井壁摩擦对贮矿段矿岩运移速度分布特征的影响

为研究井壁摩擦对溜井贮矿段矿岩运移速度的影响,引用Beverloo经验公式、稳定质量流动量定理和牛顿内摩擦定律分析了摩擦对矿岩速度分布的影响,采用离散元程序,探究了矿岩速度分布特征。研究发现,井壁摩擦作用是导致垂直溜井贮矿段筒仓内同一平面的矿岩存在速度差的主要原因,摩擦力对井壁附近矿岩的减速作用尤为明显。研究表明:(1)无摩擦作用时,溜井贮矿段筒仓内的矿岩作铅垂向下匀速运动;(2)有摩擦作用时,与井壁接触的矿岩运动速度减小,导致同一平面的相邻矿岩存在速度差,矿岩颗粒间产生内摩擦力,进而影响了整个贮矿段内矿岩运动速度的分布特征;(3)在较大的摩擦作用下,溜井放矿漏斗内的矿岩运移速度的差异性更大;(4)井壁与矿岩间的摩擦系数增大,摩擦作用的影响范围及影响程度也随之增大。提出了通过控制井壁摩擦作用解决溜井堵塞、井壁磨损问题的措施。     

倾斜溜井结构参数对矿岩运动特征的影响

为研究倾斜溜井中矿岩运动对井壁稳定性的影响,基于运动学原理,构建了滑动状态下运动矿岩的力学模型,研究了溜井结构参数对矿岩运动特征的影响,得出了倾斜溜井中矿岩滑动的运动速度函数关系,分析了倾斜溜井结构参数和滑动摩擦因数对矿岩速度的影响,发现倾斜溜井中矿岩运动速度与溜井结构参数、矿岩所受的滑动摩擦力和来自其他矿岩块的作用力有关.结果表明:(１)滑动摩擦因数μ 保持不变时,随着溜井高度h 和溜井角度α 的增大,矿岩的重力势能转化的动能增大,矿岩速度也随之增大,反之则减小;(２)溜井高度h 保持不变时,随着溜井角度α 的减小及滑动摩擦因数μ 的增大,矿岩的重力势能转化的动能减小,矿岩速度不断减小,反之则增大;(３)溜井高度h、滑动摩擦因数μ、溜井角度α 对矿岩速度V０ 都有显著的影响,其中溜井高度h 的影响最大,溜井角度α 的影响相对较小,但溜井角度α 还影响着矿岩的运动方向.在此基础上,对不同的倾斜溜井设计方案,提出了控制矿岩速度V０ 的措施与建议,以减轻矿岩对主溜井的冲击.     

倾斜溜井内的矿岩运动特征及其影响因素研究

溜井是矿岩运输的重要工程,因卸矿冲击造成的井壁损伤是制约溜井使用年限的主要问题。为分析倾斜溜井内矿岩的运动过程,通过PFC2D数值模拟试验﹐结合物理相似试验验证,模拟倾斜溜井卸矿过程,分析倾斜溜井内矿岩运动形式及速度变化特征,研究溜井倾斜角度对矿岩运动规律及撞击井壁位置的影响,讨论垂直溜井与倾斜溜井中矿岩运动方式的差异性。研究发现,(1)当溜井倾斜角度为60°时,两次撞击位置高度分别距离卸矿口1.36 m、 3.30 m,撞击速度分别为9.53 m/s、5.47 m/s,矿岩到达溜井底板时速度达到峰值16.17 m/ s;矿岩运动过程可简化为5个阶段﹐在分支溜槽内做匀加速的滑动或滚动﹐脱离溜槽以一定初速度作斜抛运动,与井壁发生两次撞击﹐沿着井壁做匀加速的滑动或滚动运动,最后到达溜井底板。(2)溜井倾斜角度对矿岩运动过程的影响非常显著﹐随着溜井倾斜角度的增加,矿岩两次撞击井壁位置距离卸矿口高度呈增加趋势;倾斜角度超过60°后﹐第2次撞击位置距离卸矿口高度和撞击速度急剧增大。(3)与垂直溜井相比,倾斜溜井中矿岩运动过程受井壁边界限制作用更显著﹐落体运动时长较短,矿岩与井壁存在较长距离的相对接触、滑动过程,对井壁造成摩擦损伤。     

