评马拉霍夫的放矿理论

<正> 马拉霍夫在五十年代初期,写出《崩落矿块的放矿》建立了放矿椭球体理论体系。特别是在运用该理论说明矿石损失贫化过程以及确定崩落采矿法合理结构参数等方面进行了大量工作。迄今该书仍是崩落法放矿方面的一本较好的参考书。马拉霍夫放矿理论的基本点是:1.放出体是旋转椭球体,矿石放出时以椭球体形式移动;2.在移动带内存在表面垂直下降速度相同的等速体,其形状也是椭球体,并且在     

放矿的数值模拟

本文从松散矿石运动的随机性出发,建立了放矿的随机介质理论模型。提出矿石颗粒在放矿过程中变换的概念和在计算机上进行放矿(平面问题)数值模拟的公式。文章讨论了单漏斗放矿的规律,阐述了多漏斗放矿时,计算机数值模拟崩落法放矿的矿岩接触面移动原理。并举例说明数值模拟在多漏斗放矿时的实施,获得了有关矿岩接触面移动、放出量、脊部损失及放出体形状等结果。     

放矿口对崩落法放矿的影响

大功率出矿设备投入使用使放矿口尺寸有增大的趋势。对此,本文研究了放矿口尺寸及散体放出速度分布对崩落法放矿的影响。发现放矿口对崩落矿岩移动的影响主要发生在放矿口附近的一定范围内,且当放出速度分布不对称时会导致放出体轴线偏移。文中给出了放矿口显著影响放出体高度及其最高点偏移量的计算式,并讨论了有底柱崩落法底部结构中斗井口合理位置的确定原则。     

自然崩落法放矿数值模拟研究

普朗铜矿拟采用自然崩落法进行开采。结合普朗铜矿的实际情况,采用颗粒流数值软件模拟计算放矿过程,对放矿高度对放出体的发育情况的影响进行了研究。结果表明,在放矿高度低于60m时,放出体基本为椭球体形状,随着放矿高度增加,椭球体的偏心率逐渐增加,呈现"柱形"放出体形态;在放矿口间距为14m时,两漏斗在放矿过程中很快相互影响,没有形成明显的脊部损失和过早贫化现象,证明放矿口间距选择合理。     

崩落矿石块度对放矿的影响分析

从散体力学的角度，分析了矿石块度大小、粗颗粒矿石含量对抗剪强度的影响。通过室内模拟试验，深入研究了放矿过程中崩落矿石块度对放矿规律及放出体大小的影响，得出了矿石块度组成是影响放出体形状和大小的重要因素的结论，对现场生产具有指导意义。     

关于崩落法放矿时矿岩移动方程

本文根据实施崩落法放矿计算和模拟的需要,并针对文献[1]、[2]存在的缺欠,首先依据场论中散度理论建立了检验散体连续流动条件的表达式;其次依据该式选出了最好的偏心率回归方程(幂函数式)1-ε~2=KH~(-n)。第三、按连续流动条件把放出体抽象为不相似的完全椭球体。第四,在确定出放出体形状的基础上,依据放出体基本性质,推导出崩落法放矿时崩落矿岩的移动方程和逆移动方程该方程组可用来模拟崩落法放矿的基本规律(放出体、矿石残留体和矿岩界面移动过程)以及作出放矿的矿石损失贫化预测。     

沿脉进路无底分段崩落法的进路参数研究

分析了无底柱分段崩落法回采工作面放矿口尺寸对矿岩散体移动规律的影响，并根据椭球体放矿理论和随机介质放矿理论，得出了增大出矿口尺寸和全断面均匀放矿可改善矿石散体的移动条件进而增大矿石放出量的结论。将此结论应用到厚度中等及以下、倾角较大、下盘围岩不稳固矿体的无底柱分段崩落法开采实践中，其放矿效果明显改善，极大地提高了矿石回收率。     

基于运动学模型的多漏口放矿规律

介绍了放矿运动学模型的基本原理。分析了根据运动学模型得出的放出体与实际放出体不相符的原因,并指出了放矿运动学模型的使用范围。改进了散体空位扩散系数D P 的取值方法,并推导了二维和三维问题的速度场方程、颗粒移动迹线方程以及放出体方程等。在此基础上,建立了描述多漏口放矿时的矿岩移动规律的数学方程。根据该理论可确定多漏口放矿时的松散矿岩移动迹线,放出体以及矿石残留体形态,可为崩落法采场设计、采场结构参数优化等提供理论参考。     

