一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法技术

本发明专利技术涉及一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，根据放矿理论及最小耗能原理，得出崩落体和松动体相似，其形态为椭球缺，且三者偏心率相同，在此基础上建立崩落体的数学模型；由一次松散系数及采场参数确定崩落体体积，通过数学转换导出崩落椭球缺的体积计算公式并结合崩落体体积确定崩落体三轴长度，最终确定崩落体的高度、沿回采进路方向的厚度和垂直回采进路方向的宽度。本发明专利技术对进一步地研究崩落体形态、优化结构参数、降低矿石的损失贫化、提高矿山经济效益具有重要意义。

Method for determining collapse shape of sublevel caving without sill pillar

The invention relates to a sublevel caving method to determine the collapse body form, according to the drawing theory and the principle of minimum dissipation of energy, the collapse body and loose body similar to the morphology of ellipsoid missing, and the three eccentricity of the same, on the basis of the established mathematical model of collapse body is determined by a loose coefficient; and the parameters of stope collapse body volume, through mathematical transformations to derive the lack of volume calculation formula of ellipsoidal caving combined with rockfall collapse volume determination of length of three axis fall, and ultimately determine the collapse body height, along the direction of thickness and vertical stoping drift stoping in the road in the direction of width. The invention is of great significance for the further study of the shape of the collapse body, the optimization of the structural parameters, the reduction of the ore loss and dilution, and the improvement of the economic benefit of the mine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下金属矿山无底柱分段崩落法采矿
，尤其涉及一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法。
技术介绍
无底柱分段崩落采矿法因开采强度大，生产安全等众多优点，目前在国内外金属铁矿山广泛应用。然而该采矿方法是在覆岩下落矿与出矿的，损失贫化大的问题一直未得到很好地解决。崩落体是被爆矿体爆破后在松散覆盖岩层中形成的矿石堆体，是放矿的对象，其形态对矿石的损失贫化有很大影响。但由于崩落体赋存于覆盖岩层中，形态难以观测，也没有确定其形态的方法。确定崩落体形态对采场结构参数优化、降低矿石的损失贫化、提高矿山经济效益有着重要的理论意义和实际价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，根据放矿理论及最小耗能原理，得出崩落体和松动体相似，其形态为椭球缺，建立崩落体的数学模型；由一次松散系数及采场参数确定崩落体体积，通过数学转换导出崩落椭球缺的体积计算公式并结合崩落体体积确定崩落体三轴长度，最终确定崩落体的高度、沿回采进路方向的厚度和垂直回采进路方向的宽度；本专利技术对进一步地研究崩落体形态、优化结构参数、降低矿石的损失贫化、提高矿山经济效益具有重要意义。