垂直溜井贮矿段放矿中矿岩运动速度变化特征

为研究溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒运动速度变化特征,采用颗粒离散元数值模拟方法,进行了垂直溜井贮矿段放矿试验,分析了溜井贮矿段放矿过程中整体矿岩速度分布及个体速度变化过程。结合时均化分析方法,讨论了矿岩经过筒仓和放矿漏斗时的时均速度变化特征。研究表明：溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒的瞬时速度始终处于波动状态,其波动特征表现为0～4.0 s内大振幅、波峰波谷明晰;4.0～16.5 s内振幅较小、呈周期性变化;16.5～20.0 s内振幅较大且波峰波谷平均值随时间增长而增大、速度呈明显增长趋势。在筒仓部分矿岩颗粒时均速度接近于恒定,不随放矿时间变化,越靠近筒仓中心线矿岩时均速度越大,到达放矿漏斗所用时间越少;在放矿漏斗部分矿岩颗粒时均速度随放矿时间增加而增大,同时越靠近井壁,时均速度越小,颗粒经过放矿漏斗部分的时均速度明显大于经过筒仓部分的时均速度。     

基于颗粒流方法的端部放矿力链特性研究

为加深对端部放矿矿岩颗粒流动机理的认识，采用颗粒离散方法，通过均匀分布的球形颗粒描述矿岩块构成，设计了具有矿岩散体细观性质的三维无底柱数值模型，进行了放出体流动特性细观分析。利用接触力学方法计算矿岩流动过程中颗粒间的接触力和力网分布特征，计算结果表明：①放矿过程中颗粒间接触力与平均接触力的比值f不受放矿的影响，肯峰值约等于1，在f>1时服从幂函数关系，f<1时呈负指数关系；②颗粒内长度L大于3个颗粒数的力链概率服从e指数关系，一次放矿中力链较长的概率略有降低，但在任意时刻，均随着力链长度的增加而迅速下降；③放矿的全过程中，f∈［1,2］时接触力随出矿次数的增加而线性下降，但f>2时接触力不受放矿影响。     

放矿场动力学响应机理研究的LBM-DEM耦合方法

为了研究自然崩落法放矿场中崩落矿岩的动力学响应机理,将碎石细颗粒流与大块矿岩分别视为非牛顿流体与离散体,并基于LBM-DEM耦合方法实现自然崩落法放矿模拟。从放矿动力学角度对单个矿岩颗粒进行受力分析,根据动量定理推导出总摩擦力及力矩计算公式,并求得颗粒运动方程;根据某矿放矿参数建立单漏斗放矿模型。研究结果表明:放矿口上部存在松散与压缩2种变形,且放矿场内压力因散体矿岩的随机脉动形式随时间呈脉动分布;不同监测点处的压力均在一定的区间内波动,主要与颗粒间的摩擦与碰撞作用产生能量传递与能量耗散有关。该耦合模拟方法在细观尺度上为散体矿岩与细颗粒流的动力学作用分析提供一种新的研究手段,并对研究放矿成拱原因及控制底部结构压力等有指导作用。     

矿石回收率与贫化率关系的实验研究

分析了非均匀崩落矿岩散体在放矿过程中的流动特点，通过相似模拟实验，得出了非均匀矿岩散体在放矿过程中，放出矿石贫化的主要原因是放出口矿岩界面漏斗破裂，而不是矿岩颗粒在下移过程中的相互掺杂；在覆岩废石颗粒粒径大于或与矿石颗粒粒径接近时，采用见到废石漏斗破裂便停止放出放矿方式，可取得较好的放矿指标；当覆岩废石颗粒粒径小于矿石时，由于细小废石颗粒的穿流作用，使放出矿石过早地产生贫化，为了提高矿石回收率，就应该适当地增加废石的混入量，按照低贫化放矿方式直到见到矿岩界面正常到达出矿水平才停止放矿。采用低贫化放矿方式，低的矿石贫化率同样可以达到较高的矿石回收率。     

