多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律

针对当前多口放矿研究中存在的放矿口间距阈值和应力分布等问题,基于刚性块体模型开展不同放矿口间距和放矿方式条件下的放矿数值试验,对多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律进行量化研究.研究结果表明:多口放矿条件下能够产生矿岩颗粒均匀流的放矿口间距阈值介于1.0~1.25倍的松动体最大宽度.矿岩颗粒流动体系内存在明显的应力拱效应,放矿过程中松动体上方的垂直应力会逐渐向两侧非松动区域转移.在所研究的取值范围内,采场底部最大垂直应力已接近初始垂直应力的1.8倍.放矿过程中采场内非松动区域的配位数约为8~9,且空间高度越低其配位数越大;在松动区域内越接近放矿口的位置,其矿岩颗粒越松散且运移与接触变化的无序程度越高.     

单一粗颗粒影响下的松动体形态演化特征试验研究

在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明：IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3～8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别...     

基于放矿下临界散体柱理论的地表塌陷范围预测

临界散体柱理论是通过散体侧压力来确定临界散体柱的高度,从而预测地表塌陷范围.以往散体侧压力的测试未考虑井下放矿对散体侧压力的影响,导致预测不准确.因此利用散体侧压力测试系统对流动散体侧压力进行了实验.通过对比散体侧压力的变化曲线,得出放矿过程对散体侧压力的影响.结果表明:下部放矿,仅对放矿口区域附近的散体侧压力产生影响,且影响范围较小,随着散体的沉实,散体侧压力将会进一步增大.同时结合古典杨森理论和临界散体柱理论,推导出在放矿情况下临界散体柱高度的计算方法;结合陷落角与采深的关系,为预测地表塌陷范围提供相关参考.     

崩落法采矿中放出体流动特性的影响因素

基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建具有矿石散体细观力学性质的放矿模型,开展崩落法采矿中放出体流动特性影响因素研究。运用统计学知识确定对放出体流动特性有显著影响的主要因素及其敏感性,得出其与放出体流动特性的关系,并通过已有研究结论与模拟结果的对比分析,验证了基于PFC3D程序的放矿模型在放出体流动特性影响因素研究中的适宜性与可靠性。研究表明：放出体颗粒形状、摩擦系数及放矿口尺寸三种因素是显著影响崩落矿岩流动特性的重要参数。在放矿初始阶段,放矿口尺寸对放出体形态影响最大,其次为摩擦系数,颗粒形状对其影响最小;在之后的放矿过程中,颗粒形状对放出体形态影响最大,其次为放矿口尺寸和摩擦系数。散体颗粒形状越不规则、散体内摩擦角越大以及放矿口尺寸越小则放矿越困难。     

有限宽度崩落矿岩散体侧压力分布规律

金属矿山崩落矿岩散体侧压力对支撑围岩和控制岩体移动具有不可忽视的作用.采用散体颗粒流侧向压力测试实验系统,以弓长岭铁矿崩落矿石为例,研究有限宽度散体崩落矿岩侧压力分布规律:散体静止侧压力随散体埋深的增加呈非线性增加趋势,并基于量纲和谐原理回归散体侧压力随埋深和角度的变化计算式;在无散体回填工况下,散体侧压力随散体放出量的增加而减小,增加散体放出范围,可加速散体侧压力下降速度;在散体回填工况条件下,以模型中间为界,随着散体放出,下部4个测点侧压力值降低,上部4个测点侧压力值升高.上盘侧散体侧压力总体受放矿流动的影响不明显,放矿开始后的突变量也要明显小于下盘侧压力,即在散体补充条件下,散体放出对散体侧压力的影响范围在高度和宽度上都是有限的.该成果对揭示散体承压机理,开发崩落矿岩散体在矿山工程中的应用具有指导意义.     

