地下采礦課件第七章崩落采礦法崩落法放礦理論基礎(chǔ)

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1、第七章崩落采礦法—崩落法放礦理論基礎(chǔ)主講教師：張志貴一、概述1、放礦理論是隨著崩落采礦法在地下礦山的大量使用而發(fā)展起來的。由于崩落采礦法具有回采強(qiáng)度大、效率高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，在地下礦山特別是大中型地下礦山中得到廣泛使用。但是，崩落采礦法的特點(diǎn)之一是依靠崩落圍巖充填采空區(qū)、釋放地壓來達(dá)到管理地壓的目的，采礦過程中崩落礦石與廢石（崩落圍巖）直接接觸，形成了崩落采礦法的特殊性—覆巖下放礦。很顯然，覆巖下放礦，控制不好就會(huì)造成嚴(yán)重的礦石損失和貧化問題，從而惡化采礦的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。正是因?yàn)榉诺V工作的好壞在很大程度上影響到崩落法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，放礦工作成為崩落采礦法各生產(chǎn)工序中最為

2、重要和最為關(guān)鍵的工作之一，為此，國(guó)內(nèi)外采礦界都對(duì)覆巖下放礦問題進(jìn)行了長(zhǎng)期深入而細(xì)致的研究。世界上對(duì)崩落法放礦問題的研究最早始于二十世紀(jì)四十年代的前蘇聯(lián)，兩位采礦工程師塔爾塔柯夫斯基和米納耶夫?qū)Ρ缆浞ǚ诺V問題進(jìn)行了卓有成效的初期研究。對(duì)崩落法放礦問題最有成效的研究則是二十世紀(jì)五十年代由前蘇聯(lián)學(xué)者馬拉霍夫在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的橢球體理論為代表。橢球體理論的提出，標(biāo)志著放礦理論研究開始形成較為完整的理論體系。由于橢球體理論是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到證實(shí)，對(duì)指導(dǎo)崩落法礦山的生產(chǎn)特別是放礦工作取得良好效果起到了積極作用，因而被廣大采礦理論及實(shí)踐工作者所接受。雖然其后也

3、有人提出過這樣或那樣的理論體系，但都因?yàn)楣逃械娜毕莼蚴且驗(yàn)閷?shí)用性太差而未被廣泛接受。長(zhǎng)期以來，橢球體理論在崩落法放礦理論研究中一直占有主導(dǎo)地位。鑒于橢球體理論的實(shí)踐性和實(shí)用性，我們對(duì)無底柱分段崩落法放礦的研究，仍然是以橢球體理論為基礎(chǔ)進(jìn)行的。2、橢球體理論與單孔放礦時(shí)的礦巖移動(dòng)規(guī)律（1）橢球體放礦理論：?jiǎn)慰追诺V時(shí)，從漏孔或放礦口放出的礦石在原采場(chǎng)崩落礦巖堆中所占的空間位置在形態(tài)上近似為一旋轉(zhuǎn)橢球體，這一橢球體被稱之為放出橢球體。隨著礦石的放出，在采場(chǎng)的崩落礦巖堆體中相應(yīng)產(chǎn)生松動(dòng)范圍的形態(tài)也近似為一旋轉(zhuǎn)橢球體，稱之為松動(dòng)橢球體。在松動(dòng)范圍內(nèi)各水平層呈漏斗狀凹下，稱之為移動(dòng)漏斗，