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。     

非均匀矿岩散体放矿的计算机模拟

分析非均匀矿岩散体在放矿过程中的流动特点，提出非均匀矿岩散体计算机模拟放矿过程的思路，散体堆体由覆盖废石层和矿石层两部分组成的，散体颗粒的粒径组成分成1－10组，用中间值表示每一组颗粒的粒径，颗粒重作圆形单元，它的移动受单元或边界之间的阻碍作用，运动方式有向左移动，向右移动和处于稳定平衡状态，考虑单个颗粒的速度引起的冲击作用以及颗粒的摩擦力，引入调整参数来调整模拟误差。颗粒位移的计算循环是通过一次次的遍历所有颗粒来进行的。     

高溜井粉尘扩散特征试验研究

为了研究高溜井放矿时粉尘分布及扩散特征,采用相似实验的方法,通过改变矿石质量、粒径、连续放矿次数和溜井放矿高度等条件,监测3个中段的粉尘浓度和风速变化。实验结果表明,粉尘浓度、风速最大值随着放矿质量、连续放矿次数及溜井放矿高度的提高而增大,随矿石粒径增大而减小。选用Fluent软件中DPM模型来模拟不同时刻模型整体的压力、风速变化情况。模拟结果表明,随着矿石颗粒从溜井顶端向下做加速运动,越靠近溜井底部压强越大;放矿时间越长,风速值波动越小,斜溜槽内风速值较大。实验研究结果与模拟计算结果具有很好的一致性。     

崩落矿岩散体流动规律研究

从崩落矿岩散体物理力学性质出发，对矿岩散体流动规律进行了理论分析，把矿岩散体流动规律研究分为两个过程：整体流动和细小颗粒渗透流动。通过试验探明了放出体形和大小受矿石块度组成的影响情况；同时，采用不同矿石颗粒和废石颗粒组成，对覆盖岩层下放矿进行室内试验，分析了废石层细小颗粒渗透的过程和机理，以及细小颗粒渗透作用对放矿贫化的影响，为放矿贫化研究提供理论和试验依据。     

急斜薄矿脉崩落矿岩散体流动规律研究

基于内蒙古某金矿实际地质条件及矿岩物理性质,采用颗粒离散元法,对急斜薄矿脉崩落矿岩散体的流动规律进行数值模拟研究。研究结果表明,其颗粒的运动模型可分为倾斜边壁控制区、过渡区及自由下落区;其力的传递模型可分为均匀接触力区、卸压区及不稳定力拱区。在此基础上分析了矿岩摩擦角的变化对放矿过程的影响,尤其是对放矿过程中贫化三角矿体的大小及颗粒间接触力的影响。分析结果表明：1)上下盘围岩的摩擦角δ与矿石散体的摩擦角φ之比越大,贫化三角矿体积越大;2)颗粒间摩擦角越大,则颗粒间接触力越大,放矿过程中不稳定力拱的产生与崩塌越频繁,越容易产生稳定拱。最终,根据所得研究结果,提出了优化采场结构参数,降低矿石损失贫化的方法。     

覆盖岩层下矿岩流动过程数值模拟

利用离散元中刚性块体模型，模拟了多种放矿制度下，覆盖岩层与矿石的相互作用及移动过程，反映了矿岩的流动特点和接触线变化过程。研究表明，用离散元方法模拟非均匀矿岩散体运动过程是适合的，能够用于采场结构参数优化、出矿方式选择、放矿管理和对矿石的损失与贫化指标进行预测。     

