电算机随机模拟放矿及其相似条件初探

本文介绍了电算机随机模拟放矿的原理,数学模型和电算框图。它把崩落矿块中的崩落矿岩抽象为集装箱似的方块,自下部漏口一个一个地放出。上部方块向下移动填补放出空位是随机的。提出了用电算模拟试验法确定模拟相似条件的方法。相似原则是相同条件下放矿时,放出体体积必定相等。给出了计算相似条件的电算框图和初步计算结果。研究表明电算随机模拟放矿是研究崩落采矿法复岩下放矿问题的一个有前途的方法。在附录中给出了计算模拟相似条件的电算程序。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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。     

电耙巷道中漏口尺寸的研究

电耙运搬时,在漏斗门处形成松散矿石的死堆,其参数取决于粉矿的特征,并随放矿进行其高度逐渐增加。在消除漏门处堵塞时死堆又遭到破坏。因此漏门的进矿口高度就稳定在一定范围内。这个范围取决于矿石平均最小尺寸,两者之比为3.0～3.6。 在死堆临界高度的条件下,漏口进路长度(a)与漏门高度(H′)有如下关系:H′=a+1.6。 在一定范围内耙道中矿堆流出长度越大,放矿指标越好。但超过这一范围,电耙巷道将发生堵塞,当电耙設备能力较大时,耙道中矿堆流出长度等于电耙巷道宽度是比较合适的,此时漏口进路长度与漏门高度有下列关系:H′=(a+)tga。 矩形漏门与拱形漏门比较,在放矿强度大和堵塞次数方面是有利的。     

柔性隔离层下非同步放矿陀螺体的再现规律

为强化对柔性隔离层下放出体出现“陀螺体”现象的认识，通过借鉴传统立面放矿的概念，并基于大量放矿同步充填留矿法数值试验模型，利用PFC的数据处理及图片输出功能，开展了柔性隔离层下非同步放矿陀螺体再现规律的数值试验研究.研究结果表明:在不同的组合方案放矿条件下，隔离层形态整体呈W形；在放矿优先顺序上，有无优先顺序放矿对隔离层的影响不同；各工况条件下，隔离层出现的空腔在放矿后期表现出宏观特性；放矿过程中产生明显的隔离层横向摩擦效应促使放出体由椭球体向陀螺体转化，陀螺体的转化程度取决于放矿控制是否均匀.     

松散矿岩放出的力学特性

本文用变形体力学研究了松散矿石放出过程中的变形及变形特点,不同放出条件下塑性变形区的发展状况,同时完善了流动的松散矿石的运动状态方程。这些研究将为进一步研究放矿力学打下理论基础。     

放矿中的分流原理及其应用

本文从研究重力场和振动场矿石放出规律着手,提出了放矿中的分流原理。模拟试验证明,应用这一原理,改变了放出体中矿石流动速度的分布规律,可在不增加采切工程量和能源的条件下,扩大矿石流动范围,增加放出矿石量,减少矿石的贫化损失。     

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.     

放矿力学

本文介绍了松散矿岩从矿块放出的力学规律及其应用，包括放矿动力学、放矿静力学和放矿运动学．文中阐明了用中间移动角代替当前应用较普遍的椭球体以“偏心率”作计算参数的理由和意义；介绍了选择采矿方法和最优结构参数的电算数值模拟法和新的矿块底部结构．     

基于不均匀粒径分布的颗粒穿流特性

针对目前颗粒穿流研究中多基于均匀分布粒径矿岩颗粒的问题,采用物理试验和数值模拟相结合的方法,基于不均匀分布粒径颗粒,开展三维放矿模型试验和三维数值剪切试验,通过分析放矿前后相关粒径颗粒质量分数的变化和剪切过程中细颗粒的平均位移,研究不均匀粒径级配下颗粒的穿流特性。研究结果表明:在颗粒粒径分布不均匀的情况下,放矿高度对放出颗粒粒径组成无显著影响,且顶部标志小颗粒也未先于顶部标志颗粒放出,说明在垂直方向上颗粒的穿流效果不显著;放矿前颗粒的粒径分布对放出颗粒的粒径组成有显著影响,随着放矿前散体颗粒平均粒径增大,小颗粒的穿流量也快速增大,同时可穿流颗粒粒径也不断增大;随着不均匀散体平均粒径增大,细颗粒的穿流率也明显增大,说明散体颗粒的不均匀性对细颗粒穿流率的影响显著。     

缓倾斜中厚矿体放矿制度的研究

对适应缓倾斜中厚矿体的、放矿层高在极限高度左右的放矿制度进行了研究。模拟实验中矿石保持一定湿度,使模拟的放出椭球体与实际情况基本相符。对参与实验的四种放矿制度进行了技术和经济分析。结论:适应缓倾斜中厚矿体的放矿制度,可提高矿石实际回收率5％,平均贫化率降低10％左右。     

放出期望体理论与电算模拟放矿的相似性

根据实际操作结果，指出了电算模拟放矿Ｊｏｌｌｅｙ模型本身的严重缺陷，证明了其直接计算结果无论在数值上还是放出体的形体上都无法与实际放矿过程相似，所谓的相似特征值ｑ制约不了Ｊｏｌｌｅｙ模型的相似过程，本文借助放出斯望体理论的推证方法的结果，提出了Ｊｏｌｌｅｙ模型值相似的方法，经投入运算，证明该方法是简单、准确的可行的。     

对多漏孔放矿放出体的研究

经采矿场下面漏孔放矿时,矿石颗粒点移动情况(坐标变换)用式(1)和式(2)表述。用这个方程可以求算移动场内的点、线、面、体的座标位置的变换。 多漏孔放矿时,可按放矿的逆顺序,对各漏孔施行逆变换,即依次将前一漏孔放出的矿石Q_1塞回去(放出-Q_1),便可求得从后一漏孔放出矿石Q_2的原来形态和位置——放出体。如此,继续进行逆变换,就可以求出全部漏孔的放出体。