4、已到達(dá)放礦口的移動(dòng)漏斗稱之為降落漏斗。(2)單孔放礦時(shí)崩落礦巖的移動(dòng)規(guī)律放出體和松動(dòng)范圍在形態(tài)上近似旋轉(zhuǎn)橢球體的論斷已被大量的實(shí)驗(yàn)室研究和生產(chǎn)實(shí)踐所證明,如圖所示。Qf——放出橢球體Hf—放出橢球體高度Hs—松動(dòng)橢球體高度Qs—松動(dòng)橢球體QL1—移動(dòng)漏斗QL2—降落漏斗QL3—破裂漏斗J—礦巖顆粒移動(dòng)跡線Qf—漏孔放出礦石量圖單孔放礦時(shí)崩落礦巖移動(dòng)規(guī)律3、經(jīng)過抽象后的放出體的基本性質(zhì)主要有以下三點(diǎn)：（1）放出體的形狀近似為一旋轉(zhuǎn)橢球體根據(jù)散體流動(dòng)連續(xù)性特征可將放出體簡(jiǎn)化為完全橢球體，其體積計(jì)算式為：πQf=—Hf3(1-ε2)6式中：Qf—放出橢球體體積；Hf—放出橢球體高度

5、；ε—放出橢球體偏心率。放出橢球體偏心率ε是表征和影響放出橢球體形態(tài)的重要參數(shù)：ε等于1時(shí)為柱體，ε為0時(shí)為圓球體；ε大小主要受礦巖的松散性、濕度、漏口寬度以及塊度組成狀況等因素的影響，通常通過實(shí)驗(yàn)方法確定。圖為實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的放出橢球體偏心率變化曲線。（2）放出體在放出過程中，其表面仍保持近似橢球體形態(tài)在礦石的放出過程中，放出橢球體的表面仍保持近似的橢球體形態(tài)，稱之為移動(dòng)橢球體。隨著礦石的放出，移動(dòng)橢球體不斷向上發(fā)展，體積不斷增加，其表面的顆粒點(diǎn)被同時(shí)放出。橢球體的這個(gè)基本性質(zhì)可用下圖來說明。圖2-3橢球體放出過程（a）放出橢球體的縮小過程；(b)放出橢球體表面的移動(dòng)過程（3）

6、移動(dòng)橢球體表面上各顆粒點(diǎn)的高度相關(guān)系數(shù)（X/H）在放出橢球體移動(dòng)過程中保持不變即：X0X1X2高度相關(guān)系數(shù)=—=—=—……H0H1H2放出體的基本性質(zhì)是橢球體理論的重要組成部分，崩落礦巖移動(dòng)規(guī)律的表達(dá)式大都是根據(jù)放出體基本性質(zhì)建立的，它同時(shí)也為放礦過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。二、多孔放礦時(shí)的礦巖移動(dòng)規(guī)律1、概述;多孔放礦時(shí)崩落礦巖移動(dòng)規(guī)律仍然以橢球體理論為基礎(chǔ)，但多孔放礦時(shí)相鄰漏孔之間會(huì)產(chǎn)生相互影響，產(chǎn)生聯(lián)合作用，礦巖顆粒的位移發(fā)生疊加。由于礦巖界面的移動(dòng)和礦石殘留體的大小對(duì)放礦過程中礦石損失貧化的大小有顯著影響，因此，在研究多漏孔放礦的礦巖移動(dòng)規(guī)律時(shí)，礦巖界面的移動(dòng)狀

7、況以及礦石殘留體情況成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。多漏孔放礦時(shí)的礦巖界面移動(dòng)及礦石殘留體情況主要與漏孔采取的放礦方式（放礦順序）有關(guān)，具體分為平面放礦、立面放礦和斜面放礦三種。2、平面放礦亦稱等量均勻放礦，也就是說，放礦時(shí)每個(gè)漏孔按順序（或同時(shí)）均勻放出等量的礦石。由于實(shí)行等量均勻放礦，放礦時(shí)相鄰漏孔間的相互影響基本相同，礦巖界面首先是近似平面狀的平緩下降，當(dāng)?shù)V巖界面在下降到一定高度（極限高度）后開始出現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象。隨著礦石的不斷放出，礦巖界面的凹凸不平現(xiàn)象愈加明顯，直至礦巖界面到達(dá)漏孔，在漏孔間形成最初也是最