复杂边界条件下崩落矿岩流动特性

基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建放矿模型,开展对倾斜矿体复杂边界条件下崩落矿岩流动特性的研究,实现放出体(IEZ)形态的可视化。同时,将模拟结果与已有研究结论进行对比,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适用性与可靠性。研究结果表明:因受到倾斜边壁的限制,在复杂边界条件下放出体形态产生不同程度的变异,并不是一个规则的椭球体;在3类边界条件下,在放矿初始阶段,放出体高度呈指数形式快速增加,随着放矿量的增加,其增长率逐渐减小,随后,放出体高度将随放矿量的增加呈线性增长;下盘残留量随矿石层初始高度与矿石水平厚度之比(H/T)的增加而增加,其增长率逐渐降低,而随矿体倾角的增加而明显降低。     

不同端壁倾角条件下放出体形态研究及最优崩矿步距的确定

为分析端部放矿中放出体形态,获得大结构参数下最优的崩矿步距,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. 通过已有研究结论与模拟结果的对比分析,验证了基于PFC程序的放矿模型的可靠性. 在此基础上,开展18m×20m结构参数下不同端壁倾角崩矿步距研究. 研究结果表明,不同倾角端壁条件下放出体形态不完整,并不是一个规则的椭球体. 当放矿量相同时,放出体高度随端壁倾角的减小而增大,放出体整体形态也随之越来越"瘦长".在无限边界和不同倾角端壁条件下,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. 建议在18 m × 20 m结构参数下采用85°~90°的端壁倾角,4. 8 m的崩矿步距.     

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.     

基于随机介质理论自然崩落法矿岩流动特性

为准确掌握自然崩落法崩落矿岩流动特性,提出属性块体建模与随机介质理论相结合的方法,进行崩落矿岩流动模拟.建立属性块体模型拟合目标区域,实现目标区域离散化;建立适宜程序实现的颗粒体数据结构和随机介质空位传递模型;提出放出指数和块度指数概念.分别模拟和分析固定目标放矿区域、不同放矿高度以及不同块度条件下的矿岩流动,并在数字矿山软件平台上用C++编程语言予以实现.结果表明:该方法得到了崩落矿岩流动过程中品位变化及形态发育规律.     

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.     

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·     

期望体理论的实验研究及端部放矿崩矿步距优化

放出体形态研究是研究崩落矿岩流动规律和确定最优采场结构参数的基础.基于标志颗粒法,通过底部与端部放矿物理实验,研究无限边界条件和半无限边界条件下放出体形态及其变化规律,验证期望体理论的可靠性和适用性.在此基础上,开展了18 m×20 m结构参数下端部放矿崩矿步距的优化实验研究.研究结果表明：实际放出体形态并不是标准的椭球体,而是与期望体更为相近;在无限边界条件和半无限边界条件下,放矿量与放出体高度满足幂函数关系,与放出体半径满足指数函数关系;建议在18 m×20 m结构参数下,优先选用无贫化放矿方式和4.6 m的崩矿步距.     

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.     

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.     

急倾斜薄矿脉崩落法开采及崩落散体的承载机理

以金厂沟梁金矿为工程依托,利用崩落矿岩散体的承载机理,提出了急倾斜薄矿脉破碎矿体崩落法开采方案.运用数值计算手段,研究崩落矿岩散体的承载机制,分析分段高度对崩落矿岩散体承载效果的影响.计算结果表明:与空场法开采相比,崩落法开采有效改善了采场围岩的稳定性,围岩塑性区体积减小了58.4%.随着分段高度的增大,崩落矿岩散体对围岩的支撑作用相应减弱,但影响较小.研究结果表明,采用崩落法回采急倾斜薄矿脉破碎矿体是合理的、可行的,同时也为该类矿体的回采提供了新的思路.     

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论:侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.     

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。     

新疆黄山-镜儿泉铜镍成矿带典型矿床特征及成因分析

黄山-镜儿泉铜镍成矿带是我国重要的大型铜镍矿基地。岩体为洋内俯冲的增生岛弧环境产物,为北天山洋壳向北俯冲增生记录。上地幔物质形成岩浆后,在弧间相对稳定的构遣环境下得以发生充分的岩浆重力分异,随着断裂构造的多期活动,这些岩浆、含硫化物岩浆和矿浆分别沿断裂被挤压-侵入上部地壳,形成基性-超基性岩的复式杂岩体和复式矿床,从而构成有特色的硫化铜镍矿床。成岩成矿时间应该在280～510Ma之间。