自然崩落法矿岩崩落特性及崩落规律

介绍了矿岩崩落机理，矿体崩落规律，矿体可崩性综合评价与可崩性分级，矿石三级块度预测和放出块度实测，崩落控制方法等一系列理论和技术研究成果。     

自然崩落法矿山井下大规模开采综合评价及模拟技术

为降低矿山采用自然崩落法存在的风险,为后续井下安全大规模开采提供保障,对自然崩落法矿岩可崩性和崩落后的块度分布规律进行综合评价及模拟,提出一种矿岩可崩性三维数字化评价方法和矿岩崩落块度预测算法。通过对评价区域的三维建模,基于地质统计学理论将矿岩岩体参数推估反演到离散化后的矿岩工程模型中,根据三维节理面Monte Carlo模拟原理对矿岩崩落块度进行三维重现。将上述方法用于云南省普朗铜矿进行验证。研究结果表明:普朗铜矿III级和IV级矿岩质量分数之和为99.1%,矿岩可崩性级别为III至IV,适合应用自然崩落法开采;原始崩落块度等效尺寸大于1.65 m的块体筛上累积百分比为40%,建议普朗铜矿放矿口长×宽为5.00 m×5.00 m,此时放矿堵塞概率较小。     

矿体可崩性评价的信息累积法

矿体可崩性的认识分为信息采集、信息变换、信息合成３个过程．作者提出了一种信息采集、变换、合成的逐步累积方法．运用这种方法评价矿体可崩性，可以随工程进展和信息采集工作的进展，得到各个阶段不同可靠程度的矿体可崩性评价，这对工程设计施工中各阶段的决策具有重要的实际意义．这种方法还可推广至岩体稳定性等其它对岩体综合力学特性的评价研究中．     

爆破能量传递规律研究与应用

本论文主要通过分析爆破过程中,纵波与横波在崩落体内的传播,确定了崩落地质体的主要因素,根据其崩落岩体的特点,改善了崩落方案及中深孔装药参数,提高了爆破效果,减少了成本浪费,降低了劳动强度,收到了事半功倍效果,为企业生产已经创造的巨大的利润及财富。     

基于熵权属性识别模型的岩体可爆性分级评价

为克服在岩体可爆性分级评价中确定评价指标权重系数带有专家打分的主观偏向性,利用Shannon熵理论客观地确定可爆性评价指标的熵权系数,并结合属性识别理论,建立工程爆破中岩体可爆性分级判别的属性识别模型;选取岩石的密度、抗拉强度、冲击动载强度以及岩体完整性系数作为属性识别的判别指标;以14组岩体实测数据进行分级判别,建立属性空间矩阵并根据信息熵理论计算各评判指标的权重,计算属性测度,利用置信度准则和评分准则对模型进行识别。研究结果表明:熵权属性识别模型可以有效地解决岩体可爆性难易程度的评判问题,且评价结果合理,为工程爆破中岩体可爆性分级评价提供了一条新思路。     

基于节理网络模拟和分形理论预测矿岩体块度

块度尺寸和分布特征是自然崩落法选择与设计的重要依据之一,块度预测的可靠性决定采矿方法设计的成败。以金川镍矿Ⅲ矿区贫矿自然崩落采矿法可行性研究为工程背景,开展了岩体块度预测研究;根据Ⅲ矿区开拓工程所揭示的工程岩体,进行了3个区域的岩体节理裂隙调查与统计分析,获得了节理裂隙统计结果及空间分布特征参数;采用蒙特卡罗随机模拟方法生成节理网络模型,并结合岩体分形理论,推导出矿岩体块度尺寸与分布的预测模型;基于所建立的预测模型进行矿岩体初始块度预测。结果表明,当特征尺寸确定为1.2m时,根据1 570m中段调查的4个区域的矿岩体大块率分别达到8.8%,20%,14.83%,6.51%,平均大块率为12.54%;虽然Ⅲ矿区矿岩体破碎,但矿石比岩石强度高,导致矿岩体初始块度的大块率较高,不利于自然崩落法的放矿控制和连续生产。本研究结果为金川矿山的采矿方法选择与决策提供了理论依据。     

某大型铜镍硫化矿床矿块崩落规律预测研究

以某铜镍硫化矿床为研究对象,采用基于PFC3D数值模拟的方法,通过正交试验以及DPS数据处理软件,对矿块的可崩性进行预测,获得了崩落高度与侧压系数、拉低高度、形状系数以及水力半径的关系,并通过分析确定了水力半径这一影响矿块崩落的主要因素以及拉底的最佳形状为正方形,这些结论的取得对于该矿床自然崩落法的采矿设计提供了可靠的理论依据.     