贮矿高度对主溜井矿石流动性的影响研究

为探究贮矿高度对金山店铁矿主溜井矿石流动性的影响,以质量流率比作为矿石流动性的定量评价指标,采用PFC2D颗粒流程序构建主溜井放矿数值模型,对不同贮矿高度条件下的矿石流动状态进行模拟分析;基于自主研制的溜井放矿相似试验装置,开展针对性的矿石流动性相似试验,对数值模拟结果进行检验。研究表明,质量流率比R_w可以定量表征矿石颗粒的流动状态,便于数值模拟结果与相似试验结果的对比分析;贮矿高度与矿石颗粒的流动状态密切相关,随着贮矿高度的增加,质量流率比R_w呈先增大后减小的变化趋势;当贮矿高度为27.5 m时质量流率比R_w达到最大值,此时矿石颗粒的流动性最好;在质量流率比R_w随贮矿高度变化的趋势上,相似试验结果与数值模拟结果具有一致性。     

溜井倾角对矿岩与溜井首次碰撞位置的影响

溜井卸矿过程中矿岩与溜井的首次碰撞所造成的损伤最为严重，溜井倾角影响着矿岩与溜井的首次碰撞位置，因此，研究溜井倾角对矿岩运动规律及首次碰撞位置的影响有利于优化溜井结构参数设计。采用运动学基本理论，推导了矿岩与倾斜溜井底板首次碰撞位置及速度的计算公式，研究了首次碰撞位置及速度与溜井倾角的关系，进行了不同溜井倾角条件下卸矿物理试验，得到了矿岩与倾斜溜井底板的实测首次碰撞位置并经过相似比还原后与理论推导结果进行了对比。研究结果表明：溜井倾角β是影响矿岩与倾斜溜井底板首次碰撞位置的主要因素，当矿岩初始速度v与倾斜溜井正方形断面边长D不变时，增大β,矿岩与倾斜溜井底板发生首次碰撞时的水平位移x与垂直位移y增大，碰撞速度v₁越大，碰撞位置距井口越远，反之，x、y、v₁减小，首次碰撞位置距井口越近。理论计算与试验所得首次碰撞位置误差不超过9.3%,表明了倾斜溜井理论分析模型的合理性。     

溜井储矿段矿石流动特性的影响因素分析*

溜井中矿岩散体的流动特性关系到溜井放矿的安全和可靠。为确保溜井放矿的顺畅性，在分析矿石流动性对溜井放矿影响的基础上，从理论上分析了影响储矿段矿石流动特性的因素。主要包括矿岩结块性、矿岩散体的粒度及分布特征、矿岩含水量、溜井结构、矿石流对井内储料的冲击夯实作用和溜井贮矿高度6个方面。结合部分矿山实践经验，提出了缩短矿岩在溜井中的停滞时间、改善矿岩爆破效果、优化溜井结构参数、控制含水量和粉矿含量、减轻运动矿岩对井内储料的冲击夯实等改善矿岩流动性的针对性解决措施，对于防范溜井储矿段堵塞问题具有重要的作用。     

放矿口散体流动速度分布及显著影响高度研究

现代地下矿山的发展促使大型凿岩设备和出矿设备不断投入使用，同时造成采场出矿巷道及放矿口断面不断增大。实践证明，采场放出口矿岩散体速度分布和放出口尺寸对放矿结果有显著影响。根据放出口矿岩散体流动状态，分析了采场底部漏斗短溜井放矿及电耙出矿条件下的放出口矿岩散体流动速度分布，给出了放出口影响范围的估算式, 揭示了放矿口对采场放矿的影响机理，对采场合理结构参数的确定具有指导意义。     