无底柱分段崩落法放矿规律的PFC~(2D)模拟仿真

利用基于颗粒流的离散元方法,对无底柱分段崩落法覆岩下放矿的崩落矿岩移动规律以及矿石损失贫化过程进行了数值仿真。以矿石回收率和废石混入率为检测指标,对比分析平面放矿和立面放矿2个不同的放矿方案的优劣。研究发现,在相同的放矿条件下,平面放矿方案比立面放矿方案更加合理。在同一放矿模型中,通过对比5种不同摩擦性质颗粒在立面放矿方案下的放出体形态,发现在结构参数和放矿方案既定的情况下,矿岩散体内摩擦角会影响放矿效果:颗粒间摩擦系数越大,放出椭球体的偏心率越大。     

急倾斜薄矿脉崩落法开采矿岩散体流动规律研究

针对急倾斜薄矿脉破碎矿体的开采技术条件，采用无底柱分段崩落法开采工艺，利用崩落矿岩散体充填采空区，可有效减缓上下盘围岩的垮落，保证作业人员安全，但覆岩下放矿又带来了矿石损失贫化的新问题。为此，本文采用室内相似物理模型试验，开展倾斜边壁窄小空间条件下的矿岩散体流动规律研究。试验结果表明：受倾斜边壁影响，放矿过程中矿岩散体的流轴迅速向矿体上盘边壁靠近，放出体发生变异，随着累计放出矿量的增加，放出体呈“侵入状”沿上盘倾斜边壁发展，得到了放出体宽度和放出体高度与累计放出矿量的关系。依据放出体的形态特征，将倾斜边壁窄小空间条件下放矿过程中的散体移动区域划分为放矿口控制区、过渡区和倾斜边壁控制区三个典型区域，由试验得到放矿口控制区范围为Z＜10cm，过渡区范围为10cm≤Z＜32cm，倾斜边壁控制区范围为Z≥32cm，且无底柱分段崩落法的分段高度不易超过过渡区范围。     

自然崩落采矿法研究及应用

自然崩落法是一种高技术含量的地下开采方法,在国外有较好的应用。为更好推广应用自然崩落采矿法,对自然崩落法进行综合评述,包括自然崩落法适用条件和优缺点,放矿理论、矿岩流动特性、放矿控制、放矿生产计划、放矿管理等方面,以及自然崩落法国内外的应用现状。可以得出:前期放矿理论研究,以矿岩流动概率密度函数和放出体形态为主,对矿岩流动过程中品位的变化考虑不足;放矿计划以均匀放矿为目标,没能实现日出矿品位均衡,放矿管理不能进行放矿反馈控制和主动控制。自然崩落法发展趋势是放矿过程考虑出矿品位均衡,使用数据库管理及系统集成,实现放矿可视化、信息化、智能化。     

无底柱分段崩落法崩落矿石形态及其影响研究

本文针对无底柱分段崩落法存在的问题，从爆破入手，对放矿对象──崩落矿石的形态及其对矿石损失贫化的影响进行了理论分析、小型试验和工业试验，提出了矿石崩落体的概念，确定了崩落体的形态，指出放出体──松动体──崩落体是相互联系的整体，研究放矿问题应把放矿和爆破崩矿进行综合研究，通过爆破控制崩落体的形态和效果，使放出体与矿石崩落体和残留体构成的矿堆形态相吻合，以降低矿石损失贫化。     

放矿理论的移动体体形及表面过渡关系研究

崩落采矿法在覆岩下放矿,放矿理论是控制其损失贫化指标的理论基础,放矿理论中的移动体体形和表面过渡关系则是放矿理论建立的基础。在分析椭球体放矿理论和类椭球体放矿理论的移动体体形和表面过渡关系的基础上,比较了二者的放出体体形、等密度体(表面)形状和等速度表面形状,论证了放出体表面、等密度面及等速度面的过渡关系,研究发现放矿时实质存在3种移动体(面)、3种体形和3种过渡关系。研究结果理清了放矿理论中的移动体体形和表面过渡关系,进一步夯实了放矿理论的基础。     

端部放矿规律的探讨

无底柱分段崩落采矿法崩落的矿石是在崩落围岩覆盖下放出的。因此,认识松散矿岩在放矿过程中的流动规律,并在生产中采取相应措施去运用这些规律,是降低这种采矿方法损失贫化的关键。国内外已经进行了不少放矿规律的研究。     

