放矿条件下塌陷区内尾砂穿流特性

针对尾矿堆存和塌陷区占用土地资源的问题,研究尾砂干排至活动地表塌陷区的可行性.设计了放矿条件下尾砂穿流特性实验,以矿岩散体高度和尾砂高度作为影响因素,采用高速摄影技术,实现尾砂移动过程的可视化.实验结果表明:松动体高度小于尾砂和矿岩散体的交界面时,尾砂不能到达放矿口;松动体高度高于交界面时,尾砂受到放矿扰动的影响且与尾砂接触的岩石发生松散,随即颗粒大量到达放矿口,对井下回采造成影响.随着尾砂高度的不断增加,尾砂在初始阶段渗入量增大,但松动体高度小于尾砂和矿岩散体的交界面时,尾矿未能到达放矿口,因此持续向塌陷区内干排尾砂对矿石的贫化影响较小.     

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...     

自然崩落法放矿计算机模拟数据模型研究

在融合面向实体的数据模型和网格数据模型的基础上,引入参数化对象,设计了一种参数化、网格化的数据模型(PDENDM)用以模拟自然崩落法放矿过程,解决三维可视化环境下考虑时态和经济因素的放矿管理难题,包括放出体发育过程、多漏口放矿及配矿问题.运用面向对象的思想建立PDENDM模型的主要数据结构.PDENDM采用面向实体的元素描述矿岩体及离散颗粒的实体特征,用网格元素描述系统内部网格的空间拓扑关系,并用参数描述实体轮廓、定位信息和其他属性信息,并结合实例分析PDENDM在自然崩落法放矿模拟中的作用.研究结果表明:该模型能够实现自然崩落法放矿过程的空间分析、时态分析,清晰地描述了不同放矿高度下单漏口放矿放出体形态发育及属性的变化,解决了矿岩颗粒流动及放出体发育等放矿研究中的关键问题,为后续多漏口放矿及配矿问题的解决奠定了良好基础.     

单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明：1)针对0.3～0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。     

基于椭球体放矿理论的后和睦山铁矿脊部残留原因分析

 后和睦山铁矿生产中发现,相邻进路中间的脊部矿石在下一分段难以回收,而冒险在中间增加一条进路以提高回收率的思路又增大了危险性。本文运用椭球体放矿理论,找到了导致该铁矿脊部残留矿量多的原因,并优化了进路间距。基于矿岩散体的整体流动特性,分析多漏斗放矿时的松动椭球体形态,并结合该铁矿无底柱分段崩落法开采的生产数据,最终反推得到相邻漏斗松动椭球体的空间形态关系,为优化进路间距提供依据。结果表明,该铁矿松动椭球体短半轴b_s与放出体短半轴b 之间的关系为b_s=1.82b;b_s的范围是5.90~7.96 m,即相邻漏斗松动椭球体不相互影响或相切是导致该铁矿存在脊部残留的主要原因;进路间距以8~10 m 为宜。该方法为使用无底柱分段崩落法的矿山分析存在脊部残留的原因提供了一条路径。     

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。     

非均匀崩落矿岩散体流动的仿真模型

基于离散元思想,结合随机理论,以崩落矿岩散体为研究对象,建立了非均匀散体碰撞运动模型.该模型主要研究内容包括:模型假设条件、散体颗粒的随机生成、颗粒单元的稳定性分析、颗粒单元的初始移动、颗粒单元的碰撞过程以及颗粒单元运动的随机性等.根据所建立的非均匀散体碰撞运动模型,利用C#编程语言研发了二维放矿仿真系统.该系统包括参数输入、模型生成、仿真模拟和数据统计四个功能模块.设计了无底柱分段崩落法放矿模拟方案,所得结论与类似文献对比,基本相同,说明利用非均匀散体碰撞运动模型模拟散体流动是可行的.     

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.     

