低贫化放矿矿石覆盖层合理厚度研究

预留矿石作为覆盖层是实现低贫化放矿的途径之一,为了使其降低矿石损失贫化的作用得以充分发挥,有必要对其预留厚度进行进一步研究。基于低贫化放矿原理,以纯矿石放出体尽可能大、放矿过程中矿石覆盖层厚度维持不变为原则,总结出合理厚度的计算方法,即在随机介质放矿理论的基础上考虑单次出矿量,首先确定出合理的放出体高度,再由此确定矿石覆盖层的厚度。以程潮铁矿西区矿柱回收采场为算例,计算得放出体高度为28 m,矿石覆盖层厚度为40 m,并设置室内放矿实验验证其可靠性。实验结果表明,矿石覆盖层厚度达到40 m时,矿石回收率和废石混入率都取得较优水平,矿岩界面起伏程度相对较小,说明此理论计算方法是可靠的。     

基于试验台的真空管道交通系统气动特性研究

为了对真空管道交通系统进行试验研究,基于机械设计系统理论,设计了真空管道交通系统试验台。这一试验台由主体结构、密封单元、数据采集处理单元和传动单元四部分组成。基于此试验台,从气动阻力和气动生热两方面对真空管道交通系统的气动特性进行了研究。     

低温热力耦合下岩体椭圆孔(裂)隙中冻胀力与冻胀开裂特征研究

寒区岩体工程含水孔(裂)隙中低温水冰相变会产生冻胀力与温度应力,岩体冻融损伤与断裂是由温度应力和孔(裂)隙中的冻胀力共同作用的结果。考虑温度应力对椭圆孔(裂)隙形变的影响,推导了椭圆孔(裂)隙中的冻胀力解析方程;基于最大拉应力准则,得到了低温热力耦合下椭圆孔(裂)隙周围最大拉应力与冻胀开裂角,建立了椭圆孔可简化为椭圆裂隙进行冻胀计算的临界条件;最后采用改进的等效热膨胀系数方法对隧道单裂隙围岩冻胀力与裂隙尖端应力场进行了数值分析。研究结果表明:(1)椭圆孔中的最大冻胀力与岩石的热膨胀性、裂隙倾角和裂隙长短轴比χ等因素有关;(2)长短轴比χ≥10的扁平椭圆孔可简化为裂隙进行计算分析,此时冻胀基本发生在裂隙尖端且尖端拉应力集中明显;(3)改进的等效热膨胀系数方法可以很好的模拟裂隙中的冻胀力与裂尖应力场。     

基于RES理论的岩石可钻性综合预测研究

岩石的可钻性研究对于矿山凿岩效率和采矿作业成本有着直接影响。目前,实现可钻性分级的模型和方法大多依赖于各项岩石物理力学参数和各类统计分析方法,存在一定的局限性。岩石可钻性不仅是岩石单方面的属性,而且反映了岩石与钻具相互作用的综合特性。基于岩石工程系统(Rock Engineering System,RES)理论,将各项岩石力学性质和凿岩施工参数综合考虑为一个完整系统,采用人工神经网络编码法构建整体交互作用强度矩阵GRSE,建立了岩石可钻性分级综合预测模型,揭示了各个影响因素之间复杂关系以及对岩石可钻性的影响程度,并将其应用于程潮铁矿-430 m水平工作面的中深孔凿岩台车施工作业。结果表明:岩石质量指标(RQD)、石膏含量、铁矿石品位、冲击压力对矿岩可钻性具有重要影响。在上述分析的基础上,综合讨论了该水平的矿岩物理力学性质、矿物组分含量和凿岩工作参数,并根据矿岩可钻性级值对该水平进行了区域预测分级,现场据此优化了凿岩参数和工艺,提高了台班穿孔工程量。     

基于未确知聚类法的底板采动破坏深度动态预测

根据微震监测结果,利用未确知聚类优化法,选取采深、煤层倾角、采厚、构造影响程度4个主要影响因素作为判别指标,建立煤矿底板采动破坏深度动态预测模型。利用微震实测的18组数据作为训练样本,以样本均值为聚类中心,采用信息熵理论确定各判别指标的权重,通过计算样本的多指标综合测度与所属类别样本均值乘积之和获得底板采动破坏深度的预测值,并对样本数据进行逐一检验。为进一步验证该方法的可靠性,另选5组样本进行预测,将预测值与微震实测结果做了比较。研究结果表明:底板采动破坏深度的预测值与实测值的平均相对误差不超过1%,底板采动破坏深度动态预测模型是可靠实用的,可以在同类矿山进行推广应用。     