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，基于放出体、崩落体和松动体三者为相似椭球缺，且三者偏心率相同，通过计算崩落体体积及崩落体三轴长度，最终确定崩落体的高度、垂直进路方向的宽度和沿进路方向的厚度；具体步骤如下：第一步，计算被爆矿体的体积Q矿；设采场参数分段高度为H、进路间距为L、崩矿步距为B、巷道截面宽为m、巷道截面高为n；则被爆矿体的体积为：Q矿＝B·(H·L-m·n) 公式1第二步，计算极限松散系数KJX：式中：Q散——松散矿石体积，m3；G散——松散矿石重力，N；γ散——松散矿石容重，N/m3；G矿——矿石重力，N；γ矿——被爆矿体容重，N/m3；公式2、3、4联立，则有：现场取岩样和松散矿石，在实验室测定松散矿石的容重γ散以及被爆破矿体的容重γ矿，由公式5求出放出矿石散体的极限松散系数KJX；第三步，计算崩落体体积Q崩：Q崩＝Ks·Q矿 公式7式中：Ks——次松散系数；Kss——二次松散系数，取经验值Kss＝1.060～1.100；第四步，求解崩落体的三轴长度：由最小耗能原理得到崩落体和松动体相似，是被端壁所截切的椭球缺，根据放矿理论可知放出体和松动体相似，为被端壁所截切的椭球缺，因此崩落体、松动体和放出体三者为相似椭球缺，且偏心率相同；无底柱分段崩落采矿法采用端部放矿时放出椭球缺、崩落椭球缺和松动椭球缺中心轴线与端壁面存在偏角θ，即轴偏角，取值为2°～5°；计算崩落椭球缺几何体积Q崩如下：式中：Q崩——崩落体体积，m3；a崩——崩落体的长轴，m；b崩——崩落体垂直回采进路方向短轴，m；c崩——崩落体沿回采进路方向短轴，m；对崩落椭球缺，已知其长轴为a崩，则式中：εb——崩落体垂直进路方向偏心率，0<εb<1；εc——崩落体沿进路方向偏心率,0<εc<1；将公式7、9代入公式8，得到联立公式9、10，得到崩落体三轴长度如下：第五步：确定崩落体的高度、垂直回采进路方向的宽度和沿回采进路方向的厚度；崩落椭球缺中心轴线与端壁面存在轴偏角θ，通过θ将崩落体的三轴长度转换为崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y，如下式：崩落体形态由崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y进行描述。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：提供了一种确定无底柱分段崩落采矿崩落体形态的方法，对进一步丰富崩落体理论、优化结构参数、降低矿石损失贫化率、充分回收资源具有重要意义。附图说明图1是本专利技术所述放出体、崩落体及松动体三者的关系图。(沿回采进路方向)图2是本专利技术所述无底柱分段崩落采矿工作面示意图。(垂直回采进路方向)图中：1.崩落体2.放出体3.松动体4.矿体5.回采进路6.覆盖岩层具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：如图1所示，是本专利技术所述放出体、崩落体及松动体三者的关系图。如图2所示，是本专利技术所述无底柱分段崩落采矿工作面示意图。本专利技术所述一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，基于放出体2、崩落体1和松动体3三者为相似椭球缺，且三者偏心率相同，通过计算崩落体1体积及崩落体1三轴长度，最终确定崩落体1的高度、垂直进路(即图1中回采进路5)方向的宽度和沿进路方向的厚度；具体步骤如下：第一步，计算被爆矿体的体积Q矿；设采场参数分段高度为H、进路间距为L、崩矿步距为B、巷道截面宽为m、巷道截面高为n；则被爆矿体的体积为：Q矿＝B·(H·L-m·n) 公式1第二步，计算极限松散系数KJX：式中：Q散——松散矿石体积，m3；G散——松散矿石重力，N；γ散——松散矿石容重，N/m3；G矿——矿石重力，N；γ矿——被爆矿体容重，N/m3；公式2、3、4联立，则有：现场取岩样和松散矿石，在实验室测定松散矿石的容重γ散以及被爆破矿体的容重γ矿，由公式5求出放出矿石散体的极限松散系数KJX；第三步，计算崩落体体积Q崩：Q崩＝Ks·Q矿 公式7式中：Ks——次松散系数；Kss——二次松散系数，取经验值Kss＝1.060～1.100；第四步，求解崩落体1的三轴长度：由最小耗能原理得到崩落体1和松动体3相似，是被端壁所截切的椭球缺，根据放矿理论可知放出体2和松动体3相似，为被端壁所截切的椭球缺，因此崩落体1、松动体3和放出体2三者为相似椭球缺，且偏心率相同；无底柱分段崩落采矿法采用端部放矿时放出椭球缺、崩落椭球缺和松动椭球缺中心轴线与端壁面存在偏角θ，即轴偏角，取值为2°～5°；计算崩落椭球缺几何体积Q崩如下：式中：Q崩——崩落体体积，m3；a崩——崩落体的长轴，m；b崩——崩落体垂直回采进路方向短轴，m；c崩——崩落体沿回采进路方向短轴，m；对崩落椭球缺，已知其长轴为a崩，则式中：εb——崩落体垂直进路方向偏心率，0<εb<1；εc——崩落体沿进路方向偏心率,0<εc<1；将公式7、9代入公式8，得到联立公式9、10，得到崩落体三轴长度如下：第五步：确定崩落体1的高度、垂直回采进路方向的宽度和沿回采进路方向的厚度；崩落椭球缺中心轴线与端壁面存在轴偏角θ，通过θ将崩落体的三轴长度转换为崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y，如下式：崩落体1形态由崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y进行描述。