基于PFC~(3D)数值模拟的金山店铁矿东区合理覆盖层厚度研究

覆盖层在无底柱分段崩落采矿法开采中起着重要作用,既要为挤压爆破和端部放矿创造必要条件,还需保证崩落法生产的安全性,选择合适的覆盖层厚度对矿山开采具有重要意义。首先,根据金山店铁矿东区采场结构参数,利用椭球体放矿理论计算出合理覆盖层厚度为20 m,并以覆盖层充当缓冲层时覆盖层厚度计算公式验证了该厚度能满足安全要求;其次,利用PFC~(3D)数值模拟软件进行三轴压缩试验找到与金山店铁矿东区岩体力学强度参数相匹配的矿岩颗粒微观参数;最后,根据矿岩微观参数建立放矿数值分析模型,通过选取的不同覆盖层厚度进行模拟放矿,依据放矿后矿石的回收率和贫化率大小来分析覆盖层厚度对开采指标的影响,认为20 m厚度覆盖层条件下的矿石回收率和贫化率达到最优值。理论计算和数值分析表明,金山店铁矿东区崩落法开采时覆盖层厚度取20 m,可取得较好的技术经济效果并保证采场安全。     

铜坑矿放矿试验研究

为了解决铜坑矿放矿过程中矿石贫化的问题,开展了放矿方式的物理试验模拟研究。并利用大型物理放矿模型,分别进行了平面放矿和斜面放矿两种不同放矿试验;然后以矿石回收率和贫化率为检测指标,对所得结果进行比较。在铜坑矿推行斜面放矿方式是可行的,并推荐采用斜面放矿方案。     

大厂铜坑矿放矿试验研究

为了解决大厂铜坑矿放矿过程中矿石贫化的问题,开展放矿方式的物理试验模拟研究。利用大型物理放矿模型,分别进行平面放矿和斜面放矿两种不同放矿试验,然后以矿石回收率和贫化率为检测指标,对所得结果进行比较。结果表明,在大厂铜坑矿推行斜面放矿方式是可行的,推荐采用斜面放矿方案。     

低贫化放矿与放出矿石块矿率的关系

通过分析覆岩下放矿时矿岩颗粒在运动场中的移动分布规律以及低贫化放矿时放出矿石与矿石块矿率的关系,提出了提高放出矿石块矿率的可行途径。     

基于 PFC2D 的落矿组拱力学特征数值模拟研究

针对崩落法放矿过程中矿块组拱阻塞问题,采用 PFC2D 离散元数值模拟软件,对不同颗粒级配下的矿 石散体在落矿过程中产生组拱现象及其力学性质进行了研究。 研究表明:颗粒级配对于组拱现象的影响是矿石散体 中大颗粒占比高于 40%时,组拱现象发生,并且随着大颗粒占比的增加,组拱发生的概率和稳定性随之提高。 通过对 保安矿柱斜面应力的监测,在进路完整出矿过程中,应力先减小后增加,应力减小阶段为纯矿石铲出阶段,应力增加 阶段为废石混入阶段,当出现组拱现象时,形成不稳固、中等稳固、极稳固 3 种状态组拱结构,其形成时间节点依次提 前。 通过对散体内部颗粒间接触应力的监测,进路出矿对于上部的应力有卸荷作用,正常出矿状态下,应力峰值位于 保安矿柱上部区域,当组拱结构形成之后,峰值下移至组拱结构处,由于组拱形成时间节点的不同,造成上覆矿岩散 体剩余量不同,随着组拱结构稳固性的提高,组拱处的接触应力也逐渐增加,而无组拱进路的出矿工序也会对组拱进 路上方的放矿椭球体产生影响,使其逐渐向无组拱进路发生倾斜,直至椭球体瓦解。     

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。     

铲入深度对无底柱分段崩落法放矿效果的影响

针对无底柱分段法采矿损失贫化大这一技术难题,采用大结构参数单漏斗放矿模型,研究了放矿过程中铲入深度对放出矿石量、矿石回收率及混岩率等指标的影响。结果表明:放矿端部正面废石会早于顶部废石侵入放矿过程;当铲入深度较小时,混岩率增加速率比较缓慢,放矿口会频繁出现结拱;随着铲入深度的增加,混岩率增加速率增大,且放矿口不易出现结拱;同时发现,放矿口矿岩的不均匀的流动是正面废石较早和大量侵入放矿过程的一个重要影响因素。