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缓倾斜中厚破碎矿体由于倾角缓,运搬困难,矿岩破碎,无法实现大结构参数开采,长期以来主要采用进路和分层充填法采矿法,生产效率低,生产组织复杂,安全性差。本文以焦家金矿为工程研究背景,借助物理仿真和数值模拟手段,结合实验采场实际回收效果,开展缓倾斜中厚破碎矿体中深孔落矿损失贫化实验研究,矿石损失贫化位置、数量及过程研究对保证该种采矿方法顺利实施意义重大。 首先,针对焦家金矿矿体赋存技术特点,通过方案比较及论证,以提高生产能力和生产效率为目标,基于岩体冒落理论,提出中深孔落矿下盘双凿岩巷分采分段充填采矿法。 借助物理仿真实验手段,基于矿石回收效果最优原则,优化一步采空场放矿下盘边孔角和放矿步距,建立出矿穿脉间距与矿石损失指标之间的量值关系,探究不同压实度、下盘边壁摩擦系数对散体流动的影响。矿石回收量随着下盘边孔角的增大呈先增大后减小趋势,同时,散体压实度越大,矿石回收量高,放矿步距对矿石回收效果无影响。 考虑一步采下盘矿石开采设计的贫化与损失,结合物理仿真实验结果,确定40°下盘边孔角为设计最优值,且出矿穿脉间距6m时,矿石损失率19.2%,贫化率1.99%,出矿穿脉间距7.5m时,损失率23.44%,贫化率1.97%。现场支护条件下,6m进路间距能满足出矿穿脉间柱的稳固性要求,可以推广应用。目前工业实验采用50°下盘边孔角,6m出矿穿脉间距,矿石损失形式和位置与物理实验结果一致,设计矿石损失率33.95%,废石混入率5.5%,综合分析实际爆破的超挖欠挖、回采空区三维模型和物理仿真实验统计指标,计算工业试验矿石损失率为38.2%,废石混入率为5.4%,贫损指标较大,建议实际回采应用40°下盘边孔角,以达到经济回收效果。 通过测定二步采覆盖岩下多端壁、多出矿口同时出矿放出体和放出漏斗形态,揭示上盘不稳固围岩连续垮落条件下废石混杂和矿石损石形式。 采用PFC2D数值模拟手段,借助分析颗粒集合流动过程中的力链、位移及速度场等演化状态,揭示矿岩散体混杂过程和矿石损失机理,整体而言,数值模拟与物理实验结果吻合性较好。一步采空场放矿,放出体、松动体主要沿上盘壁面发展,下盘边孔角越大,矿石回收率越高,极值倾角为50°,回收率随着下盘边壁摩擦系数的增大而增大,直至稳定不变。二步采覆盖岩下放矿,矿岩交接面呈一v字形,顶点沿上盘边壁向放出口移动,矿石损失形式包括上、下盘边壁残留和出矿穿脉端部三角残留。 通过以上研究,一方面能够为焦家金矿在推广应用中深孔分段分采方案过程中,正确布置残留矿石回收工程提供参考,统计不同条件下的矿石损失贫化指标,优化采场结构参数。另一方面,研究结论揭示了上盘不稳固缓倾斜中厚破碎矿体回采工程中的损失贫化机理,为类似矿体中深孔落矿安全、高效回采技术的革新提供理论依据。