露天采场边坡滚石水平位移及数学分析方法.pdf

矿业快报 总 第 期 年 月第 期 汤吉班 马钢集团南山矿业公司 安徽省马鞍山市向山 区 试验研究 露天采场边坡滚石水平位移及数学分析方法 汤吉班 马钢南山矿业公司 摘要对露天矿采场边坡滚石下落的水平位移进行了数学分析 提出影响其水平 位移的主要因素 对露天矿山开采具有指导意义 关键词露天矿采场滚石水平位移数学分析 引言 在露天开采过程中 难免有少量石块沿边 坡滚落至下部台阶 为了避免滚石对生产的干 扰和危害 通常每隔一定高度设置平台 使其停 止在相邻平台而又不下落至工作面 这样就提 出了对边坡滚石水平位移的估值及合理确定平 台宽度的问题 苏联的 罗义尼什维里出于维护山 区铁道的目的 假设滚石从 点开始沿边坡 滚动 在 点跃起 见图 飞落至平台 上 再从 弹跳到 停止 则 式中 为滚动阻力系数 为计算系数 为 重力加速度 日本喜多敬二用牛顿的能量守恒定律研究 滚石的运动 得到滚石的动能和速度分别为 以 罗义尼什维里和喜多敬二为代 表的研究为描述边坡滚石的运动规律 计算平 台宽度提供了理论依据 但公式中许多参数难 以确定 从而给实际应用带来了困难 为此设计 和进行了下列试验 图 滚石距离计算图 试验 模型 本结构如图 坡面 正反面分别用乳胶 粘有 以下 细面 和 粗面 大小 不等的砂粒 斜撑 框架 调整斜撑在框架 上的支点可获得大小不同的坡面角 图 边坡滚石模拟试验模型 模拟条件 高度 坡度 试块分别取磁铁矿 氧化矿 岩石各大 中 小 种不同块度 试块的块度组成见表 表 试块的块度组成 矿种磁铁矿氧化矿岩石 块度大中小大中小大中小 重量 直径 在矿种一定的情况下 该试验属于三水平 试验 考虑到各因素之间的交互作用 选用正交 表 表头设计见表 试验观测 系列试验表明 数据略 边坡滚石运动是 滑动 滚动跳跃和坠落等多种形式的组合 在试 验规定区间内 主要的运动形式是滚动和跳跃 并随着坡面角的增加 逐步向以跳跃和坠落为 主的形式过渡 滚动和跳跃的次数随坡面角的 增大而减少 而每一次跃起飞出的水平距离则 表 正交表 表头 列号 效应 注 为角度 为高度 为块度 随坡面角的增大而增大 影响因素分析 影响边坡滚石运动的因素很多 突出表现 在其运动轨道 形式和水平位移的随机性 即使 用同一块岩石在同一个地点滚下 其运动的轨 迹和水平位移的大小也总不相同 甚至差异很 大 但是 通过细面 粗面 个试块种类 个系 列正交试验结果的极差和方差分析表明 影响 滚石水平位移的主要因素是下落垂直高度和坡 面角的大小 其次是块度 称之为最危险的组合 是 即在规定的试验区间 滚石水平位 移与滚落的垂直高度成正比 而与坡面角 的大小成反比 当坡度 坡面角 大于 时 水平位移随坡面角增大而减小的趋向越趋 明显 回归分析 根据最小二乘法原理 按照 线性回归 指数回归 乘幂回归 分别求出其回归的函数式标准差 结果表 明 滚石水平位移与坡面角的关系 以线性回归 的近似程度最好 而与滚落的垂直高度和关系 测出指数回归的近似程度最好 具体如下 线性回归 设 为滚石水平位移 为 坡面角 计算结果见表 对表 各函数进行比较 检查回归系数 间的差异程度并进行 检验 结果表明 不同高 度的函数式 值差异显著 说明在不同高度的 情况下 对 值的影响规律是不同的 而在同 一高度下 不同试块种类和块度的回归系数无 显著差异 说明可以求一个公共的顺归系数 用 