无底柱分段崩落法学习讨论

无底柱分段崩落法学习讨论第1页，共51页，2023年，2月20日，星期六第一章简介（1）注：本讨论稿内容摘自：

《采矿工程师手册》（下），第10章：10.1无底柱分段崩落法，第126–151页。一、无底柱分段崩落法简介

1.1历史：无底柱分段崩落法自1965年左右在我国开始使用，在金属矿山获得迅速推广，特别是铁矿山的应用非常广泛（现今占80%的地下铁矿山矿石总量）。

1.2基本特征：同有底柱分段崩落法比较，该法的基本特征是：第一：分段下部不设由专门出矿巷道所构成的底部机构；第二：分段的凿岩、崩矿和出矿均在回采巷道中进行；第三：采场结构简单、灵活；第四：有力于无轨自行、安全有保证：第五：组织方便。第2页，共51页，2023年，2月20日，星期六第一章简介（2）1.3缺点一、在覆盖岩下放矿、矿石的损失率和贫化率较高，因此，放矿管理必须严格；二、在独头巷道内作业，通风条件较差，需设计专门管道通风；三、掘进工作量大。掘进项目包括：（1）运输平巷。通常布置在每个分段的下盘岩石中。（2）分段平巷。这些分段平巷连接采区和溜井。（3）出矿平巷。出矿平巷一部分在矿石中，一部分在岩石中。（4）矿石溜井。作用是把矿石和废石从分段下放至运输水平。四、矿体开采会引起覆盖岩石崩落，导致地面塌陷或破坏；五、为了使矿石回收率最大、贫化率最小，从而达到高效采矿，有关爆破矿石和围岩自流参数的资料的作用极其重要。第3页，共51页，2023年，2月20日，星期六第一章简介（3）1.4图示第4页，共51页，2023年，2月20日，星期六第一章简介（4）1.5国内外部分采用该法的矿山基本情况第5页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（1）2.1无底柱分段崩落法的目标无底柱分段崩落法的目标，是使凿岩和爆破工作量最小，且不干扰放矿，获得的夹有碎块的粗粒原矿可借助重力自流放出。2.2粗粒原矿的特征及类型。一、特征粗粒原矿的特征是粒度的分布和形状各异。二、四个基本类型见图示10-2。

I类。粗矿原矿中含有较大的球形碎块，且块度和形状或多或少相似；

II类。物料尺寸几乎相同，但形状有别；

III类。粗粒原矿由大碎块、小碎片和沙子组成；

IV类。粗粒原矿由大块、中块、小块、沙子、岩粉、泥土和黏土组成的混合物。该IV类的粗矿原矿的力学性质、运动状态有很大的变化，这取决于细料（沙子、黏土等）占的百分比、以及是否有水。如果有水，则细粒物料可能产生塑性和黏性组分，使其力学性质和运动状态发生极为不利的变化。该IV类的粗矿原矿适合陡溜井放矿，在潮湿的情况下，需要很陡的溜井，其倾角在BII范围。第6页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（2）三、图示10-2。第7页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（3）四、示意图10.3第8页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（4）2.3放矿椭球体与松散椭球体。

2.3.1放矿椭球体随着漏口不断的放出矿石，上面的矿石依次递补，形成一个类似于旋转的加长椭球体，称为放矿椭球体。

2.3.2松散椭球体随着放出量的增大，周围松散矿岩依次递补，形成松散椭球体，简称：“松散体”。

2.3.3两者比例一般来说，松散体高度大约等于放出体高度的2.5倍。第9页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（5）2.3.3放矿椭球体与松散椭球体示意图第10页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（6）2.3.4偏心率（1）偏心率与物料的关系对于相同的放出高度，不同物料的放矿椭球体可有不同的体积。因为，放矿椭球体和松散椭球体的偏心率同物料有关。一般来说，偏心率越大，放矿椭球体（或不松散椭球体）就越小，体积也越小。物料的活动区：◆粉料（如水泥、细砂等）的活动区窄小。见图10-3a；◆粒料的活动区宽大。见图10-3b；◆块料的活动区最大。见图10-3c。第11页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（4）（2）影响偏心率的其他因素。影响偏心率的因素除了物料的粒度的大小之外，还有：