溜井卸矿冲击对井内储料空隙率分布特征的影响

溜井放矿过程中堵塞问题与储料内部空隙率分布特征密切相关.为探究卸矿冲击对贮矿段储料夯实范围的影响,搭建１∶２０的溜井储矿段相似模型,研究了不同卸矿高度以及不同级配矿石卸矿冲击对贮矿段储料夯实效果的影响.研究发现:溜井上部卸矿冲击使储料散体排列重组,改变了储料面以下一定范围内的储料空隙率;散体卸矿冲击下,井内整体储料空隙率变化范围为３~８个百分点,随卸矿高度增加,空隙率逐渐减小,主要集中在储料面以下１５０ mm 范围内;大块矿石冲击下,储料空隙率变化范围远大于同质量散体矿岩的冲击,且随卸矿高度的增加,空隙率减小,主要集中在储料面以下２５０mm 范围内.结合研究成果,提出了避免卸矿冲击可能造成溜井堵塞的相关措施,对矿山生产实践具有一定的指导意义.     

溜井贮矿段矿石运移规律及井壁磨损研究

地下金属矿山主溜井运输系统中,由于贮矿段在放矿过程中持续地受到磨损,研究放矿过程中矿石的运移规律对贮矿段井壁防护具有重要意义。以某金属矿山主溜井为例,利用PFC^2D软件建立溜井放矿模型。研究表明在放矿过程中,贮矿段井壁会发生超压现象,位于溜井变截面超压最明显;矿石在溜井中的流态主要呈现整体流和中心流;根据椭球体放矿理论,得到溜井贮矿段井壁磨损区域图,为贮矿段井壁防护提供依据。     

溜井底部放矿漏斗角对矿石流动性的影响研究

为研究溜井底部放矿漏斗角对矿石流动性的影响,以金山店铁矿-480~-410 m段主溜井为工程背景,采用PFC2D离散元软件对放矿漏斗角分别为45°、50°、55°、60°、65°的主溜井放矿过程进行数值模拟。为定量描述不同放矿漏斗角下矿石流动性之间的差异,定义矿石质量流率比为矿石流动性评价指标,分析各放矿漏斗角下的矿石流动性特征,揭示放矿漏斗角对矿石流动性的影响机理。构建溜井放矿相似试验平台,进行溜井放矿相似模拟试验,计算矿石的质量流率比,并将其与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明：当放矿漏斗角为60°时,矿石质量流率比最大,矿石流动性最好;相似试验与数值模拟所得矿石质量流率比的变化趋势基本相同,相似试验结果能对数值模拟结果进行验证。     

冲击磨损作用下的溜井井壁变形破坏机理

世界范围内的溜井井壁变形破坏已成为影响金属矿山地下开采高效运行的重大问题,冲击与磨损是造成溜井井壁变形破坏的2大主要因素。通过矿岩冲击溜井井壁过程中能量与变形关系的研究,得出了矿岩块"碰撞"井壁时冲击与剪切破坏产生的机理。推导出了垂直溜井储矿段井壁和倾斜溜井底板的摩擦力计算公式。研究发现:垂直溜井中矿岩块对井壁冲击的结果,使井壁材料受到了冲击和剪切2种形式的损伤,而决定其主导地位的因素是矿岩块冲击井壁时的运动方向与井壁法向夹角的大小;磨损破坏主要发生在溜井的储矿段和倾斜溜井与分支溜井的底板。磨损破坏的程度取决于矿岩块与井壁材料间的摩擦系数的大小和矿岩作用在井壁法向上的力的大小。     

矿岩三维运动对主溜井井壁碰撞范围的影响

地下矿山溜井使用过程中，矿石在溜井中运动时在井壁上的初始碰撞对井壁的破坏作用较大，研究矿岩块运动轨迹，确定矿石与井壁的碰撞范围对于井壁的支护具有重要意义。以辽宁某地下矿山溜井为例 ，根据运动学理论，建立了矿岩块运动模型，分析了不同初始运动状态下的矿岩块对碰撞范围的影响，确定了初始碰撞位置的分布范围。研究结果表明：①矿岩与井壁初始碰撞位置与矿岩进入溜井时速度大小、方向 角以及运动耗时等有关，当溜井结构参数一定时，矿岩进入溜井时的速度大小是一定的，此时速度方向角决定着矿岩对井壁的冲击范围；②随着矿岩块初始运动方向角不断增大，矿岩块与溜井井壁碰撞前的行程逐渐 变短，冲击位置不断升高，井壁受冲击一侧在溜井口以下9.23 m处形成两条对称的弧形斜冲击带；③矿岩运动的随机性会影响井壁损伤程度及范围，同时在矿岩流反复冲击下，井壁受冲击的位置与范围趋向集中是累 积损伤的结果。研究结果可为矿山溜井支护提供理论支持。     

