[科普中國]-放礦

放礦是崩落采礦法中采下的礦石在崩落圍巖覆蓋下放至出礦巷道的流動過程和放出作業(yè)。隨著分段和階段崩落法的廣泛應(yīng)用，20世紀(jì)40年代蘇聯(lián)學(xué)者首先提出放出體概念。放礦的物理模型或數(shù)學(xué)模型再現(xiàn)放礦原型。物理模擬放礦用符合物理相似要求，并縮小了的實物模仿實際過程進(jìn)行的放礦。在進(jìn)行物理模擬放礦時，崩落礦巖移動規(guī)律自發(fā)地起作用。為了使預(yù)測出的崩落礦巖移動量準(zhǔn)確，放出的礦石量和巖石量準(zhǔn)確， 放礦中礦石回收率和體積貧化率準(zhǔn)確，應(yīng)使物理模擬放礦符合相似判據(jù)。

概念歷史背景放礦概念在20世紀(jì)40年代首先被蘇聯(lián)學(xué)者提出，隨后50年代提出橢球體放礦理論，60年代應(yīng)用振動放礦技術(shù)。20世紀(jì)60年代以來，許多國家都在利用物理模型法、數(shù)學(xué)分析法和電子計算機模擬法研究放礦問題。放礦研究的主要問題包括：崩落覆巖下放礦的礦巖運動規(guī)律、放礦過程中礦石損失和貧化的機理及降低損失、貧化的技術(shù)措施（見貧化率、回采率）、優(yōu)選崩落采礦法的合理結(jié)構(gòu)參數(shù)和放礦制度、研制高效率放礦設(shè)備等。1

操作概述自崩落礦塊底部的一個放出孔放礦時，放出的崩落礦巖原來占據(jù)的空間，叫做放出體。因其形狀類似幾何學(xué)上的截頭旋轉(zhuǎn)橢球體,所以也稱放出橢球體。放出體表面上的顆粒，在某一間隔時間內(nèi)，隨機地先后到達(dá)放出孔。在放出過程中，放出孔上面的松散崩落礦巖發(fā)生二次松散。二次松散體隨礦石放出而擴(kuò)大，其形狀也類似截頭橢圓體，故稱松散橢球體。它的體積約為相應(yīng)放出體的體積的15倍。在放出過程中，松散體內(nèi)的礦巖接觸面逐漸彎曲呈漏斗形。純礦石放出體內(nèi)的礦石全部放出時，彎曲的礦巖接觸面的最低點正好到達(dá)放出孔，這時形成的漏斗形接觸面，稱放出漏斗。再繼續(xù)放礦，將放出貧化礦石。無底柱分段崩落法，自回采進(jìn)路端部放礦，基本符合單放出孔放礦規(guī)律，但是，崩落礦巖的運動受端壁影響，放出體形狀發(fā)生畸變。 有底柱崩落法，自底柱的多個放出孔放礦時，各放出孔之間將互相影響(見崩落采礦法)。如各放出孔間距相等,礦巖接觸面水平,自各放出孔等量順次放礦時，礦巖接觸面可基本保持水平下降，直到某一極限高度。繼續(xù)放礦，接觸面逐漸發(fā)生彎曲。彎曲礦巖接觸面的最低點到達(dá)放出孔時開始貧化。如不采取等量順次放礦制度，水平礦巖接觸面將在到達(dá)極限高度前就開始彎曲，這將使貧化提前，礦石損失增大。因此多放出孔放礦時，應(yīng)選取合理的放礦制度，使礦巖接觸面盡量保持水平，均勻下降。

