废石移动试验研究

端部放矿崩落法具有采场结构简单、开采强度大、机械化程度高、安全可靠、成本相对较低等优点，应用非常广泛，尤其在冶金矿山占绝对优势［1］。端部放矿崩落法是在覆盖岩层下放矿，刚开始放出的是纯矿石，顶部废石很快降落，形成废石漏斗，废石提前混入并放出。当放出矿石品位低于截止品位，即停止放矿［2］。目前普遍认为每次放出体为最大放出高度约为放出口到原矿岩交界面距离的一个偏椭球缺，如图1所示［3－7］。端部放矿类崩落法贫化率一般为20%～25%，高的达42．9%，回采率一般为55%～70%。为了降低矿石损失贫化，国内外专家学者和生产矿山进行了大量研究工作，改进方案不下20多种，在不同程度上改善了损失贫化指标，但研究收效并不明显［8］。端部放矿崩落法矿石损失贫化大一直是困扰采矿界的一大难题，一直没有得到很好的解决。以往的研究主要偏重于矿石移动的规律，存在局限性。实际上，崩落矿岩两者直接接触是导致放矿时矿石损失贫化较高的主要原因。放矿中混入的岩石主要是覆盖岩层及放矿过程中形成的废石漏斗中的废石，因此需要研究废石的移动规律。

1相似性模拟试验

1．1试验方法采用物理相似性模拟试验法，除了做到采场结构和放矿模型的几何相似外，还选配与现场崩落矿岩组成和尺寸几何相似、力学性质大体相似的矿岩颗粒进行模拟试验，尽量提高模型与现场相似度。

1．2试验设备采用自制放矿模型，放矿模型外形尺寸(长×宽×高)为0．36m×0．23m×1m，按1∶75的比例根据无底柱分段崩落法菱形布置进路，共3个分段，同分段1～2条进路，采用木条制作框架，镶上5cm厚的玻璃，用铁皮制作巷道，在巷道中进行模拟放矿过程。放出矿、岩采用磁铁分离，用天平称重。

1．3试验条件选用鞍钢集团弓长岭井下矿的磁铁矿作为矿石模拟材料，选用白云岩作为岩石模拟材料。试验不考虑正面岩石混入的影响，加大了崩矿步距。装填矿石颗粒厚度约5cm，相当于实际矿山3m的崩矿步距。表1为模型结构参数与实际矿山结构参数的对比。

1．4试验准备工作模拟矿岩材料经过破碎筛分，平均颗粒约为0．6cm，个别大块块度约2cm，小块约0．1～0．2cm，装填时，崩落矿石与正面废石采用玻璃将矿岩隔开，装完一定高度，将玻璃抽起，再继续装填，模型装填效果如图2所示。

2试验过程及分析

逐个分段依次在放矿口放矿，放矿结束后，每个进路顶部都留下一条废石漏斗。图3为第2分段两巷道放矿结束后废石漏斗的形态，由图3可以看出，菱形布置进路情况下，经过上面分段的放矿，覆盖层形态发生明显变化，覆盖岩层不再是以往研究所采用的水平覆盖岩层，而是呈拱形。覆盖层这种特殊拱形形态对放矿及废石漏斗的形成有很大影响，然而对于这种拱形覆盖岩下的放矿规律，目前很少有人研究。第3个分段是在上述拱形覆盖岩下放矿的，刚开始放出的是纯矿石，很快地上分段相邻进路废石漏斗中的废石在放矿口两侧以两条很细的燕尾状降落，并逐渐发展为两个细长的漏斗，这里简称侧面废石漏斗或侧漏。继续放矿，侧漏向中央靠拢并变粗，两条侧漏在放出口处汇合，包裹在其中的顶部矿石只能随同侧漏废石以混杂方式放出，再继续放矿，矿石与周围废石不断混杂，最后在放矿口留下一个大废石漏斗，如图4所示。由图4可以看出，拱形覆盖层下放矿，除了能形成顶部废石漏斗外，还出现侧面废石漏斗。尽管中央矿岩颗粒运动快［9］，但由于上分层相邻进路遗留下的废石漏斗底部位置比较低，并处于移动角范围内，因此较早降落到放矿口，在两侧形成图4所示的燕尾状侧漏，顶部中轴附近大量矿石只能随同侧漏废石以混杂方式放出，造成大量的矿岩混杂。两侧漏斗快速汇合在一起，可能使大量矿石得不到有效放出。图5与表2分别为第3分段放矿口每次放出矿量照片与统计数据表。纯矿石放出段缩短，减少了纯矿石的放出量，BC段同时有侧面和顶部废石混入，变得更陡。侧面废石漏斗对放矿影响很大。当进路间距较小时，两侧漏斗汇合，不等顶部矿石放出，已经提前截止放矿了，使大量矿石得不到有效放出。目前普遍认为放出椭球体最大高度约为放出口到原矿岩交界面距离的观点没有考虑侧漏的影响，由于侧漏的出现，放出椭球体实际远达不到这个高度。进路间距优化应该考虑侧漏的影响。

3结语

1)首采分段覆盖岩层基本是水平的，以下分段由于上分段放矿遗留下了废石漏斗，覆盖岩层形状呈拱形，这种覆盖岩层形状对下分段放矿影响很大。2)除首采分段外，其他分段都是在拱形覆盖岩层下进行放矿，废石漏斗形成过程为:在两侧形成燕尾状小漏斗，小漏斗继续扩大，最后汇合在一起，变成最终的大漏斗。3)侧漏废石下降比顶部矿石早，侧漏汇合在一起，使顶部矿石不能有效放出。4)目前普遍认为最大放出椭球体高度约为放出口到原矿岩交界面距离的观点没有考虑侧漏的影响，由于侧漏的出现，放出椭球体远达不到这个高度。5)进路间距过小，侧漏汇合过早，矿石贫化损失大。适当加大间距，可以减缓侧漏的影响，使回采指标有所改善。6)侧漏是客观存在的，进路间距优化需要考虑侧漏的影响，为进路间距优化提出了一条新依据，进路间距优化问题尚需进一步研究。