矿岩散体粒级对自然安息角影响的试验研究

矿岩散体堆积状态普遍存在于采矿生产中，是关系矿山生产安全及矿石回收效果的主要因素之一。散体堆积角度（自然安息角）是其流动性的主要表现特征之一，是散体颗粒的重要物理参数。利用自制测 定装置开展物理试验，研究了静态与采场放矿条件下，不同粒级矿岩散体自然安息角的变化规律。结果表明：静态与采场放矿条件下，随着矿岩散体粒级增大，其自然安息角呈逐渐增大的趋势，且在非均匀矿岩散体 中，大粒级矿岩散体占比增大，其自然安息角随之增大；静态试验条件与溜井放矿、漏斗放矿、排土场堆积等条件相似，在选择溜井与漏斗放矿倾斜角、确定排土场占地面积及坡面角度时，可根据散体粒级进行相应 的参数调整；从采场放矿条件试验结果来看，适当增加散体粒级，可降低散体自出矿口流出的距离及堆体体积，改善铲运机作业条件，有利于提高生产效率；小粒级散体流动性优于大粒级散体，应使覆盖岩层的粒级 大于矿石粒级，有利于矿石流出。     

矿岩初始运动对其冲击溜井井壁规律的影响

溜井中运动的矿岩会与井壁发生碰撞并导致井壁的冲击损伤，研究矿岩在溜井中的运动规律，有利于减少矿岩与溜井井壁的碰撞概率。基于运动学原理，建立了矿岩运动初始方向与其运动规律的关系模型 ，得出了矿岩的运动轨迹方程，确立了矿岩块运动过程中与溜井井壁发生碰撞的条件，得到了矿岩块第1 次与溜井井壁发生碰撞时碰撞点的计算公式，研究了矿岩进入溜井时的初始运动对其在溜井中运动规律的影响 。研究表明：①溜井直径D、矿岩块初始速度[v0]及其方向[α]是影响矿岩块与溜井井壁碰撞的主要因素；②当D和[v0]保持不变时，随着[α]增大，碰撞位置h1越大，反之，h1越小；③当D和[α]保持不变时，随着 [v0]增大，碰撞位置h1越小，反之，h1值越大；④当[v0]和[α]保持不变时，随着D增大，碰撞位置h1越大，反之，h1越小。上述研究进一步反映出，适当增加溜井直径，选择合适结构，降低矿岩块进入溜井时的速度 ，能够降低矿岩块与溜井井壁的碰撞概率，有利于减轻溜井受冲击破坏的程度。     

主溜井中矿岩三维运动轨迹分析与验证

溜井运输过程中，矿（废）石与井壁的碰撞造成井壁破坏较为严重。确定矿（废）石与井壁碰撞前的运动轨迹和碰撞位置，对于保证溜井井壁稳定性具有重要意义。以某矿山主溜井溜矿段-40~-71 m为例，建立了溜井溜矿段相似试验平台。根据运动学理论，结合相似试验结果，得到矿（废）石与溜井井壁产生首次碰撞前的运动轨迹和三维轨迹方程。研究表明：理论计算得到的矿石冲击位置略低于试验中矿石的冲击位置，误差不超过4.84%，理论计算及试验结果与矿山实际检测结果基本一致。分析结果可为确定溜井井壁的受冲击区域、溜井系统设计与优化、溜井治理与修复、溜井管理方案制定等提供依据。     