基于未确知测度理论的崩矿步距优选模型

 无底柱分段崩落法的分段高度、进路间距和崩矿步距的不同组合,严重影响放矿损失贫化指标,从而影响了矿山的经济效益。本文运用未确知测度理论和层次分析法,建立单位精矿盈利的评价模型。评价模型综合考虑了影响单位精矿盈利的各种因素,如贫化率、回收率、混入废石的品位和尾矿品位等。利用实测数据建立单指标未确知测度矩阵,然后通过层次分析法（AHP）计算出各指标因素的权重,依照置信度识别准则对单位精矿盈利进行评级,进而对崩矿步距进行优选。实例分析结果显示,大红山铁矿440分层崩矿步距为4.8m时,单位精矿盈利为优,从而确定为最优崩矿步距。     

岩体可爆性未确知测度分级模型研究与应用

基于未确知测度计算理论和熵权方法,建立岩体可爆性未确知测度分级模型.首先选取岩石抗压强度、抗拉强度、粘聚力、弹性模量、岩石质量指标(RQD)作为岩体可爆性分级指标,构建合理的未确知测度函数,然后根据测度函数,采用信息熵理论计算各岩体可爆性分级指标的未确知测度,得到可爆性综合测度;最后采用置信度判别准则对可爆性综合测度进行识别评测,完成岩体可爆性未确知测度分级评测.将该模型应用于福建上杭紫金山金铜矿岩体可爆性的分析,从而选择合理的露天台阶深孔爆破炸药单耗,为低成本规模化开采矿石资源提供理论依据.研究表明:岩体可爆性未确知测度分级模型是一种科学合理的岩体可爆性分级方法,确保了评测对象信息的完整性和评测结果的客观性、准确性、可靠性,为工程爆破岩体可爆性分级提供了一种新思维,具有工程实践指导意义.     

诱导顶板崩落时变力学模型的建立与应用

运用时变力学理论,针对大厂铜坑矿顶板诱导崩落试验采场的地质特征,建立有限元基本方程和时变力学模型,采用多步骤开挖的准时变力学有限元方法,模拟不同顶板诱导失稳崩落模式下的塑性区发展、东西预裂硐室与崩顶硐室的安全系数,对比研究确定顶板诱导可控失稳崩落的诱导模式,即先预裂爆破后切顶诱导崩落,其塑性区主要控制在东西两条预裂缝之间,垂直向达到顶板上方58m处,最小安全系数为1.1。采用数字式全景钻孔摄像技术,对铜坑矿顶板诱导崩落实验采场的顶板围岩诱导效果进行可视化监测。发现生成20～40mm宽的预裂缝,在顶板围岩中出现大量"X"型次生裂隙。实践结果表明,该模式可以有效地实施顶板的诱导可控失稳崩落。     

岩体分级的多分类有序因变量Logistic回归模型

将多分类有序因变量的Logistic回归分析引入到岩体质量分级问题中,以影响岩体级别的单轴抗压强度、岩体声波纵波速度、体积节理数、节理面粗糙度系数、节理面风化变异系数和透水性系数为自变量,岩体级别为响应变量,以工程实测岩体质量数据作为统计样本,建立了岩体分级公式。对模型进行了拟合优度检验、模型的有效性检验、预测能力的检验,研究结果表明：Logistic逐步回归分析得到的回归模型性能良好,回判估计的误判率为零,预测精度高。相比距离判别分析模型,回归分析模型在现场岩体分级更加方便,回判的误判率更低,另外模型能输出岩体属于各级别的概率,为工程设计人员提供更多的岩体质量信息;相比普通的回归分析,多分类有序因变量 Logistic回归更适于响应变量为有序多类别的岩体分级问题,因而岩体分级的多分类有序因变量回归模型是一种更优的岩体分级方法。     

含软弱夹层的层状岩体流变力学特性试验

依据工程地质结构制作含软弱夹层的层状岩体试样,采用全自动三轴流变伺服系统进行三轴流变力学试验,研究含软弱夹层的层状岩体的流变变形规律及加速流变特性,依据岩体各级应力水平下的稳态流变速率确定岩体的长期强度,为工程岩体流变数值试验参数辨识提供参考。根据流变试验结果,提出反映不同岩层流变力学性质的层状岩体流变模型,在模型中引入损伤变量,使流变模型可以准确反映多层状岩体在不同应力水平下的损伤流变特性。对提出的非线性损伤流变模型进行参数辨识,拟合曲线与流变试验结果较吻合,验证了非线性损伤流变模型对层状岩体的适用性。     

