無(wú)底柱分段崩落法

1、東北大學(xué)東北大學(xué) 采礦學(xué)館采礦學(xué)館 大間距采礦理論是國(guó)家大間距采礦理論是國(guó)家“十五十五”攻關(guān)項(xiàng)目：大間距攻關(guān)項(xiàng)目：大間距集中化無(wú)底柱采礦新工藝研究的理論基礎(chǔ)和核心。它指集中化無(wú)底柱采礦新工藝研究的理論基礎(chǔ)和核心。它指出了傳統(tǒng)無(wú)底柱分段崩落法放礦理論的不足，提出了新出了傳統(tǒng)無(wú)底柱分段崩落法放礦理論的不足，提出了新的放礦理論，并由此推導(dǎo)出大間距無(wú)底柱分段崩落法數(shù)的放礦理論，并由此推導(dǎo)出大間距無(wú)底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型，從而奠定了大間距無(wú)底柱分段崩落法的基礎(chǔ)，學(xué)模型，從而奠定了大間距無(wú)底柱分段崩落法的基礎(chǔ)，這種新采礦方法將使我國(guó)無(wú)底柱分段崩落法在結(jié)構(gòu)參數(shù)、這種新采礦方法將使我國(guó)無(wú)底柱分段崩落法在結(jié)構(gòu)參

2、數(shù)、裝備、工藝技術(shù)上發(fā)生重大變革，并將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)裝備、工藝技術(shù)上發(fā)生重大變革，并將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)家科技部在效益。國(guó)家科技部在“十五十五”科技攻關(guān)中期評(píng)審中與會(huì)科技攻關(guān)中期評(píng)審中與會(huì)專家認(rèn)為：大間距理論和大間距數(shù)學(xué)模型屬于原始創(chuàng)新。專家認(rèn)為：大間距理論和大間距數(shù)學(xué)模型屬于原始創(chuàng)新。 1.傳統(tǒng)放礦理論基本點(diǎn)傳統(tǒng)放礦理論基本點(diǎn) 傳統(tǒng)放礦理論的要點(diǎn)如下：傳統(tǒng)放礦理論的要點(diǎn)如下： 1）無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，崩落礦石）無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的

3、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越好。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越好。 2）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無(wú)底柱分段崩落法采）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進(jìn)路間距、崩礦步距三度尺寸。礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進(jìn)路間距、崩礦步距三度尺寸。 3）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長(zhǎng)半軸）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長(zhǎng)半軸a與橫半軸與橫半軸b之比為之比為2.5-3。 4）在無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇時(shí)，分段高度應(yīng)）在無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇時(shí)，分段高度應(yīng)進(jìn)路間距。進(jìn)路間距。 2.傳統(tǒng)理論在教科書(shū)和設(shè)計(jì)手冊(cè)中的反映傳統(tǒng)理論在教科書(shū)和設(shè)計(jì)手冊(cè)中的反映 傳統(tǒng)理論的第一點(diǎn)是一切放礦研究的

4、基礎(chǔ)，而第二、三點(diǎn)是對(duì)傳統(tǒng)理論的第一點(diǎn)是一切放礦研究的基礎(chǔ)，而第二、三點(diǎn)是對(duì)爆破堆積體形態(tài)和放出體形態(tài)的描述，但在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，由于爆破堆積體形態(tài)和放出體形態(tài)的描述，但在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，由于受當(dāng)時(shí)總體水平的影響，得出了分段高度應(yīng)受當(dāng)時(shí)總體水平的影響，得出了分段高度應(yīng)進(jìn)路間距的第四點(diǎn)。進(jìn)路間距的第四點(diǎn)。并且把它作為精典，寫(xiě)進(jìn)了教科書(shū)、設(shè)計(jì)手冊(cè)，如：高校教科書(shū)金并且把它作為精典，寫(xiě)進(jìn)了教科書(shū)、設(shè)計(jì)手冊(cè)，如：高校教科書(shū)金屬礦山地下開(kāi)采、采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)、采礦手冊(cè)中都有回采進(jìn)路間距一屬礦山地下開(kāi)采、采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)、采礦手冊(cè)中都有回采進(jìn)路間距一般等于或稍小于分段高度的說(shuō)法，甚至還規(guī)定了進(jìn)路間距與分段高般等于

5、或稍小于分段高度的說(shuō)法，甚至還規(guī)定了進(jìn)路間距與分段高度有如下的關(guān)系：度有如下的關(guān)系：D（0.8-1）H。由于這些法規(guī)和著作影響了。由于這些法規(guī)和著作影響了人們的思想，使我國(guó)無(wú)底柱分段崩落法的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一直停留在分人們的思想，使我國(guó)無(wú)底柱分段崩落法的結(jié)構(gòu)參數(shù)，一直停留在分段高度為段高度為10-12米、進(jìn)路間距一般米、進(jìn)路間距一般8-10米。米。 2.大間距無(wú)底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型大間距無(wú)底柱分段崩落法數(shù)學(xué)模型 眾所周知，無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，當(dāng)崩落礦石眾所周知，無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，當(dāng)崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度高時(shí)，就會(huì)得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的爆