1）物料的重力自流高度；

2）颗粒的性质和类型（圆的、不规则的）；

3）颗粒表面粗糙度（光滑的、粗糙的）；

4）摩擦角（大、小）；

5）密度（高、底）；

6）放矿或卸矿的速度（快、慢）；

7）粒料的特性（强度、湿度）。第12页，共51页，2023年，2月20日，星期六第二章特点（5）2.3.5粒料或块料的流动性所有影响偏心率的因素产生的影响，可用粒料或块料的流动性表示。较大物料的流动性，引起较平稳的重力自流、较高的椭球体偏心率。这就是说：◆在流动性高的物料中，椭球体较窄小；◆在流动性较低的物料中，椭球体宽大，且体积也大。第13页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（1）具体应用主要是指如何合理放矿。合理放矿的因素：

1、放矿高度；

2、放矿口的有效宽度

3、放矿区的厚度和深度

4、减少物料起拱。

5、崩矿步距、炮孔扇面倾角、爆破

6、矿块大小。第14页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（2）3.1放矿高度（1）垂直放矿高度取决于分段平巷的宽度，但又大于最小放矿口的宽度。（见图10-6，图10-7）

第15页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（3）（2）图10-6第16页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（4）（3）图10-7第17页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（5）3.2放矿口的有效宽度必须指出，放矿口的有效宽度不仅取决于分段平巷的宽度，而且取决于分段平巷顶板的形状。◆当顶板为圆拱时，不利于放矿，因为放矿口的有效宽度较小。见图10-7a。◆如果顶板水平（或稍起拱形），放矿口的有效宽度大，矿石和废石的自流形式类似于图10-7b时，显然有力于放矿。第18页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（6）3.3图10-7第19页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（7）3.3放矿口的厚度和深度。

3.3.1放矿口的深度取决于装载机能插入工作面的深度。装载机的插入深度小，放出区域的深度也小，只能利用分段平巷高度的一小部分来放矿。装载机的插入深度一般为1–1.3米，比理论深度x小的多。这意味着仅利用了分段平巷高度的上面部分e来放矿。见图10-8。第20页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（8）3.3.2图10-8第21页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（6）3.3.2分段平巷里松散矿石的斜坡、斜度、斜坡角。见图示10-9。（1）斜坡角的变化范围在一般放矿中，分段平巷里松散矿石的斜坡也无恒定的角度，该斜坡角的变化范围是图10-9中的点a到点b之间的范围。（2）塌落危险放矿过程中，坡底（点a）可能靠近点b，在这种情况下，点a和点b可能重叠，斜坡变得非常陡。斜坡越靠近图10-9中的b–c平面，突然塌落（或破坏）的危险越大。因此，为了安全，最好规定b–c平面的极限角度，并在极限情况出现之前，就诱发斜面塌落。（3）自然安息角、分段平面高度图示10-9中，Ø表示自然安息角，hD表示分巷的高度。第22页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（6）（4）图示10-9第23页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（7）3.4减少物料起拱。

3.4.1拱堆导致放矿停止。放矿区的上方物料形成拱，可导致放矿停止。多数情况下，出矿口上方出现拱堆，是由于放矿口尺寸。见10-8。第24页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（8）3.4.2拱堆的类型。拱堆变化很多，但可以归纳为三种基本类型：（1）一些块料结拱形成的拱堆；（2）密实物料，包括有明显黏性和（或）塑性的物料形成的拱；（3）以上两种物料结合构成的拱堆。第25页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（9）3.4.3注意事项（1）在塑性成分、有细粒、有水的情况下的块料（图10-2中的块料类IV，粗粒原矿由大块、中块、小块、沙子、岩粉、泥土和黏土组成的混合物。），在停止放矿后，爆破矿石和崩落废石开始沉陷，使物料密实。（2）在放矿流动中段较长时间后，密实物料（包括有明显黏性和（或）塑性的物料形成的拱）起拱比较频繁。（3）沉缩率和压缩率较高的物料，最好避免放矿中段。（4）在长时间中段放矿之前，应该把分段内已爆破的矿石放完。第26页，共51页，2023年，2月20日，星期六第三章具体应用（10）

3.4.4避免或减少大块物料起拱的最好方法。避免和最大限度的减少物料起拱的最好方式：有控制的凿岩和爆破，就是说要控制碎块的尺寸。

3.4.5消除拱时的注意事项。如果起拱了，最大限度安全有效消除不同类型的拱之前，需要弄清拱的类型、结构、可能的状态。此外，需要确定任何位移引起拱破坏的危险域或场所。否则，消除拱就不会成功，甚至非常危险。第27页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章放矿与贫化（1）4.1放矿中的异常和意外情况。无底柱分段崩落法的贫化过程中，可能产生许多异常和意外情况，例如：（1）几乎在放矿一开始，就有一定数量的崩落废石流出，然后才是正常矿石流动；（2）不同的放矿阶段，出现不规则的废石囊。上述现象出现的原因一直没得到满意的解释，但是，大块的块料是很重要的原因。另外，也可能是放矿口上方起拱的矿石，使其异常贫化率出现的概率增大。第28页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章放矿与贫化（2）4.2最佳放矿=不可能的任务。

