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。     

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.     

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·     

石人沟铁矿露天转地下覆盖层合理厚度

在露天转地下过程中,对于地下生产初期采用空场法采矿,露天和地下采场之间留有隔离矿柱的矿山,露天开采结束后,需要回收矿柱,在崩落露天底的同时崩落边帮形成覆盖岩层,利用地下第一分段矿房的底部结构在覆岩下放出这部分矿石.介绍了通过计算机模拟和实验,观察放矿过程中覆盖层界面的移动规律,通过散体渗漏实验,研究覆美层的渗漏规律.主要从放矿椭球体理论和防排水两个方面综合确定覆盖层的合理厚度.     

石人沟铁矿露天转地下覆盖层合理厚度

在露天转地下过程中，对于地下生产初期采用空场法采矿，露天和地下采场之间留有隔离矿柱的矿山，露天开采结束后，需要回收矿柱，在崩落露天底的同时崩落边帮形成覆盖岩层，利用地下第一分段矿房的底部结构在覆岩下放出这部分矿石。介绍了通过计算机模拟和实验，观察放矿过程中覆盖层界面的移动规律，通过散体渗漏实验，研究覆美层的渗漏规律。主要从放矿椭球体理论和防排水两个方面综合确定覆盖层的合理厚度。     

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。     

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。     

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.     

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。     

钢混人工假顶无底柱分段崩落法的试验研究

针对无底柱分段崩落法损失贫化大的问题，提出一种钢混人工假顶的无底柱分段崩落法。随工作面的回采，在回采巷道末端底部连续地铺设与回采巷道同宽的钢混结构人工假顶，在人工假顶的遮掩下进行凿岩、爆破与出矿，有效地阻止了上分段废石漏斗中废石的流动，减轻了矿岩混杂，提高了回采效果。方案经过实验室模拟和现场工业试验验证，是一种行之有效的方法。     

放矿椭球体排列理论的合理性探讨及实验研究

对基于椭球体排列理论的采场结构参数设计方法存在的缺陷和不足进行了探讨和分析,主要包括该理论是否遵循了放出体和崩落体一致原则、将放出体相切最优原则等价于纯矿石放出体相切最优原则是否合理、认为放出体相交便会造成矿石贫化的说法是否科学,以及高分段结构计算公式的合理性等几个方面.设计并开展了三组不同结构参数的物理放矿实验,实验结果表明,由于放出体与崩落体形态不符,导致大间距结构参数方案的矿石回收效果最差.理论分析和物理实验均表明,基于椭球体排列理论的采场结构参数设计方法存在一定缺陷,有待进一步的改进和完善.     

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。     

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.     

Undersea safety mining of the large gold deposit in Xinli District of Sanshandao Gold Mine

The exploration of undersea resources becomes popular as land resources decrease. Researches were conducted with emphasis on the safety and efficiency of undersea mining of the large gold deposit in Xinli District of Sanshandao Gold Mine. A series of tests for the physical and mechanical characteristics of rock mass were carried out, and the three-dimensional geo-stress distribution was tested in the mining area. Further, a similar experimental simulation platform, which revealed the mechanism of water inrush and ascertained the reasonable thickness of the safety isolate layer, was established for the undersea mining. Meanwhile, the feasibility of cancelling the ore pillars and the safety conditions was checked by numerical simulation. The simulation results show that it is safe to exploit the ore body below the -85 m level (presently, the exploitation level is below -160 m in Xinli District), and the ore pillars can be cancelled below the -560 m level. Furthermore, a novel backfill method was designed to reduce the rock strata disturbance and settlement, and the settlement of roof strata was monitored during the mining process. Engineering practice shows that the settlement of roof strata was small and that no disaster happened. This indicates that the undersea safety mining technology of the large gold deposit is achieved in Xinli District.     

采空区大跨连拱隧道围岩稳定分析及其加固

为了深入研究复杂地质条件下大跨度双连拱隧道围岩稳定性及施工关键技术,以沪昆高速公路灯草塘隧道为依托工程,基于有限差分软件,建立灯草塘隧道实际地质模型,重点进行双向六车道连拱隧道邻近采煤空洞时的围岩稳定数值计算,结果表明:靠近空洞一侧的主洞水平位移及拱顶沉降均大于另一侧的,隧道底板隆起位移也存在同样的规律;空洞与隧道之间围岩最大主应力大部分为拉应力,靠近空洞侧隧洞围岩最大主应力与另一侧相比较差异明显,且空洞与隧道之间塑性区范围较大。另外,基于数值分析结果,结合隧道实际空洞情况,研究了Ⅵ级围岩条件下隧道附近采煤空洞的处置及围岩的加固技术。