6、破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度高時(shí)，就會(huì)得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這兩者的吻合程度問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)就是采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，也指標(biāo)，這兩者的吻合程度問(wèn)題，其實(shí)質(zhì)就是采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題，也是放礦學(xué)研究的核心問(wèn)題。是放礦學(xué)研究的核心問(wèn)題。 2.1傳統(tǒng)理論研究的方法及不足傳統(tǒng)理論研究的方法及不足 在這一點(diǎn)上傳統(tǒng)的放礦理論存在著誤區(qū)，傳統(tǒng)的研究沒(méi)有注意到各在這一點(diǎn)上傳統(tǒng)的放礦理論存在著誤區(qū)，傳統(tǒng)的研究沒(méi)有注意到各放出體之間的相互影響，而是著重研究單個(gè)放出體。放出體之間的相互影響，而是著重研究單個(gè)放出體。 由于工業(yè)放出體長(zhǎng)軸約為橫軸的由于工業(yè)放出體長(zhǎng)軸約為橫軸的2.5-3.0倍，因此認(rèn)為一個(gè)回采倍，因

7、此認(rèn)為一個(gè)回采單元的幾何尺寸應(yīng)為單元的幾何尺寸應(yīng)為2.5-3.0單位單位1.0單位，根據(jù)礦石的爆破堆積體形單位，根據(jù)礦石的爆破堆積體形態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合的原則，把四個(gè)巷道布置在它的四邊即態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合的原則，把四個(gè)巷道布置在它的四邊即菱形布局，形成如圖菱形布局，形成如圖1的格局。的格局。 由于在長(zhǎng)軸方向上分為二個(gè)分段，由于在長(zhǎng)軸方向上分為二個(gè)分段，則分段高與進(jìn)路間距之比值為：則分段高與進(jìn)路間距之比值為：H/L=1.3-1.5，上述就是傳統(tǒng)放礦理論要求分段上述就是傳統(tǒng)放礦理論要求分段高大于進(jìn)路間距的來(lái)由。高大于進(jìn)路間距的來(lái)由。 上述的說(shuō)法看似合情合理，但是問(wèn)題遠(yuǎn)上述的

8、說(shuō)法看似合情合理，但是問(wèn)題遠(yuǎn)沒(méi)有這樣簡(jiǎn)單，關(guān)鍵在于兩者的吻合程度沒(méi)有這樣簡(jiǎn)單，關(guān)鍵在于兩者的吻合程度上。單個(gè)放出體與回采單元的吻合程度如上。單個(gè)放出體與回采單元的吻合程度如圖圖1時(shí)已到最佳狀況，這就是教科書(shū)、設(shè)計(jì)時(shí)已到最佳狀況，這就是教科書(shū)、設(shè)計(jì)手冊(cè)所規(guī)定的分段高度大于進(jìn)路間距的理手冊(cè)所規(guī)定的分段高度大于進(jìn)路間距的理論基礎(chǔ)，但是如果把這種單個(gè)放出體布局論基礎(chǔ)，但是如果把這種單個(gè)放出體布局在空間進(jìn)行排列，馬上會(huì)發(fā)現(xiàn)間題，因?yàn)樵诳臻g進(jìn)行排列，馬上會(huì)發(fā)現(xiàn)間題，因?yàn)榇藭r(shí)純礦石放出體發(fā)生重疊，違背了純礦此時(shí)純礦石放出體發(fā)生重疊，違背了純礦石放出體相切的基本原則，這正是傳統(tǒng)放石放出體相切的基本原則，這正是

9、傳統(tǒng)放礦理論所沒(méi)有考慮到的問(wèn)題。礦理論所沒(méi)有考慮到的問(wèn)題。 2.2大間距空間排列理論（平面模型）大間距空間排列理論（平面模型） 我們跳出了單個(gè)放出體的框架，研究了各放出體之間空間排列我們跳出了單個(gè)放出體的框架，研究了各放出體之間空間排列問(wèn)題，而所用的基本原則沒(méi)有變。還是采用崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)問(wèn)題，而所用的基本原則沒(méi)有變。還是采用崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合，這一基本準(zhǔn)則在具體操作上不太好掌應(yīng)盡可能地與放出體體形相吻合，這一基本準(zhǔn)則在具體操作上不太好掌握，如把它等價(jià)地轉(zhuǎn)換成。純礦石放出體互相相切的結(jié)構(gòu)參數(shù)為最優(yōu)。握，如把它等價(jià)地轉(zhuǎn)換成。純礦石放出體互相相切的結(jié)構(gòu)參數(shù)

