因素除了物料的粒度的大小之外，還有：

1）物料的重力自流高度；

2）顆粒的性質(zhì)和類型（圓的、不規(guī)則的）；

3）顆粒表面粗糙度（光滑的、粗糙的）；

4）摩擦角（大、小）；

5）密度（高、底）；

6）放礦或卸礦的速度（快、慢）；

7）粒料的特性（強度、濕度）。第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二章特點（5）2.3.5粒料或塊料的流動性所有影響偏心率的因素產(chǎn)生的影響，可用粒料或塊料的流動性表示。較大物料的流動性，引起較平穩(wěn)的重力自流、較高的橢球體偏心率。這就是說：◆在流動性高的物料中，橢球體較窄小；◆在流動性較低的物料中，橢球體寬大，且體積也大。第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（1）具體應(yīng)用主要是指如何合理放礦。合理放礦的因素：

1、放礦高度；

2、放礦口的有效寬度

3、放礦區(qū)的厚度和深度

4、減少物料起拱。

5、崩礦步距、炮孔扇面傾角、爆破

6、礦塊大小。第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（2）3.1放礦高度（1）垂直放礦高度取決于分段平巷的寬度，但又大于最小放礦口的寬度。（見圖10-6，圖10-7）

第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（3）（2）圖10-6第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（4）（3）圖10-7第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（5）3.2放礦口的有效寬度必須指出，放礦口的有效寬度不僅取決于分段平巷的寬度，而且取決于分段平巷頂板的形狀?！舢?dāng)頂板為圓拱時，不利于放礦，因為放礦口的有效寬度較小。見圖10-7a?！羧绻敯逅剑ɑ蛏云鸸靶危?，放礦口的有效寬度大，礦石和廢石的自流形式類似于圖10-7b時，顯然有力于放礦。第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（6）3.3圖10-7第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（7）3.3放礦口的厚度和深度。

3.3.1放礦口的深度取決于裝載機能插入工作面的深度。裝載機的插入深度小，放出區(qū)域的深度也小，只能利用分段平巷高度的一小部分來放礦。裝載機的插入深度一般為1–1.3米，比理論深度x小的多。這意味著僅利用了分段平巷高度的上面部分e來放礦。見圖10-8。第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（8）3.3.2圖10-8第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（6）3.3.2分段平巷里松散礦石的斜坡、斜度、斜坡角。見圖示10-9。（1）斜坡角的變化范圍在一般放礦中，分段平巷里松散礦石的斜坡也無恒定的角度，該斜坡角的變化范圍是圖10-9中的點a到點b之間的范圍。（2）塌落危險放礦過程中，坡底（點a）可能靠近點b，在這種情況下，點a和點b可能重疊，斜坡變得非常陡。斜坡越靠近圖10-9中的b–c平面，突然塌落（或破壞）的危險越大。因此，為了安全，最好規(guī)定b–c平面的極限角度，并在極限情況出現(xiàn)之前，就誘發(fā)斜面塌落。（3）自然安息角、分段平面高度圖示10-9中，?表示自然安息角，hD表示分巷的高度。第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（6）（4）圖示10-9第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（7）3.4減少物料起拱。

3.4.1拱堆導(dǎo)致放礦停止。放礦區(qū)的上方物料形成拱，可導(dǎo)致放礦停止。多數(shù)情況下，出礦口上方出現(xiàn)拱堆，是由于放礦口尺寸。見10-8。第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（8）3.4.2拱堆的類型。拱堆變化很多，但可以歸納為三種基本類型：（1）一些塊料結(jié)拱形成的拱堆；（2）密實物料，包括有明顯黏性和（或）塑性的物料形成的拱；（3）以上兩種物料結(jié)合構(gòu)成的拱堆。第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（9）3.4.3注意事項（1）在塑性成分、有細粒、有水的情況下的塊料（圖10-2中的塊料類IV，粗粒原礦由大塊、中塊、小塊、沙子、巖粉、泥土和黏土組成的混合物。），在停止放礦后，爆破礦石和崩落廢石開始沉陷，使物料密實。（2）在放礦流動中段較長時間后，密實物料（包括有明顯黏性和（或）塑性的物料形成的拱）起拱比較頻繁。（3）沉縮率和壓縮率較高的物料，最好避免放礦中段。（4）在長時間中段放礦之前，應(yīng)該把分段內(nèi)已爆破的礦石放完。第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三章具體應(yīng)用（10）