垂直溜井中卸矿对物料的冲击夯实作用及其预防

垂直溜井中的矿岩运动会对井内储料产生冲击，使松散储料被夯实，进而引发溜井的悬拱堵塞。在总结垂直溜井中矿岩运动特征的基础上，分析了溜井中物料运动全过程的能量转化与耗散特征，讨论了物料运动对井内储料冲击夯实作用机理与冲击夯实过程，并给出了矿山预防冲击夯实作用的综合措施。研究表明：①矿岩块在垂直溜井中下落时，底部储料受冲击的能量大小与矿岩落差和矿岩块质量成正比关系；②下落矿岩块的冲击力在井内储料中矿块之间相互传递形成了一种“力链”的作用效果，冲击力越大，夯实的密实度和范围也越大，夯实范围大小与冲击过程中的能量耗散速度成反比关系；③控制进入溜井的矿岩块度和降低矿岩块在溜井中的落差，是预防井内储料被冲击夯实的有效措施。     

金属矿山溜井问题研究现状及方向

溜井在使用过程中频繁发生的堵塞现象和井壁变形破坏问题,已成为影响矿山安全高效生产的重要因素。将溜井问题归纳为溜井堵塞和井壁稳定性两大问题,并系统分析、总结了溜井问题的研究现状及存在问题。溜井堵塞问题表现为其底部放矿过程中井内物料流动中止,井壁稳定性问题主要表现为井壁变形、失稳和跨塌。研究表明：①矿石含水率、粉矿含量、放矿漏斗角、贮矿高度、贮矿时间以及矿岩块度与溜井直径之间的匹配关系,井壁支护结构脱落与井壁围岩垮塌产生的大块,以及溜井使用管理方面存在的问题,是造成溜井堵塞的主要原因;②矿（废）石的粒度分布特征及其物理力学特性,溜井工程围岩的地质结构特征及其应力场特征,溜井结构、井壁支护强度及其相互关系,是溜井井壁产生变形破坏的主要原因;③矿（废）石在溜井中运动与井壁接触并产生力的作用,使得溜井井壁受到冲击、剪切和摩擦损伤,是溜井井壁产生变形破坏的根本原因;④溜井堵塞后的爆破疏通和临近溜井的掘进爆破,加剧了对井壁的人为破坏。在上述分析的基础上,认为今后溜井问题的研究应着力于：①研究溜井堵塞各影响因素之间的关系,建立相关数学模型,探讨溜井结构及其相关尺寸的设计准则,预防溜井堵塞;②揭示溜井中物料的运动规律及其对井壁的力学作用机理,改善溜井结构及其支护方式,从根本上解决溜井稳定性问题;③研发应力释放技术和高应力环境下的工程支护技术,是解决深埋溜井井壁应力致裂破坏问题的主要研究方向;④从溜井的设计、使用与管理角度预防溜井堵塞,研发溜井堵塞的非爆破疏通技术,减轻爆破对井壁的损伤。     

主溜井中矿岩三维运动轨迹分析与验证

溜井运输过程中，矿（废）石与井壁的碰撞造成井壁破坏较为严重。确定矿（废）石与井壁碰撞前的运动轨迹和碰撞位置，对于保证溜井井壁稳定性具有重要意义。以某矿山主溜井溜矿段-40~-71 m为例，建立了溜井溜矿段相似试验平台。根据运动学理论，结合相似试验结果，得到矿（废）石与溜井井壁产生首次碰撞前的运动轨迹和三维轨迹方程。研究表明：理论计算得到的矿石冲击位置略低于试验中矿石的冲击位置，误差不超过4.84%，理论计算及试验结果与矿山实际检测结果基本一致。分析结果可为确定溜井井壁的受冲击区域、溜井系统设计与优化、溜井治理与修复、溜井管理方案制定等提供依据。     

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。     

毛公铁矿溜井运输系统的设计优化

为延长毛公铁矿溜井系统的使用寿命和减少溜井开拓工程量,提出了根据地下开采系统各阶段储量分布特征和灵活运用采区溜井系统的溜井运输系统设计优化思路,给出了该矿主溜井系统与采区溜井系统相结合的溜井运输系统实施方案,可使主溜井的高度降低60 m,采区溜井的高度降低60 m,节省溜井系统的开拓工程量;采用75°倾角的主溜井布置方案,以改变溜井中矿、岩流动的运动方向,减轻矿石流对溜井井壁的冲击破坏程度,有利于延长溜井系统的使用寿命。