分段崩落法插入式放矿中依赖放矿终止比的性能表现与技术经济筛选

《Minerals》：Draw-Termination-Ratio-Dependent Performance and Techno-Economic Screening of Insert Drawing in Sublevel Caving

　　

分段崩落法(SLC)广泛应用于地下金属矿山，但过高的矿石损失与贫化常限制其应用。针对该问题，研究人员通过8组1:50物理模型试验，评估了三种放矿终止比(DTR)下的插入式放矿性能，并以DTR=3:1下的常规放矿作为对照。试验测定了回收率与废石混入情况，构建了无量纲技术经济筛选指数I(c,β)，并以常规经济价值变化模型进行序数一致性校验。结果表明，随DTR由1:1增至3:1，平均回收率由68.62%升至83.17%，平均废石混入率由34.62%升至55.67%；在DTR=3:1时，插入式放矿较常规放矿平均回收率高10.96个百分点，但废石混入率增加5.57个百分点。当β=1.46时，方案1（DTR=1:1插入式放矿）获得最高指数I=1.381，两种评价方法序数排名一致。敏感性分析显示，β<0.48时方案3居首，β>0.48时方案1居首，交叉点约β≈0.48。所提框架为实验室尺度下DTR配置筛选及经济权重影响分析提供了透明方法，可为现场放矿终止准则的标定提供依据。

研究背景方面，分段崩落法(SLC)因高效安全被广泛用于厚大及中低品位矿床，但矿石损失率约22%、贫化率15%至30%的问题长期存在。损失与贫化源于崩落矿石与废石在放矿过程中的混合，而受限流态下颗粒运动具随机性，常规控制措施难以精确控制矿废界面。既有研究涉及放矿终止比(DTR)、隔离层、分流放矿、DEM模拟等，但将随机颗粒流不确定性与经济权重下的配置优选结合的框架仍较缺乏。为此，研究人员将插入式放矿装置（在出矿口布置左、右、上挡板以调控局部流径）与DTR操作准则耦合，在1:50物理模型中系统试验，旨在揭示DTR依赖的回收—混入权衡并提供透明的技术经济筛选工具。论文发表于《Minerals》。

关键技术方法上，研究人员搭建0.8m×0.22m×1.1m的1:50几何相似物理模型，模拟急倾斜厚矿体五分段结构，以白云岩模拟矿石、黑磁铁矿模拟废石，按原型等效粒级配比装填；定义回收率η为放出矿石质量与初始矿石质量之比，废石混入率ρ为放出废石质量占放出总质量之比；依据模拟材料密度将体积DTR转换为批质量废矿比阈值（1:1、2:1、3:1对应质量比1.194:1、2.388:1、3.582:1）；插入式放矿按右—左—上顺序启闭挡板，每批放出200—300g，连续三批废矿质量比达阈值即停放；常规放矿在DTR=3:1下作对照，各配置两次重复，共8组试验。在此基础上构建以常规放矿为参照的无量纲指数I(c,β)=R_η·(1?βD_ρ)，其中R_η=η/η_ref，D_ρ=(ρ?ρ_ref)/(1?ρ_ref)，β=m_p/m_s为废石混入单位经济损失与矿石损失单位机会成本之比，并用Tan等经济价值变化模型ΔM₀校验序数。

研究结果部分，第2节操作框架说明插入式放矿调控出矿口局部矿废流径，DTR作为批质量废矿比触发的停止准则，二者分属流径调控与端点控制层级。第3节材料与方法中通过上述物理模型与批次称量获得η、ρ数据。第4节试验结果显示：插入式放矿随DTR由1:1到3:1，η从68.62%升至83.17%，ρ从34.62%升至55.67%；DTR=3:1时插入式η=83.17%、ρ=55.67%，常规η=72.21%、ρ=50.10%，插入式回收高10.96个百分点但混入高5.57个百分点；各组变异系数CV为0.43%—10.40%，均低于工程合理阈值15%。第5节技术经济筛选中，5.1节取η_ref=72.21%、ρ_ref=50.10%，β=1.46时方案1（DTR=1:1插入式）I=1.381居首，方案2（DTR=2:1）I=1.174，参照方案4（常规DTR=3:1）I=1.000，方案3（DTR=3:1插入式）I=0.964；5.2节用ΔM₀模型得同序排名，验证指数框架一致性；5.3节以二次插值描述1≤c≤3内η(c)、ρ(c)趋势并代入I得场景函数，β=1.46时I在c=1边界最高并随c增大下降；5.4节敏感性分析表明β<0.48方案3居首、β>0.48方案1居首、交叉β≈0.48，48个铁矿经济情景算得β=1.38—2.71全区间方案1居首，参照参数弹性显示ρ_ref扰动对I影响大于η_ref。第6节讨论指出β非普适常数，插值得出c≈2.6附近ρ插值逼近参照使I对β局部不敏感（I≈1.06），物理模型局限含单一粒级、几何、类比材料与插入装置，结论限于实验室配置空间。第7节结论翻译如下：本研究通过1:50物理模型试验考察插入式放矿的DTR依赖性能与技术经济筛选；DTR由1:1至3:1时η增14.55个百分点、ρ增21.05个百分点，证实回收—混入权衡；DTR=3:1下插入式较常规η高10.96个百分点、ρ高5.57个百分点；β=1.46时方案1（DTR=1:1插入式）I=1.381最高，单位损失模型同序校验；最优配置随β变，β<0.48方案3居首、β>0.48方案1居首，48铁矿情景（β=1.38—2.71）方案1恒居首，插值示c≈2.6处I≈1.06对β局部不敏感；方法贡献为两阶段无量纲筛选框架，将实验DTR依赖响应与经济权重β显式耦合，为实验室技术表现与矿山经济评估间提供可调β桥梁。研究意义在于给出透明、可复现的DTR配置实验室筛选路径，并将随机颗粒流表现转化为经济权重敏感的配置序数，支撑现场放矿终止准则标定。