无底柱分段崩落法

1、东北大学东北大学 采矿学馆采矿学馆 大间距采矿理论是国家大间距采矿理论是国家“十五十五”攻关项目：大间距攻关项目：大间距集中化无底柱采矿新工艺研究的理论基础和核心。它指集中化无底柱采矿新工艺研究的理论基础和核心。它指出了传统无底柱分段崩落法放矿理论的不足，提出了新出了传统无底柱分段崩落法放矿理论的不足，提出了新的放矿理论，并由此推导出大间距无底柱分段崩落法数的放矿理论，并由此推导出大间距无底柱分段崩落法数学模型，从而奠定了大间距无底柱分段崩落法的基础，学模型，从而奠定了大间距无底柱分段崩落法的基础，这种新采矿方法将使我国无底柱分段崩落法在结构参数、这种新采矿方法将使我国无底柱分段崩落法在结构参

2、数、装备、工艺技术上发生重大变革，并将带来巨大的经济装备、工艺技术上发生重大变革，并将带来巨大的经济效益。国家科技部在效益。国家科技部在“十五十五”科技攻关中期评审中与会科技攻关中期评审中与会专家认为：大间距理论和大间距数学模型属于原始创新。专家认为：大间距理论和大间距数学模型属于原始创新。 1.传统放矿理论基本点传统放矿理论基本点 传统放矿理论的要点如下：传统放矿理论的要点如下： 1）无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，崩落矿石）无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，崩落矿石的爆破堆积体形态与放出体形态吻合程度程度越高，所得到的技术的爆破堆积体形态与放出体形态吻合程度程度越高，所得到的

3、技术经济指标越好。经济指标越好。 2）崩落矿石的爆破堆积体形态取决于无底柱分段崩落法采）崩落矿石的爆破堆积体形态取决于无底柱分段崩落法采矿结构参数，即分段高度、进路间距、崩矿步距三度尺寸。矿结构参数，即分段高度、进路间距、崩矿步距三度尺寸。 3）放出体形态为椭球体，一般情况下其长半轴）放出体形态为椭球体，一般情况下其长半轴a与横半轴与横半轴b之比为之比为2.5-3。 4）在无底柱分段崩落法采矿结构参数选择时，分段高度应）在无底柱分段崩落法采矿结构参数选择时，分段高度应进路间距。进路间距。 2.传统理论在教科书和设计手册中的反映传统理论在教科书和设计手册中的反映 传统理论的第一点是一切放矿研究的

4、基础，而第二、三点是对传统理论的第一点是一切放矿研究的基础，而第二、三点是对爆破堆积体形态和放出体形态的描述，但在确定结构参数时，由于爆破堆积体形态和放出体形态的描述，但在确定结构参数时，由于受当时总体水平的影响，得出了分段高度应受当时总体水平的影响，得出了分段高度应进路间距的第四点。进路间距的第四点。并且把它作为精典，写进了教科书、设计手册，如：高校教科书金并且把它作为精典，写进了教科书、设计手册，如：高校教科书金属矿山地下开采、采矿设计手册、采矿手册中都有回采进路间距一属矿山地下开采、采矿设计手册、采矿手册中都有回采进路间距一般等于或稍小于分段高度的说法，甚至还规定了进路间距与分段高般等于

5、或稍小于分段高度的说法，甚至还规定了进路间距与分段高度有如下的关系：度有如下的关系：D（0.8-1）H。由于这些法规和著作影响了。由于这些法规和著作影响了人们的思想，使我国无底柱分段崩落法的结构参数，一直停留在分人们的思想，使我国无底柱分段崩落法的结构参数，一直停留在分段高度为段高度为10-12米、进路间距一般米、进路间距一般8-10米。米。 2.大间距无底柱分段崩落法数学模型大间距无底柱分段崩落法数学模型 众所周知，无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，当崩落矿石众所周知，无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，当崩落矿石的爆破堆积体形态与放出体形态吻合程度高时，就会得到较好的技术经济的爆

6、破堆积体形态与放出体形态吻合程度高时，就会得到较好的技术经济指标，这两者的吻合程度问题，其实质就是采矿结构参数的优化问题，也指标，这两者的吻合程度问题，其实质就是采矿结构参数的优化问题，也是放矿学研究的核心问题。是放矿学研究的核心问题。 2.1传统理论研究的方法及不足传统理论研究的方法及不足 在这一点上传统的放矿理论存在着误区，传统的研究没有注意到各在这一点上传统的放矿理论存在着误区，传统的研究没有注意到各放出体之间的相互影响，而是着重研究单个放出体。放出体之间的相互影响，而是着重研究单个放出体。 由于工业放出体长轴约为横轴的由于工业放出体长轴约为横轴的2.5-3.0倍，因此认为一个回采倍，因

7、此认为一个回采单元的几何尺寸应为单元的几何尺寸应为2.5-3.0单位单位1.0单位，根据矿石的爆破堆积体形单位，根据矿石的爆破堆积体形态应尽可能地与放出体体形相吻合的原则，把四个巷道布置在它的四边即态应尽可能地与放出体体形相吻合的原则，把四个巷道布置在它的四边即菱形布局，形成如图菱形布局，形成如图1的格局。的格局。 由于在长轴方向上分为二个分段，由于在长轴方向上分为二个分段，则分段高与进路间距之比值为：则分段高与进路间距之比值为：H/L=1.3-1.5，上述就是传统放矿理论要求分段上述就是传统放矿理论要求分段高大于进路间距的来由。高大于进路间距的来由。 上述的说法看似合情合理，但是问题远上述的

