矿柱偏心承载特性与失稳破坏机制研究

荷载重心与矿柱截面形心不重合的偏心承载普遍存在于地下开采工程之中。为揭示矿柱偏心压缩承载特性与失稳破坏力学机制,采用一种模拟偏心压缩的试验装置,开展了5组不同偏心距条件下矿柱轴向压缩试验,得到了偏心压缩时矿柱抗压强度及失稳破坏特征。利用MV-XG280相机监测了加载过程中矿柱表面的散斑图像,结合数字图像相关方法分析了偏心距为1/6矿柱宽度时,其表面位移场与应变场演化过程,研究结果表明：(1)矿柱的抗压强度和弹性模量随偏心距增加呈降低趋势,偏心距越大矿柱越容易达到强度极限而破坏,与均匀压缩相比,偏心荷载作用大大降低了其承载能力；(2)偏心荷载下矿柱的破坏特征为小偏心受压破坏和大偏心受拉破坏。偏心压缩使矿柱受力和力矩的共同作用,表现出偏心距越大整体弯曲变形程度越严重。(3)偏心距为矿柱宽度的1/6时,位移场及应变场反映了试件变形破裂的演化过程,随着荷载的增加,位移场最大位移区域进一步集中,应变场出现明显的局部化带,形成最终导致矿柱破坏的宏观裂隙。     

卸矿高度对溜井卸矿冲击夯实作用效果的影响

溜井卸矿过程中矿岩的冲击夯实作用会引发溜井堵塞、井壁损伤等问题,影响矿山安全高效生产。卸矿高度是影响溜井卸矿冲击夯实作用效果的主要因素之一。为探究其影响特征,以孔隙率变化量、井壁冲击力峰值作为评判标准分别表征卸矿对储料的夯实效果和对井壁的冲击效果,采用PFC2D建立了溜井卸矿数值模型,模拟了6种卸矿高度下的冲击夯实作用过程,分析了卸矿高度对孔隙率变化量、井壁应力峰值的影响特征。研究发现:(1)储料孔隙率变化量、井壁冲击力峰值与卸矿高度呈正相关,与所测量范围到储料面的距离呈负相关;(2)降低卸矿高度可以减小卸矿过程中的夯实范围及效果,在贮矿段直径6m、贮矿高度24m等条件下,距离储料面5m范围内随着卸矿高度降低,对储料的夯实效果也明显减弱,其余范围内夯实效果受影响程度较小;(3)降低卸矿高度可以减小卸矿对井壁的冲击效果,在当前溜井结构参数下,储料面以下9m范围内井壁冲击力峰值受卸矿高度的影响程度显著,其余范围内受影响程度较小;(4)矿山可采用降低卸矿站与溜井贮矿段储料面间的高度落差、减少一次卸矿量、支护井壁等措施降低或预防冲击夯实作用对溜井系统带来的负面影响。     

基于勒让德多项式逼近的钻孔岩性分布特征预测模型

露天开采过程中,根据已知岩层特征信息,预测待穿孔位置的矿岩层岩性分布特征,有利于适时动态调整穿孔钻机的钻速及钻压,提高露天矿山穿孔速度。以勒让德多项式为基础,结合概率密度多项式函数逼近法和最小二乘法,建立了露天矿钻孔岩性特征预测模型和计算方法,并根据某铅锌矿的勘探钻孔信息,对预测模型进行了验证。结果表明：建立的钻孔岩性分布特征预测模型能够根据已知的钻孔岩层特征信息,预测出两个钻孔之间任意位置的岩性分布特征,预测结果的最大误差为3.12%,精度能够满足露天矿山穿孔作业对岩性分布特征预测的需要;建立的预测模型对于层状分布的岩层有更强的适用性。     

地下开采扰动下高陡边坡稳定性研究

针对露天转地下过程中境界下矿体上向进路充填方案,采用数值分析方法,开展地下开采方案对露天边坡稳定性影响研究,完成了离散元大变形数值模拟、有限元静力、爆破动载荷下边坡稳定性计算.计算结果显示垂直矿体走向布置,采高4m采宽4m的进路式回采,采用隔一采一的回采顺序,C20素混凝土及时充填进路的开采方案,当露天边坡的安全系数为1.50时,在距离边坡最近的采场进行生产作业,塑性区尚未贯通,未产生贯通的滑移带.在爆破动载荷下,距边坡最近点坡脚处产生的震动速度为3.2cm/s,小于边坡安全允许规程.离散元计算结果显示,境界下矿体回收后边坡安全系数虽下降到1.453,但边坡仍属于一级边坡.截至2011年5月,境界下矿体回收充填完毕,边坡工程稳定性良好,未出现滑坡、坍塌、下沉等工程灾害.     