10、為最優(yōu)。的原則，就很直觀，而且可操作性也好，只要分析簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系之后，的原則，就很直觀，而且可操作性也好，只要分析簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系之后，即可得出較為簡(jiǎn)明的計(jì)算公式。即可得出較為簡(jiǎn)明的計(jì)算公式。 我們的研究指出結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的實(shí)質(zhì)就是放出體空間排列的優(yōu)我們的研究指出結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的實(shí)質(zhì)就是放出體空間排列的優(yōu)化問(wèn)題，密實(shí)度最大者為優(yōu)。根據(jù)這一基本點(diǎn)出發(fā)，有兩種最優(yōu)排列，化問(wèn)題，密實(shí)度最大者為優(yōu)。根據(jù)這一基本點(diǎn)出發(fā)，有兩種最優(yōu)排列，一種為高分段結(jié)構(gòu)，一種為大間距結(jié)構(gòu)，如圖一種為高分段結(jié)構(gòu)，一種為大間距結(jié)構(gòu)，如圖2、3所示。所示。 專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型）專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型） 專題一、大間

11、距理論（數(shù)學(xué)模型）專題一、大間距理論（數(shù)學(xué)模型） 二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法 2.3大間距數(shù)學(xué)模型的另一種推算方法大間距數(shù)學(xué)模型的另一種推算方法東北大學(xué)劉興國(guó)教授推導(dǎo)的大間距數(shù)學(xué)模型公式過(guò)程為：東北大學(xué)劉興國(guó)教授推導(dǎo)的大間距數(shù)學(xué)模型公式過(guò)程為：梅山鐵礦提出根據(jù)純礦石放出體相切條件確定進(jìn)路間距。梅山鐵礦提出根據(jù)純礦石放出體相切條件確定進(jìn)路間距。純礦石放出體相切時(shí)的排列如圖純礦石放出體相切時(shí)的排列如圖6（a）所示，進(jìn)路間距確定）所示，進(jìn)路間距確定方法如圖方法如圖6（b）所示，根據(jù)圖）所示，根據(jù)圖6（b）求得切點(diǎn)位置（）求得切點(diǎn)位置（x，y）后，便可得出進(jìn)路間距。后，便可得出進(jìn)路間距。

12、 二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法 2.3放出體空間排列理論的要點(diǎn)如下放出體空間排列理論的要點(diǎn)如下 1）無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，崩落礦石的爆破）無(wú)底柱分段崩落法的放礦是在復(fù)巖下進(jìn)行的，崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越堆積體形態(tài)與放出體形態(tài)吻合程度程度越高，所得到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)越好。好。2）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)）崩落礦石的爆破堆積體形態(tài)取決于無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)，即分段高度、進(jìn)路間距、崩礦步距三度尺寸。參數(shù)，即分段高度、進(jìn)路間距、崩礦步距三度尺寸。

13、3）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長(zhǎng)半軸）放出體形態(tài)為橢球體，一般情況下其長(zhǎng)半軸a與橫半軸與橫半軸b之比為之比為2.5-3。 上述三點(diǎn)與傳統(tǒng)的放礦理論完全一致，區(qū)別在于下面幾點(diǎn)。上述三點(diǎn)與傳統(tǒng)的放礦理論完全一致，區(qū)別在于下面幾點(diǎn)。4）在無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是放出體）在無(wú)底柱分段崩落法采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是放出體的空間排列問(wèn)題。排列密度最大的為最優(yōu)。的空間排列問(wèn)題。排列密度最大的為最優(yōu)。5）根據(jù)放出體空間排列原則可得到兩種同為最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，大間距）根據(jù)放出體空間排列原則可得到兩種同為最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，大間距結(jié)構(gòu)和高分段結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，大間距比高分段具有更結(jié)

14、構(gòu)和高分段結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，大間距比高分段具有更強(qiáng)的可操作性強(qiáng)的可操作性.6）在無(wú)底柱分段崩落法中，增加進(jìn)路間距不一定是大間距、同樣）在無(wú)底柱分段崩落法中，增加進(jìn)路間距不一定是大間距、同樣加大分段高度也不一定是高分段，其關(guān)鍵是看放出體的空間排列形式。加大分段高度也不一定是高分段，其關(guān)鍵是看放出體的空間排列形式。7）大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)中，分段高度與進(jìn)路間距之比是為變量。）大間距結(jié)構(gòu)參數(shù)中，分段高度與進(jìn)路間距之比是為變量。 二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱分段崩落法二、無(wú)底柱