不同碳酸钙掺量压实黄土的力学性能试验研究

为探讨碳酸钙改良黄土强度和湿陷性的可行性,针对陕西洛川黄土抗剪强度和湿陷特性,采用0、5%、10%、20%和25%质量比的碳酸钙粉末掺入黄土的方式,进行固结慢剪试验和湿陷性试验。结果表明:改良黄土试样的脆性随碳酸钙掺量增加而增大,当碳酸钙含量较低时,试样剪应力-剪切位移曲线为应变硬化型,碳酸钙掺量达到20%时应力-应变曲线呈软化型;在81%、87%、93%压实度下,不同掺量碳酸钙改良黄土的抗剪强度均显著提高,粘聚力和内摩擦角均随着碳酸钙掺量的增加而增大;而对黄土湿陷性的改良效果与压实程度有关,湿陷系数随压实度的增大显著减小,达93%压实度时碳酸钙改良黄土试样的湿陷性全部消除。因此,使用碳酸钙进行黄土的改良,能够取得填筑黄土抗剪强度增大、湿陷性降低的显著效果,而且绿色环保。     

模糊信息优化方法在黄土湿陷性评价中的应用

目的 用模糊信息优化方法中的信息扩散原理建立黄土湿陷评价方法。方法 收集黄土高原地区68组黄土湿陷性的土工试验资料，选取含水量、孔隙比和压缩系数等重要影响因素，采用模糊信息优化处理中的信息扩散原理及一、二级模糊近似推论，建立了各评价指标与湿陷系数之间的模糊关系。结果 形成一套用信息扩散原理建立的黄土湿陷性评价方法，对10组黄土湿陷资料进行了非母体验证，效果良好。结论 该方法简单、快速、实用，能使更多影响黄土湿陷的因素真实地参与评价，可应用在黄土高原区域性的城镇防灾规划、城镇工程地质图集的编制和黄土区域湿陷性分析等方面。     

岩体结构面网格渗透张量分析方法

工程岩体的渗透特性研究是其渗流分析和稳定性设计的技术关键·作者以现场岩体渗透结构面概率模型统计资料为依据,采用离散介质方法建立典型裂隙网络模型,提出计算岩体结构面网络的等效渗透系数张量方法·应用等效连续介质模型分析方法研究区域岩体的渗流问题·针对现场的矿山边坡水文地质实体,运用该技术建立了反映岩体渗透各向异性的等效连续介质模型·实例分析表明,该技术途径不但适合工程岩体宏观渗流分析的特点,而且能够较为深刻地认识裂隙渗流的本质·     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

高速公路盐渍土地基溶陷特性离心模型试验

为了研究盐渍土地基的溶陷特点,采用室内模拟潜蚀溶陷变形的离心模型试验方法,在最佳含水率条件下,向典型天然盐渍土中添加不同含量的氯化钠盐,研究典型天然盐渍土和不同氯离子含量的盐渍土溶陷系数的特点,以及在相同氯离子含盐量条件下不同温度对于盐渍土溶陷系数的影响。试验结果表明:向典型天然盐渍土中添加氯离子的含量(质量分数)由3.48%增加到5.31%时,其对应的最大溶陷率分别为0.83%、1.65%;当氯离子含量增加到9.59%时,其对应的最大溶陷率达到1.58%,溶陷系数呈现先增大后减小的规律;温度对氯盐引起的盐渍土溶陷特性影响甚微;浓度与时间关系曲线、浓度与滤液关系曲线均符合幂函数。     

非均质性对岩体应力场反分析结果的影响

从弹性介质的假定出发,利用“等效”节理岩体等效模型和节理岩体统计等效模型,分析了有限单元法位移反分析反算岩体弹性模量和原岩应力场的问题,通过参数研究,讨论了岩体节理和非均质性对位移反分析结果的影响.结果表明,在节理岩体“等效”连续介质力学模型假定下,采用不同力学模型对反算的弹性模量值有较明显影响,而节理岩体力学参数非均质性对反算原岩应力场的影响很小,均质、各向同性假定在原岩应力场实测和位移反分析中是适用的.     

节理倾角对岩体冲击力学特性影响试验研究

地下岩体工程经常承受动态荷载,进行岩体的动态力学特性研究迫不及待.本文以落锤冲击试验机进行动态加载,通过相似材料预制试验岩石模型,开展了不同节理倾角与无节理岩体模型试件共四组冲击加载试验,对比分析岩石试验样品冲击过程中的力时程曲线与压缩位移时程曲线,得出在落锤冲击荷载作用下节理的存在降低了岩体所能承受的冲击力峰值,增加了其动态压缩位移,岩体节理倾角越小其动态压缩位移越大.     

基于BP人工神经网络的非饱和黄土湿陷系数计算方法

在综合分析非饱和黄土湿陷系数影响因素的基础上,采用BP人工神经网络方法建立了湿陷系数的计算模型.用西安地区黄土的实测资料作为网络模型的学习训练样本和测试样本,对网络模型的计算结果与实测进行了对比.结果表明,用人工神经网络方法计算非饱和黄土湿陷系数,结果准确、可靠,更接近于实际,为湿陷系数的理论计算提供一种新方法.