溜井放矿颗粒运动特征分析的离散元方法

为了解溜井内颗粒物料运动特征，利用颗粒离散元方法和Hertz-Mindlin非线性接触模型，考虑井壁形貌特征和溜放矿块粒级组成，建立了井壁起伏差服从正态分布的非光滑井壁溜井和铲运机球形随机颗粒群放矿数值分析模型，用该模型对溜井不同区段内颗粒群碰撞及运动规律统计特征展开了分析。结果表明：①颗粒对溜井壁的碰撞源于颗粒脱离铲斗时速度的不一致性，碰撞自井口开始至井深-18~-30 m处达到碰撞频数最高值；②颗粒碰撞频发区为井口以下至2/3井深，该区域内颗粒的平均速率低且变化较小，井壁受损程度主要受颗粒对井壁碰撞频数影响，此后颗粒平均速率快速增长；③铲斗翻转速度对颗粒碰撞井壁的频数和平均速率的影响不明显，减缓铲斗翻转速度致使颗粒对井壁的碰撞集中区域下移；④井壁两侧受碰撞的频数变化受井壁起伏差影响较大，且碰撞总频数随井壁起伏差的增加而增多。     

基于声发射实验岩石破坏前兆特征研究

在单轴加载条件下,进行岩石破裂失稳全过程声发射实验研究,得到岩石破裂过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间的关系。选取累计AE数、AE能量释放率、震级-频度关系中的b值随时间的变化规律研究了岩石失稳破坏的前兆信息。结果表明：在初始加载阶段,声发射数量很少;在岩石弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,累计声发射数快速增加;声发射能量在岩石破裂过程中相当长的一段时间内保持低释放率,而在破坏前释放明显;在岩石失稳破坏前,b值出现快速下降现象,多数岩石试件声发射b值岩石破坏前下降到最低值。这些前兆特征可以为现场岩体声发射监测预报技术的应用提供依据,以提高岩体稳定性监测预报的准确率。     

中厚倾斜矿体卸压开采设计数值模拟研究

针对谦比西铜矿矿体与近矿围岩稳定性差,受地压影响严重,进路屡遭破坏等问题,应用2D-数值分析软件,对不同开挖方式下岩体应力场变化规律和分布特征、卸压过程的力学机制、采场结构的及参数优化进行了数值模拟研究。结果表明,沿脉布置1条进路,增大空区跨度和减小空区高度的采场结构方式可以实现卸压开采的目的。在谦比西铜矿矿体所具备的倾角厚度条件下,进路布置在距矿体下盘6 m处,回采后可使下分段进路处的垂向应力降低18%,能够满足卸压及经济效益2方面的要求。     

地下选厂硐室开挖过程围岩应力动态分布特征分析

针对张家湾地下选矿厂开挖引起的围岩应力变化及相关力学问题,采用FLAC^3D数值分析方法,研究了阶梯形硐室群随开挖工作面推进的围岩应力场变化特征和主应力旋转变化特征。结果表明,围岩应力场的扰动主要集中在开挖工作面前后各约0.5倍硐室宽度范围内;开挖面前方硐室顶部和底部的偏应力高度集中,开挖面后方边墙部位的偏应力在一定范围内递增;主应力旋转主要位于工作面前方,但不同的初始主应力分布会导致不同的应力分布规律。     

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。     

无底柱分段崩落法崩落体形态的研究现状与展望

无底柱分段崩落法的最显著缺点是损失贫化大,主要由覆盖岩层下放矿引起。崩落体是放矿的对象,充分认识崩落体的形态对降低矿石损失贫化有着重要意义。在分析崩落体形态影响因素的基础上,从崩落体形态的试验研究、崩落体形态对放矿效果的影响等方面总结和探讨了其研究现状。崩落体形态受爆破参数、矿体及覆岩性质、松动体、放出体、残留体、采场结构参数与放矿工艺等的影响。目前,现场准确实测是崩落体形态研究的难点,物理模拟、数值模拟是崩落体形态研究的主要手段,寻求合适的爆破替代手段是提高物理模拟与生产实际相似性的关键。崩落体几何形状、块度组成、崩落体陷落区等均对放矿效果产生影响,应将回采过程看成一个有机整体,进一步定量研究放出体、松动体、崩落体三者之间的关系机理,从而获得最佳的放矿效果。