3.4.4避免或減少大塊物料起拱的最好方法。避免和最大限度的減少物料起拱的最好方式：有控制的鑿巖和爆破，就是說要控制碎塊的尺寸。

3.4.5消除拱時的注意事項。如果起拱了，最大限度安全有效消除不同類型的拱之前，需要弄清拱的類型、結(jié)構(gòu)、可能的狀態(tài)。此外，需要確定任何位移引起拱破壞的危險域或場所。否則，消除拱就不會成功，甚至非常危險。第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章放礦與貧化（1）4.1放礦中的異常和意外情況。無底柱分段崩落法的貧化過程中，可能產(chǎn)生許多異常和意外情況，例如：（1）幾乎在放礦一開始，就有一定數(shù)量的崩落廢石流出，然后才是正常礦石流動；（2）不同的放礦階段，出現(xiàn)不規(guī)則的廢石囊。上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一直沒得到滿意的解釋，但是，大塊的塊料是很重要的原因。另外，也可能是放礦口上方起拱的礦石，使其異常貧化率出現(xiàn)的概率增大。第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章放礦與貧化（2）4.2最佳放礦=不可能的任務(wù)。

4.2.1無底柱分段崩落正常貧化發(fā)展的理想過程如圖10-16所示。礦石量和放出的礦石與崩落廢石總量呈函數(shù)關(guān)系，可用分條礦量的百分?jǐn)?shù)表示，即分條礦石總量為100%，從理論上講，最佳放礦用OA線段表示。也就是說100%的放出礦石不帶廢石。然而這種情況是不可能的。第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章放礦與貧化（3）4.2.2圖10-16第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章放礦與貧化（4）4.3放礦評估原則假設(shè)放出的礦石+廢石為10%，作為放礦評估原則，可用以下分類法：（1）I類，良好放礦。礦石至少85%，廢石小于25%；（2）II類，不良放礦。礦石至少為77%，廢石小于33%；（3）III類，較差放礦。礦石約占65%，廢石占45%或更多。第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（1）4.1設(shè)計的主要問題無底柱分段崩落采礦方法設(shè)計的主要問題，是確定開采的幾何要素，盡可能滿足重力自流的諸參數(shù)。也就是說：

需要為一定的放礦高度確定放礦橢球體的寬度和厚度。上述參數(shù)由現(xiàn)場試驗確定，然而試驗數(shù)據(jù)通常不能及時用于礦山設(shè)計。第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（2）4.2問題的解決：（1）目前，沒有明確的方法可用于工程上計算這些參數(shù)；（2）由于粗粒原礦性質(zhì)各異，重力自流包含各種復(fù)雜因素，所以，采用一些經(jīng)驗公式來近似確定重力自流參數(shù)和幾何性質(zhì)。第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（3）4.3設(shè)計中的數(shù)值：（1）：橢球體的總寬度。（2）：橢球體的總厚度（2）W′：放礦橢球體近似寬度。（3）a：有效放礦寬度。（4）：放礦總高度。（5）：分段高度。（6）：分段平巷的近似水平間距。（7）：分段平巷寬度。第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（4）4.4在高度確定后，可用下列公式計算出放礦橢球體的總寬度和厚度。即（1）放礦橢球體的總寬度：

（2）放礦橢球體的總厚度：

第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（5）其中：a為放礦口有效寬度，用的百分?jǐn)?shù)表示。第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（6）（1）在營房礦，我們的分段平巷準(zhǔn)備設(shè)計為4米。因為分段平巷是橢圓形，我們假設(shè)放礦口有效寬度a是進路寬度的80%，即a=4×80%=3.2米。第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（7）（2）W′：放礦橢球體近似寬度系放礦高度為函數(shù)。第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（8）從第一張圖中可用看出，我們需要求出HT值。從第二張圖中，我們可用看出：

=+2∕3在營房礦區(qū)，我們=13，則：

=13+13×(2∕3)=13+8.71=21.71第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（9）那么，通過圖10-11，我們可用看出：

W′=7。則：根據(jù)公式：≈7+3.2-1.8≈8.4米。第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（10）放礦高度＞18米時：則：＜8.4÷0.65=12.9米。營房的分段平巷的水平間距是12.5，滿足了公式的要求。第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四章設(shè)計原則（11）4.5問題：因為目前沒找到公式，分段平巷的高度無法確定。此參數(shù)不確定，或高，或低，會造成無法巷道里面礦太多，影響第二次鑿巖爆破。

第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第五章爆破與端面傾斜度（1）5.1爆破步距b（崩礦間距）的近似值：由上面的計算可知=8.4，則在上面的公式中，=÷2=8.4÷2=4.2，則：

b≦4.2÷2≦2.1米。因此，爆破步距b（崩礦間距）小于或等于2.1米。第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第五章爆破與端面傾斜度（2）5.2端面傾斜度

5.2.1分段端面通常有兩種：（1）垂直的；（2）傾斜的。傾斜角為80°。見圖示10-5。

第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第五章爆破與端面傾斜度（3）第四十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第五章爆破與端面傾斜度（4）5.2.2傾斜狀端面的三個好處及貧化率小的三個原因。（1）三個好處：分段端面呈傾斜狀，起傾角為80°，此傾斜度有三個好處：◆有利于鑿巖和；◆有利于炮孔裝藥；◆有利于使貧化率最小。（2）貧化率小的三個原因：◆能夠引起重力自流形狀發(fā)生變化；◆它的放礦橢球體比垂