8、说法看似合情合理，但是问题远没有这样简单，关键在于两者的吻合程度没有这样简单，关键在于两者的吻合程度上。单个放出体与回采单元的吻合程度如上。单个放出体与回采单元的吻合程度如图图1时已到最佳状况，这就是教科书、设计时已到最佳状况，这就是教科书、设计手册所规定的分段高度大于进路间距的理手册所规定的分段高度大于进路间距的理论基础，但是如果把这种单个放出体布局论基础，但是如果把这种单个放出体布局在空间进行排列，马上会发现间题，因为在空间进行排列，马上会发现间题，因为此时纯矿石放出体发生重叠，违背了纯矿此时纯矿石放出体发生重叠，违背了纯矿石放出体相切的基本原则，这正是传统放石放出体相切的基本原则，这正是

9、传统放矿理论所没有考虑到的问题。矿理论所没有考虑到的问题。 2.2大间距空间排列理论（平面模型）大间距空间排列理论（平面模型） 我们跳出了单个放出体的框架，研究了各放出体之间空间排列我们跳出了单个放出体的框架，研究了各放出体之间空间排列问题，而所用的基本原则没有变。还是采用崩落矿石的爆破堆积体形态问题，而所用的基本原则没有变。还是采用崩落矿石的爆破堆积体形态应尽可能地与放出体体形相吻合，这一基本准则在具体操作上不太好掌应尽可能地与放出体体形相吻合，这一基本准则在具体操作上不太好掌握，如把它等价地转换成。纯矿石放出体互相相切的结构参数为最优。握，如把它等价地转换成。纯矿石放出体互相相切的结构参数

10、为最优。的原则，就很直观，而且可操作性也好，只要分析简单的几何关系之后，的原则，就很直观，而且可操作性也好，只要分析简单的几何关系之后，即可得出较为简明的计算公式。即可得出较为简明的计算公式。 我们的研究指出结构参数优化的实质就是放出体空间排列的优我们的研究指出结构参数优化的实质就是放出体空间排列的优化问题，密实度最大者为优。根据这一基本点出发，有两种最优排列，化问题，密实度最大者为优。根据这一基本点出发，有两种最优排列，一种为高分段结构，一种为大间距结构，如图一种为高分段结构，一种为大间距结构，如图2、3所示。所示。 专题一、大间距理论（数学模型）专题一、大间距理论（数学模型） 专题一、大间

11、距理论（数学模型）专题一、大间距理论（数学模型） 二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法 2.3大间距数学模型的另一种推算方法大间距数学模型的另一种推算方法东北大学刘兴国教授推导的大间距数学模型公式过程为：东北大学刘兴国教授推导的大间距数学模型公式过程为：梅山铁矿提出根据纯矿石放出体相切条件确定进路间距。梅山铁矿提出根据纯矿石放出体相切条件确定进路间距。纯矿石放出体相切时的排列如图纯矿石放出体相切时的排列如图6（a）所示，进路间距确定）所示，进路间距确定方法如图方法如图6（b）所示，根据图）所示，根据图6（b）求得切点位置（）求得切点位置（x，y）后，便可得出进路间距。后，便可得出进路间距。

12、 二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法 2.3放出体空间排列理论的要点如下放出体空间排列理论的要点如下 1）无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，崩落矿石的爆破）无底柱分段崩落法的放矿是在复岩下进行的，崩落矿石的爆破堆积体形态与放出体形态吻合程度程度越高，所得到的技术经济指标越堆积体形态与放出体形态吻合程度程度越高，所得到的技术经济指标越好。好。2）崩落矿石的爆破堆积体形态取决于无底柱分段崩落法采矿结构）崩落矿石的爆破堆积体形态取决于无底柱分段崩落法采矿结构参数，即分段高度、进路间距、崩矿步距三度尺寸。参数，即分段高度、进路间距、崩矿步距三度尺寸。

13、3）放出体形态为椭球体，一般情况下其长半轴）放出体形态为椭球体，一般情况下其长半轴a与横半轴与横半轴b之比为之比为2.5-3。 上述三点与传统的放矿理论完全一致，区别在于下面几点。上述三点与传统的放矿理论完全一致，区别在于下面几点。4）在无底柱分段崩落法采矿结构参数优化问题的实质就是放出体）在无底柱分段崩落法采矿结构参数优化问题的实质就是放出体的空间排列问题。排列密度最大的为最优。的空间排列问题。排列密度最大的为最优。5）根据放出体空间排列原则可得到两种同为最优的结构，大间距）根据放出体空间排列原则可得到两种同为最优的结构，大间距结构和高分段结构。在当前的技术经济条件下，大间距比高分段具有更结

14、构和高分段结构。在当前的技术经济条件下，大间距比高分段具有更强的可操作性强的可操作性.6）在无底柱分段崩落法中，增加进路间距不一定是大间距、同样）在无底柱分段崩落法中，增加进路间距不一定是大间距、同样加大分段高度也不一定是高分段，其关键是看放出体的空间排列形式。加大分段高度也不一定是高分段，其关键是看放出体的空间排列形式。7）大间距结构参数中，分段高度与进路间距之比是为变量。）大间距结构参数中，分段高度与进路间距之比是为变量。 二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱分段崩落法二、无底柱