柔性隔离层下单漏斗散体矿岩流动规律

同步充填留矿法因柔性隔离层的存在,其散体矿岩流动规律突破传统放矿理论的描述范围,因此开展柔性隔离层下单漏斗散体矿岩流动规律研究对于丰富放矿学理论具有重要意义。基于相似原理建立物理试验模型,以标记颗粒刻画出放出体和松动体形态,采用高清摄像机记录试验基础数据。基于试验数据,对柔性隔离层下单漏斗放矿放出体、松动体、空腔等演化规律进行分析。最高层位矿石未放出前,放出体呈完整封闭的近似椭球体形态;放出后,放出体呈现为陀螺体。最高层位矿石产生沉降前,松动体为完整封闭的近似椭球体形态;产生沉降后,松动体形态整体上呈喇叭状,喇叭状松动体上部为指数曲线,下部为近似部分椭球体。空腔在最高层位矿石产生沉降瞬间开始形成;隔离层边界与矿石层边界相切于空腔边界,切角随着隔离层下降深度的增大而增大,至散体自然安息角后保持不变,切点位置随着隔离层下沉由中间逐渐向两侧发展至放矿终止。     

缓倾斜厚石膏矿低贫化放矿实验研究

为解决石膏矿贫损问题，采用物理模拟实验方法，研究优化了采场放矿底部结构.主要研究了端部放矿时石膏矿石散体流动迹线和覆岩下放矿时矿石厚度、堑沟间距及出矿横穿间距对矿石回收率的影响.分析和实验结果表明:矿石散体厚度超过20m时，宜采用平底堑沟诱导冒落，矿石回收率随堑沟间距变大而增加，且在堑沟间距取18m时最大;散体厚度小于20m时，宜采用串联堑沟诱导冒落法，回收率随堑沟间距增大而减小，为提高回收率，堑沟间距取10m，出矿横穿间距取8m.     

多放矿口条件下崩落矿岩流动特性

基于离散元理论和PFC3D程序构建放矿模型,探究多放矿口条件下崩落矿岩流动特性,实现多放矿口条件下放出体及矿石残留体形态变化过程的可视化。同时,将模拟结果与已有研究结论进行对比分析,验证基于PFC程序的放矿模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性。放矿PFC模拟结果表明,多放矿口条件下放出体形态会因各放矿口间的相互影响而产生交错、缺失等程度的不同变异,并不是一个规则的椭球体。在单一放矿口和多放矿口条件下,放出体高度的变化趋势均可概括为两个阶段：在放矿初始阶段,放出体高度呈指数形式快速增加,随放矿量的增加,其增长率逐渐减小;随后,放出体高度将随放矿量的增加而呈线性增长的趋势。矿石损失率随放矿口尺寸及崩落矿石层高度的增大而减小,随放矿口间距的增大而增大。当相邻放矿口间产生相互影响时,平面放矿方式与立面放矿方式相比,其矿石残留量更小,且崩落矿岩接触面呈近似水平状态下降。     

覆岩散体粒径空间分布对岩石混入的影响

针对崩落法在覆盖岩层下放矿岩石混入率高的问题,提出基于隶属度描述覆岩散体粒径空间分布对岩石混入影响的方法.在散体级配的基础上,用模型实验的方法构建了同一粒径级配下覆盖岩层的三种粒径空间分布模型,并用隶属度对模型进行量化.首先建立三种覆岩散体粒径空间分布模型,然后将其对指定子集的隶属度作为描述岩石混入的方法,对比等量放矿条件下的岩石混入结果.实验结果表明:本方法揭示了覆岩散体粒径空间分布对岩石混入过程的影响,对认识岩石混入与矿石贫化发生具有指导意义.     