貧化開始后，放出礦石的品位逐漸降低。放出礦石品位達(dá)到截止品位時停止放礦。如礦巖接觸面是水平和垂直的，可用計算法確定礦塊的最優(yōu)放礦制度和結(jié)構(gòu)參數(shù)。礦巖接觸面的形狀比較復(fù)雜時，需用模型試驗法對比幾個方案，然后擇優(yōu)選取。近年正試用電子計算機模擬和解析計算法來解決這類問題。
70年代中國非煤礦山推廣使用振動放礦機放礦。常用的是慣性單軸振動放礦機。這種振動放礦機由振動槽、激振器、減振器、電動機和底座等組成。
振動放礦能顯著提高出礦強度，增大放出孔的有效寬度，減少放出孔中的堵塞頻率，還可增大放出體體積，改善礦石損失和貧化指標(biāo)。它的缺點是安裝和拆卸設(shè)備的工作量大，設(shè)備費用高。2

連續(xù)介質(zhì)放礦理論的檢驗連續(xù)介質(zhì)放礦理論的檢驗分別對放出體形和散體移動場進(jìn)行了檢驗，證明類橢球體放礦理論全部能通過放出體形檢驗、移動邊界檢驗和散體場檢驗。研究討論散體移動過程的連續(xù)性檢驗。

連續(xù)流動檢驗（1）檢驗內(nèi)容

質(zhì)量守恒定律是宏觀世界必須遵守的普遍規(guī)律之一，連續(xù)流動檢驗就是要檢驗放礦理論描述的散體移動過程中是否遵守質(zhì)量守恒定律。連續(xù)流動檢驗的基本內(nèi)容就是放礦理論建立的方程(速度方程、密度方程)必須滿足連續(xù)性方程。連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在散體移動場中的數(shù)學(xué)表達(dá)式，不滿足連續(xù)性方程的放礦理論是直接違背質(zhì)量守恒定律的理論，這種理論是錯誤的，起碼是不完備的理論?？梢娺B續(xù)流動檢驗是放礦理論必不可少的檢驗，是必要條件檢驗。

（2）橢球體放礦理論的檢驗

橢球體放礦理論，無論η=1或η>1都具有同一速度方程，這顯然與實際和理論分析不符。造成這一問題的主要原因是橢球體放礦理論的密度場是一個假象的與實際不符的密度場，即認(rèn)為移動場中各處密度都相等(即η=1)，二次松散是在移動邊界上開始移動那一瞬間一次性完成的。因此，在散體移動場中密度方程為：ρ=ρ0

式中：ρ為散體密度；ρ0為散體放出密度。當(dāng)η>1時，在移動邊界上則無法寫出密度方程，因為邊界上的點實際是間斷點，已經(jīng)超出連續(xù)函數(shù)研究的范圍，或者說已經(jīng)直接違背了連續(xù)介質(zhì)這一基本前提。

質(zhì)量通量檢驗實質(zhì)上微分形式的連續(xù)性方程和積分形式的質(zhì)量通量計算都是連續(xù)流動檢驗，其區(qū)別在于前者著眼于單元體，不過問移動范圍；后者著眼于整個移動范圍，而移動范圍正是我們研究散體移動應(yīng)該特別注意的。因為只有在散體移動場中給出移動邊界(給出移動帶與靜止帶的介面)，而移動邊界內(nèi)又滿足質(zhì)量通量檢驗的放礦理論，才是反映散體移動規(guī)律的理論。如果說連續(xù)流動檢驗(微分形式的連續(xù)性方程)是散體(液體)移動(流動)滿足質(zhì)量守恒定律的必要條件檢驗的話，那么質(zhì)量通量檢驗則是散體滿足守恒定律的充分條件檢驗。

研究結(jié)論(1)橢球體放礦理論當(dāng)r≠0時，不能通過連續(xù)流動檢驗，無法進(jìn)行質(zhì)量通量檢驗。

(2)橢球體放礦理論當(dāng)r=0時，能通過連續(xù)流動檢驗，但只有r=0，n0=1時能通過質(zhì)量通量檢驗。

(3)類橢球體放礦理論能全部通過連續(xù)流動檢驗和質(zhì)量通量檢驗。

(4)連續(xù)流動檢驗和質(zhì)量通過檢驗也適用于對其他放礦理論的檢驗。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡啟洲 - 副教授 - 南京理工大學(xué)