4.2.1无底柱分段崩落正常贫化发展的理想过程如图10-16所示。矿石量和放出的矿石与崩落废石总量呈函数关系，可用分条矿量的百分数表示，即分条矿石总量为100%，从理论上讲，最佳放矿用OA线段表示。也就是说100%的放出矿石不带废石。然而这种情况是不可能的。第29页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章放矿与贫化（3）4.2.2图10-16第30页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章放矿与贫化（4）4.3放矿评估原则假设放出的矿石+废石为10%，作为放矿评估原则，可用以下分类法：（1）I类，良好放矿。矿石至少85%，废石小于25%；（2）II类，不良放矿。矿石至少为77%，废石小于33%；（3）III类，较差放矿。矿石约占65%，废石占45%或更多。第31页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（1）4.1设计的主要问题无底柱分段崩落采矿方法设计的主要问题，是确定开采的几何要素，尽可能满足重力自流的诸参数。也就是说：

需要为一定的放矿高度确定放矿椭球体的宽度和厚度。上述参数由现场试验确定，然而试验数据通常不能及时用于矿山设计。第32页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（2）4.2问题的解决：（1）目前，没有明确的方法可用于工程上计算这些参数；（2）由于粗粒原矿性质各异，重力自流包含各种复杂因素，所以，采用一些经验公式来近似确定重力自流参数和几何性质。第33页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（3）4.3设计中的数值：（1）：椭球体的总宽度。（2）：椭球体的总厚度（2）W′：放矿椭球体近似宽度。（3）a：有效放矿宽度。（4）：放矿总高度。（5）：分段高度。（6）：分段平巷的近似水平间距。（7）：分段平巷宽度。第34页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（4）4.4在高度确定后，可用下列公式计算出放矿椭球体的总宽度和厚度。即（1）放矿椭球体的总宽度：

（2）放矿椭球体的总厚度：

第35页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（5）其中：a为放矿口有效宽度，用的百分数表示。第36页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（6）（1）在营房矿，我们的分段平巷准备设计为4米。因为分段平巷是椭圆形，我们假设放矿口有效宽度a是进路宽度的80%，即a=4×80%=3.2米。第37页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（7）（2）W′：放矿椭球体近似宽度系放矿高度为函数。第38页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（8）从第一张图中可用看出，我们需要求出HT值。从第二张图中，我们可用看出：

=+2∕3在营房矿区，我们=13，则：

=13+13×(2∕3)=13+8.71=21.71第39页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（9）那么，通过图10-11，我们可用看出：

W′=7。则：根据公式：≈7+3.2-1.8≈8.4米。第40页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（10）放矿高度＞18米时：则：＜8.4÷0.65=12.9米。营房的分段平巷的水平间距是12.5，满足了公式的要求。第41页，共51页，2023年，2月20日，星期六第四章设计原则（11）4.5问题：因为目前没找到公式，分段平巷的高度无法确定。此参数不确定，或高，或低，会造成无法巷道里面矿太多，影响第二次凿岩爆破。

第42页，共51页，2023年，2月20日，星期六第五章爆破与端面倾斜度（1）5.1爆破步距b（崩矿间距）的近似值：由上面的计算可知=8.4，则在上面的公式中，=÷2=8.4÷2=4.2，则：

b≦4.2÷2≦2.1米。因此，爆破步距b（崩矿间距）小于或等于2.1米。第43页，共51页，2023年，2月20日，星期六第五章爆破与端面倾斜度（2）5.2端面倾斜度

5.2.1分段端面通常有两种：（1）垂直的；（2）倾斜的。倾斜角为80°。见图示10-5。

第44页，共51页，2023年，2月20日，星期六第五章爆破与端面倾斜度（3）第45页，共51页，2023年，2月20日，星期六第五章爆破与端面倾斜度（4）5.2.2倾斜状端面的三个好处及贫化率小的三个原因。（1）三个好处：分段端面呈倾斜状，起倾角为80°，此倾斜度有三个好处：◆有利于凿岩和；◆有利于炮孔装药；◆有利于使贫化率最小。（2）贫化率小的三个原因：◆能够引起重力自流形状发生变化；◆它的放矿椭球体比