一个函数式来描述 台阶的函数式 台阶的函数式 按几何相似模拟比放大后得 台阶的函数式 台阶的函数式 式中 为高度和坡面修正系数 一般取 指数回归 设 为滚石水平位移 为 下落垂直高度 通过变量变换 变曲线方程为直 线方程 结果见表 计算各个方程的回归系数和差异性 并进 行 检验 结果表明 值间无显著差异 因此将 各回归方程合并 见表 表 中各函数对应的 图形见图 表 中相关指数 对表 进行进一步分析 作 分布检验后 再进行合并 并按模拟比放大 最后得 式中 为角度和坡面修正系数 一般取 现场验证 实验地点为南山铁矿东山采场 结果见表 表 线性回归结果 矿种高度 函数式变差来源平方和自由度方差 值 相关系数显著性 磁铁矿 回归 剩余 总计 磁铁矿 回归 剩余 总计 氧化矿 回归 剩余 总计 氧化矿 回归 剩余 总计 岩石 回归 剩余 总计 岩石 回归 剩余 总计 表 指数回归结果 矿种坡面角 台阶高度 直线方程曲线方程 磁铁矿 氧化矿 岩石 表 合并后的回归方程 矿种坡面角 函数式 磁铁矿 氧化矿 岩石 按公式计算 取 为 台阶 或 台阶 或 在相当接近的情况下 计算结果包含了现 场试验的所有落点 结论 无论小型模拟试验还是现场试验 滚 石的运动轨迹 跃起次数和位置 水平位移的大 小都具有明显的随机性 表 试验的原始数据 阶段高 坡面角 块度 滚石水平位移 下转第 页 势 因此 其爆破效果尤其是爆堆松散程度将受 影响 理论上说 采用单孔起爆时 在一定范围 内随着抵抗线的减小 爆破漏斗角将随之增加 由小于 增至 从而可开创一个凸弧 形且含有微裂隙的自由面 对后排孔的爆破是 非常有利的 因此 采用宽孔距小抵抗线 炮孔 密集系数取值为 之间 的三角形布孔 方式 对逐孔起爆方式来说是值得推荐的一种 方案 在采用单孔起爆法设计爆区时 其布孔参 数应比同段多孔起爆时缩小 左右 但原则上应对每个炮孔起爆时的实际参数情况 进行检验 尤其是对起爆时存在两个以上自由 面的炮孔 应尽量确保各自由面的抵抗线均衡 取值 从而避免产生弱面效应 结语 一般来说 起爆方式的选取应视生产现场 的具体情况而定 在起爆方式既定的情况下 其 相应的布孔方案也应随之而定 技术人员在实 践的过程中 应不断地积累经验 判断所选用的 起爆方式与相应的布孔方案之间是否匹配 用 合理匹配的一般原则来进行检验 以避免在生 产过程中盲目地套用而出现爆破质量问题 收稿日期 上接第 页 图 滚石水平位移与下落垂直高度的关系曲线 从小型模拟试验分析 影响滚石水平 位移的主要原因是下落的垂直高度和坡面角 滚石的容重和体积有一定影响 但不十分明显 当坡面角大于 时 滚石的水平位移 随坡面角的增大而减小 当坡面角大于 时 这种倾向更为明显 滚石水平位移随下落高度 的增加而增加 但当高度超过 时 其运动 速度和水平距离都有趋于某一定值的倾向 根 据这一特征 露天采场最终边坡 在岩体力学性 能允许的情况下 采用并段 即两个或 个台阶 留一个较宽的安全平台 是有益的 从现场初步验证的结果来看 按照高 度或坡面角两组回归计算公式的计算结果基本 符合实际 它包含现场试验的全部落点 在考 虑一个适当的安全系数的基础上 可以作为确 定露天采场边坡细部尺寸的依据 参考文献 喜多敬二 日 关于露天采场滚石运动状态的研究 国外 金属矿选矿 徐力 露天矿分期过渡开采方法 矿山技术 铁道部第一设计院主编 山区路基 信息平台 辽宁新近发现汉白玉