崩落体是在爆破作用下，在松散覆盖岩层6中形成的矿石堆体，为放矿的对象。根据最小耗能原理“任何耗能过程，都将在与其相应的约束条件下以最小耗能的方式进行”，采用无底柱分段崩落采矿时，崩落体1形成过程是一个耗能过程，其发育遵循最小耗能原理，崩落体1发生在松动椭球体内，为此我们可以把崩落体1看作与松动体3相似，在端部放矿中，为被端壁所截切的椭球缺。根据放矿理论可知放出体2和松动体3相似，为被端壁所截切的椭球缺，因此放出体2、崩落体1和松动体3三者为相似椭球缺，且偏心率相同。无底柱分段崩落采矿法采用端部放矿时放出椭球缺、崩落椭球缺和松动椭球缺中心轴线与端壁面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，其特征在于，基于放出体、崩落体和松动体三者为相似椭球缺,且三者偏心率相同，通过计算崩落体体积及崩落体三轴长度，最终确定崩落体的高度、垂直进路方向的宽度和沿进路方向的厚度；具体步骤如下：第一步，计算被爆矿体的体积Q矿；设采场参数分段高度为H、进路间距为L、崩矿步距为B、巷道截面宽为m、巷道截面高为n；则被爆矿体的体积为：Q矿＝B·(H·L‑m·n)  公式1第二步，计算极限松散系数KJX：式中：Q散——松散矿石体积，m3；G散——松散矿石重力，N；γ散——松散矿石容重，N/m3；G矿——矿石重力，N；γ矿——被爆矿体容重，N/m3；公式2、3、4联立，则有：现场取岩样和松散矿石，在实验室测定松散矿石的容重γ散以及被爆破矿体的容重γ矿，由公式5求出放出矿石散体的极限松散系数KJX；第三步，计算崩落体体积Q崩：Q崩＝Ks·Q矿  公式7式中：Ks——次松散系数；Kss——二次松散系数，取经验值Kss＝1.060～1.100；第四步，求解崩落体的三轴长度：由最小耗能原理得到崩落体和松动体相似，是被端壁所截切的椭球缺，根据放矿理论可知放出体和松动体相似，为被端壁所截切的椭球缺，因此崩落体、松动体和放出体三者为相似椭球缺，且偏心率相同；无底柱分段崩落采矿法采用端部放矿时放出椭球缺、崩落椭球缺和松动椭球缺中心轴线与端壁面存在偏角θ，即轴偏角，取值为2°～5°；计算崩落椭球缺几何体积Q崩如下：式中：Q崩——崩落体体积，m3；a崩——崩落体的长轴，m；b崩——崩落体垂直回采进路方向短轴，m；c崩——崩落体沿回采进路方向短轴，m；对崩落椭球缺，已知其长轴为a崩，则式中：εb——崩落体垂直进路方向偏心率，0<εb<1；εc——崩落体沿进路方向偏心率,0<εc<1；将公式7、9代入公式8，得到联立公式9、10，得到崩落体三轴长度如下：第五步：确定崩落体的高度、垂直回采进路方向的宽度和沿回采进路方向的厚度；崩落椭球缺中心轴线与端壁面存在轴偏角θ，通过θ将崩落体的三轴长度转换为崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y，如下式：崩落体形态由崩落体的高度Z、垂直回采进路方向的宽度X和沿回采进路方向的厚度Y进行描述。...

【技术特征摘要】
1.一种确定无底柱分段崩落法崩落体形态的方法，其特征在于，基于放出体、崩落体和松动体三者为相似椭球缺,且三者偏心率相同，通过计算崩落体体积及崩落体三轴长度，最终确定崩落体的高度、垂直进路方向的宽度和沿进路方向的厚度；具体步骤如下：第一步，计算被爆矿体的体积Q矿；设采场参数分段高度为H、进路间距为L、崩矿步距为B、巷道截面宽为m、巷道截面高为n；则被爆矿体的体积为：Q矿＝B·(H·L-m·n) 公式1第二步，计算极限松散系数KJX：式中：Q散——松散矿石体积，m3；G散——松散矿石重力，N；γ散——松散矿石容重，N/m3；G矿——矿石重力，N；γ矿——被爆矿体容重，N/m3；公式2、3、4联立，则有：现场取岩样和松散矿石，在实验室测定松散矿石的容重γ散以及被爆破矿体的容重γ矿，由公式5求出放出矿石散体的极限松散系数KJX；第三步，计算崩落体体积Q崩：Q崩＝Ks·Q矿 公式7式中：Ks——次松散系数；Kss——二次松散系数，取经验值Kss＝1.060～1.100；第四步，求解崩落体的三轴长度：由最小耗能原理得到崩落体和松动体相似，是被端壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国建，李广辉，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21