基于因子分析的PSO-ELM岩溶发育预测模型研究

岩溶发育是由多个影响因素共同作用的结果，具有成因复杂、隐蔽性强等特点，对地面设施和人员安全构成了潜在威胁。对岩溶发育进行评估及预测，可以在岩溶致灾前采取预防措施，减少岩溶灾害带来的损失。以武汉市某岩溶区工程为例，对岩溶区溶洞的赋存规律进行分析，确定地下稳定水位埋深、覆盖层厚度、基岩层数等9个影响因素，利用因子分析提取5个公因子，提出了一种在因子分析的基础上利用粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)的岩溶发育预测模型，利用现场的60组实测数据作为样本进行学习预测，以其中50组作为训练集，其余10组作为测试集，对预测模型的精度进行验证，结果表明：PSO-ELM预测模型的预测值与实际值吻合较好。将PSO-ELM预测模型与ELM预测模型的预测结果进行对比分析，发现PSO-ELM预测模型的精度更高。     

程潮铁矿深部开采塌陷坑移动规律研究

程潮铁矿进入围岩性质复杂多变的深部开采环境,塌陷坑移动变化规律与浅部不尽相同,以致无法准确预测周边地表重要建筑物的稳定性。为保证新副井和塌陷区周边地表重要构筑物安全,基于室内相似模拟试验和数值模拟方法,对-500 m以下深部开采塌陷坑移动规律进行了研究,分析了塌陷坑移动角和远近地表围岩随开采深度的变化规律。研究表明：①-500 m以下矿体崩落开采造成的地表塌陷变形逐步往上盘转移,上盘移动角呈现增大趋势,地表移动范围未超出初期设计值;②开采初期下盘所受影响较大,随着开采推进,影响逐步减弱;③整个开采阶段,远近地表区域围岩应变表现出不同的变化规律;④至开采结束,地表新副井区域倾斜值达到0.017 mm/m,超出临界影响标准值,表明开采会对新副井带来一定程度的影响。依据不同开采阶段对新副井的影响程度,提出了新副井稳定性控制措施,研究结果对于程潮铁矿深部安全开采工程有一定的指导意义。     

崩落法放矿过程中充填体细颗粒运移特征研究

由于选厂搬迁,程潮铁矿西区保安矿柱由充填法转为崩落法开采,原充填体人工矿柱在崩落法开采过程中易产生粒化,导致矿石贫化,因此,亟需开展崩落法放矿过程中充填体细颗粒运移规律研究,为崩落法开采工艺参数确定提供理论支撑。利用PFC3D离散元软件制定充填体细颗粒运移初步试验与全面实验方案,对放矿过程中不同块度充填体细颗粒在矿石覆盖层中的渗移过程进行模拟,并开展不同放矿时期细颗粒运移特征研究。研究结果表明:①块度在0.3～0.7 m的充填体在放矿过程中更容易发生细颗粒渗移,造成矿岩覆盖层的混杂;②覆盖层散体与充填体的块度均对细颗粒渗移有显著影响,覆盖层散体块度的影响是高度显著的;③不同放矿时期细颗粒的运移方式有显著不同,且细颗粒的速度与其所处的相对位置有关。在此研究基础上建议将采场上方的矿石隔离层进行诱导冒落,合理控制其块度以减少细颗粒渗移现象的发生。     

基于D值理论的微震监测台网优化布设

基于D值理论,考虑矿山工程实际情况,引入微震事件概率因子、监测区域重要性因子和台网布设可行性因子重新构建了台网优化目标函数.以某磷矿顶板突水的微震监测为例,对全矿区按照监测区域重要性、台网布设可行性等因素进行分区,采用专家权重法分别给出了相关因子的参考值.按照影响因子取值差异将整个监测区域再次分区,给出了分区后目标函数的积分形式,其中各监测区域控制点坐标即为相应的积分上下限.基于文中提出的微震监测网络的动态优化设计原则,最终给出了该磷矿微震监测台网布设方案.爆破试验表明,本文提出的台网布设方案具有一定的合理性和准确性,三个坐标方向的平均定位误差为6.74 m,最大为10.05 m,空间定位误差为12.51 m,定位精度可满足工程监测需要.      

基于协同度测度模型的充填采矿法优选

程潮铁矿-430~-500 m矿体将使用崩落法和充填法协同开采,以同时兼顾技术经济和采场稳定性,为此以技术经济子系统和采场稳定性子系统构建了崩落法和充填法协同开采的协同度测度模型来进行方案选择。结果表明,基于协同度测度理论,3种采矿方案中方案3上向水平分层充填法和无底柱分段崩落法协同开采最优,方案1下向水平分层充填法和无底柱分段崩落协同开采次之。