自然崩落法高阶段多漏斗放矿矿岩流动模拟及结构参数优化

为掌握自然崩落法多漏斗放矿属性矿岩流动特性,给出属性随机介质放矿理论基础,从放矿水平布置出发,提炼出高阶段多漏斗放矿仿真模型。采用4块模型、6块模型和9块模型3种概率模型分别考虑不同的放矿端部条件;建立流动颗粒体数据结构和空位传递模型,设计高阶段多漏斗放矿流动数据结构和模拟流程,采用C面向对象语言和hoops可视化工具包开发模拟程序,在三维可视化环境下得到了不同放矿点间距下多漏斗放矿的矿岩流动特性。根据研究结果,确定放矿底部结构优化参数,为放矿控制和放矿优化提供了参考和依据,并可作为后续放矿计划编制的基础。     

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。     

自然崩落法放矿方案初步优化

放矿方案优化是放矿优化控制和放矿管理的基础。以数字矿山软件平台和VC++为工具,进行自然崩落法放矿方案优化研究。首先确定放矿方案构成要素与放矿方案优化准则;在数字矿山软件平台上构建放矿优化三维模型,确定放矿水平及放矿边界;自动确定放矿结构参数及布置放矿点,建立放矿点和放矿分层的品位计算数据搜索模型,通过品位估值确定放矿点及放矿分层的品位分布;建立基于矿山利润的放矿资源价值模型,以金属市场价格、生产成本及贫损指标为基础输入参数,计算各放矿分层的价值和利润,得到放矿点的最佳放矿高度、担负矿量和出矿截止品位,从而确定放矿优化方案,并为放矿计划编制和管理提供数据。     

考虑启动压力梯度的面积井网极限井距计算

低渗透储层具有低孔、低渗特征,其孔隙结构异常复杂,表现出非达西渗流,存在启动压力梯度现象。本文在归纳总结启动压力梯度的表现形式基础上,得出启动压力梯度应综合反应储层和流体特性,即应与流度存在相应的关系。并选取某油田盐膏层间低渗透致密岩心,通过实验研究,得出了启动压力梯度与流度之间的关系式。在考虑启动压力梯度情况下,推导出直井、水平井极限井距计算公式,研究直井极限井距与渗透率、生产压差之间的关系。并通过控制变量法,研究了水平井长度、岩石渗透率、流体粘度、生产压差对水平井极限井距的影响,得出相应的图版。且在研究单口直井、水平井极限井距的基础上,扩展到不同类型井网组合井距的计算。最后通过实例结果验证,此方法简单、实用,对确定低渗透储层合理井网井距具有重要的指导意义。     

堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

杏山铁矿斜分条分段崩落法试验研究

杏山铁矿小杏山采区为层状倾斜厚矿体,原用垂直走向布置进路的无底柱分段崩落法开采,存在矿石损失贫化大、上盘侧回采进路地压显现严重、巷道支护工程量大等生产问题.研究提出斜分条分段崩落采矿法,即沿矿体延深方向,从上盘到下盘按斜线分条开采,每一分条在矿体里布置诱导冒落进路,在崩落本分段矿石的同时,诱导近上盘矿体自然冒落,冒落的矿石由设置在下盘围岩里的回收进路回采.该法较好地顺应了倾斜矿体崩落矿石的移动规律,降低了采切工程总成本.试验采场自2019年5月开始回采,现已回采两个分段,矿石回采率由74%提高到85.6%,贫化率由18%降低到15%,取得了良好的技术经济指标.     

岩层移动模拟研究中模型下边界位置的确定

基于“下三带”理论和采场端部岩体破坏区理论,采用UDEC数值模拟计算,对岩层移动模拟研究中如何确定模型下边界范围进行了研究。研究结果表明,模型下边界位置应取在底板导水破坏带以下或采场底板最大破坏深度以下,若取在离底板较近处,将导致老顶上方应力集中程度偏高、底板垂直应力总体偏大、采空区底板不规则运动和实体煤层底板垂直位移值偏小。     

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.     

急倾斜矿体开采岩体移动规律与变形机理

为了研究急倾斜矿体开采的岩移规律与变形机理,采用数值模拟的方法,对急倾斜矿体在高构造应力和自重应力2种条件下的岩移特征进行对比分析.研究结果表明:当开采区在竖直方向上的高度远小于矿体在水平方向上的长度时,在这2种应力条件下都具有类似水平矿体开采的地表岩移特征;反之,在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采地表出现双沉降中心的现象,而在自重应力条件下只存在单沉降中心;在高构造应力条件下,急倾斜矿体开采在地表移动变形量、移动变形影响区规模及地表宏观变形破坏特征上与自重应力条件下相比都有较大差异,原岩应力场中作为特征量的最大主压应力的取向对岩移行为的影响是产生这差异的根本原因.