矿岩散体流动参数物理模拟实验

结合崩落矿岩散体的力学特性,利用随机介质放矿理论,介绍了矿岩散体流动参数测定的物理模拟实验,测定了不受边界约束和端部放矿两种方式下的散体流动参数·研究了矿岩散体的流动形态(放出体形态)·认为采用低贫损开采模式,可有效地降低矿石损失贫化·工业试验表明,对于采用无底柱崩落法的矿山,利用模型实验,测定现场矿岩散体流动形态(参数),优化采场结构参数,可有效地降低矿石损失与贫化,提高矿山整体经济效益·     

基于刚体离散元模型的矿岩散体流动规律

针对崩落采矿法矿石损失与贫化大的问题,利用刚体离散元原理和方法,成功研究了多种放矿制度下覆盖岩层与矿石的相互作用和界面动态变化过程.研究表明:在1 213 m左出矿口放矿时,其右上方约9 m位置矿石被废石包裹,即使再采用相邻或相间出矿口放矿,被包裹矿石也难以放出,矿石贫化损失最大:采用中出矿口放矿时,矿岩界面增大,呈漏斗状,贫化次之;采用左中右三个出矿口均衡放矿时,矿岩界面最短且近似平行下降,矿石贫化与损失最少.模拟结果对于预测不同放矿制度下,矿石的贫化与损失指标提供了可靠依据.     

矿体下盘岩石最佳开掘高度的确定

对应用无底柱分段崩落法开采矿床时的矿石损失过程进行了分析·在开采倾斜及缓倾斜矿体时,为改善因矿体倾角小而大量残留矿石的状况,可以通过采用开掘下盘部分岩石的方法,提高矿产资源的回收率·分析了矿体下盘倾角与下盘矿石残留量的关系,通过计算机模拟,得出了下盘岩石不同开掘高度与放出矿岩量的变化规律,随着开掘高度的增加,下盘矿石单位高度放出量相应减少,可按盈利总额最大原则确定出最佳开掘高度·在矿山生产实际中,下盘岩石最佳开掘高度随着矿产品价格和生产成本的波动而变化·研究结果表明:采用计算机模拟放矿过程,尤其是放矿控制方面,优于实验室物理模型放矿·     

充填胶凝材料研究进展与金川废弃物利用展望

金川镍矿开采深度增加地压增大和品位降低,既增大采矿难度,也降低了采矿经济效益。与此同时,矿山每年排放出大量废弃物,使矿山面临严峻的环保压力。利用固体废弃物开发新型充填胶凝材料,并以此为契机,实施废弃物资源化应用,是金川矿山实现绿色开采和可持续发展的必由之路。首先,简要介绍充填胶凝材料研究进展,分析金川矿山开发新型充填胶凝材料面临的困难和问题;然后,提出利用矿渣开发金川矿山新型充填胶凝材料的技术路线与关键技术;最后,针对金川矿山镍钴资源开采与利用现状,提出以新型充填胶凝材料为突破口,开展废石、废渣、尾砂等废弃物资源化综合利用技术途径,展望金川矿山固体废弃物资源化综合利用发展前景。     

充填体覆盖下大断面六角形进路离心模拟试验

金川镍矿是我国最重要的镍矿资源基地，矿区岩石破碎，龙首矿区采用的小断面六角形进路分层下向胶结充填采矿法为厚大破碎矿体的安全开采提供了成功经验。金川公司二矿区东部贫矿体厚大、埋藏浅，开采技术条件相对较好，但矿岩品位较低，采用小断面六角形进路由于开采成本高、效率低，无法满足东部贫矿体的开采要求。为了降低成本、提高采矿效率，提出了采用中深孔落矿的大断面六角形进路下向充填法，六角形进路从4 m （腰宽）×5 m （高度）提高至16 m （腰宽）×20 m （高度）。采用离心模拟试验对自重应力影响下的大断面六角形进路充填体的变形破坏进行分析，试验结果表明：随着离心加速度的逐步增加，上覆充填体的位移也逐渐增大，在离心加速度为70g时进路两帮发生坍塌破坏，92g时顶板发生破坏，顶板稳定性强于两帮的稳定性；两帮发生破坏时最大累计竖向位移为0.627 cm，顶板发生破坏时最大累计位移为0.904 cm，顶板比两帮能够承受更大的极限变形量；充填体破坏模式主要为拉伸破坏和剪切破坏，六角形进路最终形成半椭圆的塌落拱并趋于稳定。     