椭球体放矿理论的欠缺及其与类椭球体放矿理论的联系

放矿理论是崩落法放矿管理的基础，椭球体放矿理论在生产实践中应用广泛但存在一定偏差。在分析椭球体放矿理论的基础上，指出椭球体放矿理论存在的不足：不能反映放出体形状随放出条件变化而变化的实际，密度场违背松散介质是连续介质这一基本前提，实际散体的移动过渡方程违背质量守恒定律，实际散体的速度场方程不完整，移动边界上的速度值不确定且变化不连续。在此基础上，通过分析椭球体放矿理论与类椭球体放矿理论之间的内在联系，论证了类椭球体放矿理论包含椭球体放矿理论的合理内核，n=1、m=2时能给出全套的椭球体放矿理论方程。类椭球体放矿理论符合实际、能够通过理论检验，是放矿理论的重大发展。     

急倾斜中厚矿体矿石损失测定及其原因相似模拟分析

急倾斜中厚矿体条件下无底柱分段崩落法的矿山普遍存在矿石损失和贫化严重等突出问题。针对尖山矿区矿石损失贫化情况,运用相似模拟实验进行研究分析,研究表明,无底柱分段崩落法在放矿过程中放出体在矿石散体中所占体积很小,当矿体倾角不足时,下盘斜壁会大大缩短顶部废石在放矿过程中到达放出口的时间,当放出矿量不多时就有废石混入,从而造成了矿石贫化。     

阶段崩落法放矿中侧面崩落岩石混入量和放矿制度间的关系

本文通过对崩落矿块的随机模拟放矿和物理模拟放矿说明,侧面岩石混入量与放矿制度有关,并从数量上给出了这种关系。指出了那种认为放出体的形状与放矿制度无关,从而认为侧面岩石混入量与放矿制度无关的观点是错误的,根据那种观点预测出的侧面岩石混入量同样也是错误的。此外,文中还指出了降低侧面岩石混入量的途径。     

自然崩落法放矿的地表沉陷预计研究

利用自然崩落法放出矿柱与开采工作面的相似性,建立自然崩落法放矿的地表沉陷预计物理模型,将物理模型与放矿计划相结合,把计划周期内放出矿柱视为开采沉陷预计中的条带状工作面,将多漏斗放矿下的地表沉陷预计转化为条带状工作面开采的地表沉陷预计,使用概率积分法进行地表沉陷预计。设计地表沉陷预计数据结构和预计流程,并在数字矿山软件平台上用C⁺⁺编程语言予以实现。实践表明:该方法方便地实现了自然崩落法多漏斗放矿下的地表沉陷预计。     

基于离散元的端部放矿矿岩运移规律研究

崩落法端部放矿矿岩直接接触,顶部、正面、侧面等多方面覆盖岩废石的混入是造成矿石贫化的主要原因,为了研究无底柱分段崩落法放矿过程中废石混入过程,对矿岩颗粒间的受力进行分析,基于离散元理论构建放矿数值模型,将模拟结果与现场实际放矿指标进行对比分析,验证了数值模拟的可靠性,模拟结果表明：矿石回采率达到85%时,总混岩率29.70%,其中正面废石占比92%,混入量最大；两侧废石混入占比7.4%,混入量次之；顶部废石混入0.86%,混入最少。矿岩放出体呈现出“上宽下窄”对称椭球体缺,放出体高度随放矿时间增大呈幂函数关系增大。放矿过程中,逐渐形成较为稳定的速度场及力场,矿岩颗粒发生运移和旋转,并伴随着力链不断的断裂与重组,在放矿口上方形成拱形放矿松动体。     

基于Bergmark Roos方程的松散矿岩放矿理论研究

介绍了Bergmark Roos方程的基本假设和基本原理,讨论了改进的Bergmark Roos方程,该方程考虑了放矿口尺寸大小对散体移动规律的影响。从力学的观点建立了松散矿岩流动的数学模型,揭示了放矿椭球体的形成机理。将改进的Bergmark Roos放矿理论与椭球体放矿理论进行了详细的对比。根据Bergmark Roos放矿理论得到的相关系数超过09,说明该理论得到的放出体与实际基本相符。对比结果表明,该理论与椭球体放矿理论一样,具有较高的精度,可较好地反映崩落矿岩的流动特性。