小官庄铁矿生产矿块结构参数的试验分析

随着小官庄铁矿开采深度的增加,为降低采矿成本其分段高度由原来的10m加大到12.5m·为确定与分段高度相对应的进路间距和放矿步距,对小官庄铁矿分段高度加大到12.5m后的结构参数进行了实验室模型实验·根据实验结果,采用回归分析方法,应用Matlab编程,求出了矿石回收指标岩石混入率、回收率、纯矿石回收率与放矿步距、进路间距之间的关系,并对小官庄铁矿结构参数提出了建议,即综合考虑各项矿石回收指标后认为最优的进路间距、放矿步距参数为12.5m×5～6m·     

深井连续推进跟随充填采矿技术

针对我国缓倾斜薄矿脉开采中存在的问题,从提高采场生产能力和减少回采作业中安全事故的角度出发,提出了水压支柱护顶无间柱连续推进条带式跟随充填采矿新技术．工业试验结果表明,采用这种采矿新技术,在缓倾斜薄矿脉开采中能使采矿与充填连续进行,极大地提高了采场生产能力,试验采场的生产能力达850t／m,贫化率小于7％,损失率小于5％．此外,由于采用了先进的可缩性金属支柱,单个支柱的最大工作阻力可达200kN,改善了采场顶板岩层的受力状况．采用具有帷幕壁面全面滤水特点的帷幕隔离快速充填新技术,使进入充填空区内的料浆浓度能在25min内达到饱和浓度(78％～80％),60min内充填体对采场顶板提供初期支护,大大改善了采场的安全作业条件     

无底柱分段崩落法矿石覆盖层回收实验

攀钢兰尖铁矿从露天转入地下后采用无底柱分段崩落法进行开采,并在顶部分段预留了40 m左右的矿石覆盖层以保证下部分段回采的安全.为了探究最佳的回收方式回收预留在采场的这部分矿石覆盖层,设计了无贫化、低贫化、截止品位以及按步距崩矿量100%的比例出矿方式,并进行回收模拟实验.通过对各方案放矿后的回收率、贫化率及放矿后矿岩界面的完整度比较分析得出,采用无贫化放矿方式带来的经济效益最佳并且放矿后矿岩界面相对完整,对下面分段继续回收纯矿石创造了条件,为类似矿山矿石覆盖层回收方案的选择提供参考.     

平行四边形采场结构上行分段充填法的数值模拟

在分析分段充填法的应用现状及存在问题的基础上,以鲁中冶金矿业集团公司莱新铁矿为背景,综合考虑采场矿岩冒落特征,尽可能提高回采效率和爆破效果,避免采准巷道布置在充填体内等因素,提出了平行四边形采场结构的上行分段充填采矿方法,应用2D-σ有限元程序对其进行了数值模拟研究.研究结果表明:该方法在回采过程中不出现拉应力和较大应力集中,围岩应力周边分布均匀;回采后除下部充填体出现局部塑性区外,两边围岩及顶板不出现塑性区,说明莱新铁矿在破碎的厚大矿体中采用该方案是可行的.对比分析不同分段高度下围岩应力和塑性区分布,并考虑工艺要求,确定分段高度为10 m;考虑对相邻矿房回采的影响,提出充填体强度应在1 MP...     

某煤矿导水裂隙带发育高度计算

 某煤矿北翼充填采区地层以奥陶系灰岩作为含煤地层基岩,其上覆岩层中第四系孔隙承压强含水层全区发育,研究充填开采后导水裂隙带发育高度对实现安全开采具有重要意义。本文以等效采高为基础,利用理论计算、数值模拟、相似材料模拟3种方法对某煤矿导水裂隙带发育高度进行预测,得出导水裂隙带高度分别为12.72,12.50,14.28 m。结果表明：3 种预测方法相比较具有良好的吻合性,对某矿井的水体下安全开采实际工程实践提供了重要的理论依据。