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。     

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出体形态的影响

崩落体、放出体和崩矿步距之间的相互制约关系影响着无底柱分段崩落法放矿过程中的损失贫化。以大结构参数单进路放矿试验为基础,进行了3.6 m崩矿步距条件下5种不同铲入深度的物理模拟放矿试验。通过放出标志颗粒的位置信息获取内部滑移面的位置,研究了铲入深度对放出体发育形态的影响,并分析了铲入深度与放出体之间的关系以及放出体与崩矿步距的匹配关系。结果表明：①3.6 m崩矿步距、5种不同铲入深度条件下,沿进路方向放出体发育的轮廓都大于崩落体的轮廓;②铲入深度对放出体形态的发育有一定影响,放出体发育高度随铲入深度增大呈先增加后减小的趋势,放出体沿进路方向的发育宽度呈增加趋势,从纯矿石回收量、矿石回收率方面分析,铲入深度为5.32 m较好,相应的回收率为57.74%。     

高阶段崩落法放矿规律的研究与应用

本文根据高阶段崩落法放矿的放出体实验现象,分析了高阶段崩落法放矿的放出体形状与通常椭球体形状之间具的有规律性误差,进而对高阶段崩落法放矿的放出体形状、放出体基本特点与性质,及放矿过程中的颗粒移动规律进行了探讨,并应用这一放矿规律进行了阶段自然崩落法覆盖岩下放矿的计算机模拟。     

铲入深度对无底柱分段崩落法放出体形态的影响

崩落体、放出体和崩矿步距之间的相互制约关系影响着无底柱分段崩落法放矿过程中的损失贫化。以大结构参数单进路放矿试验为基础，进行了3.6 m崩矿步距条件下5种不同铲入深度的物理模拟放矿试验。通过放出标志颗粒的位置信息获取内部滑移面的位置，研究了铲入深度对放出体发育形态的影响，并分析了铲入深度与放出体之间的关系以及放出体与崩矿步距的匹配关系。结果表明：①3.6 m崩矿步距、5种不同铲入深度条件下，沿进路方向放出体发育的轮廓都大于崩落体的轮廓；②铲入深度对放出体形态的发育有一定影响，放出体发育高度随铲入深度增大呈先增加后减小的趋势，放出体沿进路方向的发育宽度呈增加趋势，从纯矿石回收量、矿石回收率方面分析，铲入深度为5.32 m较好，相应的回收率为57.74%。     

某铁矿矿岩中含水量对放出体形态影响的试验研究

合理的采场结构参数和放矿管理可以取得较好的矿石贫损指标,矿岩放出体形态对采场结构参数优化调整及放矿管理尤为重要。为研究某铁矿矿岩中含水量与放出体形态的关系,在不同含水量条件下（含水量ω分别为0、4%和6%）,对取自该铁矿井下采场的矿岩材料进行了单体放矿物理相似模拟试验。结果表明：①沿进路方向,矿岩中含水量对放出体形态的影响较小,但随着含水量的增加,顶部矿石在放出矿石量中占比越来越大;②在垂直进路方向,当矿岩中不含水时,放出体形态接近椭圆,矿石放出效果好;ω=4%时,放出体下部偏“瘦”,表明侧面矿石放出困难;ω=6%时,放矿过程中多次出现矿石成拱堵塞现象,导致放出体形态异常;③降低矿岩散体中的含水量有利于无底柱分段崩落法爆堆中矿岩散体连续、顺利放出。     

某铁矿矿岩中含水量对放出体形态影响的试验研究

合理的采场结构参数和放矿管理可以取得较好的矿石贫损指标，矿岩放出体形态对采场结构参数优化调整及放矿管理尤为重要。为研究某铁矿矿岩中含水量与放出体形态的关系，在不同含水量条件下（含水量ω分别为0、4%和6%），对取自该铁矿井下采场的矿岩材料进行了单体放矿物理相似模拟试验。结果表明：①沿进路方向，矿岩中含水量对放出体形态的影响较小，但随着含水量的增加，顶部矿石在放出矿石量中占比越来越大；②在垂直进路方向，当矿岩中不含水时，放出体形态接近椭圆，矿石放出效果好；ω=4%时，放出体下部偏“瘦”，表明侧面矿石放出困难；ω=6%时，放矿过程中多次出现矿石成拱堵塞现象，导致放出体形态异常；③降低矿岩散体中的含水量有利于无底柱分段崩落法爆堆中矿岩散体连续、顺利放出。     

基于PFC3D的崩落法采场放矿步距优化研究

无底柱分段崩落采矿法结构参数是影响放矿损失与贫化的重 要 因 素.以 某 矿 山 崩 落 法 采 场 为 工 程 依 托,基 于PFC３D软件,建立崩落法采场三维单体数值模型,保持分段高度(２１m)与进路间距(２０ m)不变,对放矿步距进行了优化研究.结果表明,放出体的高度随着放矿步距的增加而有所增加,但当达到５．０m 放矿步距后变化不大;随着放矿步距的增加,近椭球体形态的放出体由“短粗”向“瘦长”发育.综合考虑回采率、贫化率与回贫差指标,放矿步距合理范围宜为５．５~７m.随后建立物理相似模型,取不同的放矿步距进行试验,结合实验室物理放矿结论与三维单体放矿数值模拟结论,得到２１m×２０m 采场结构参数下,以矿石回采指标为比较对象,最优放矿步距范围宜为５~６m.     

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。     

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。     

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。     

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。     

无底柱分段崩落法放矿的数值模拟及模拟程序

无底柱分段崩落法放矿的研究中,大都使用模型实验方法,分析研究矿石损失贫化与结构参数等的数值关系。模型实验法有两个难处:第一,必须用立体模型进行实验,实验准备及实验的工作量很大;第二,难于给出崩落矿岩移动过程,亦即不能给出矿石损失贫化过程,只能给出结果——损失贫化值。我们在研究无底柱分段崩落法放矿时崩落矿岩移动规律的基础上,推导出崩落矿岩的移动方程,并以此为数学模型,建立了数值模拟放矿理论体系,用以模拟放矿过程。数值模拟放矿不仅可以用来预测矿石损失贫化值,完成模型实验的功能,同时还可以揭示     

进路宽度与边孔角对放矿效果的影响

无底柱分段崩落法广泛应用于国内地下铁矿山,具有 开采效率高、成本低等优势,但矿石损失贫化大。通过多组 进路宽度、边孔角放矿试验,从矿石贫化率、矿石回收率及结 合放出体形态发育特征探究放矿指标变化原因。结果表明: ①随着进路宽度边孔角的增加,矿石回收率随之增大,边孔 角每增加10°,矿石回收率平均增加约3.13个百分点;进路 宽度每增加0.5m,矿石回收率增加约0.82个百分点,当进 路宽度为5.5m、边孔角为55°时,矿石回收率最高;②贫化 率随着边孔角、进路宽度的增加呈先增加后减小的趋势,当 进路宽度为4m,边孔角为25°时贫化率最高,其中进路宽度 对贫化率影响明显;③进路宽度、边孔角越大,放出体形态高 度发育速度减慢,横向轴长发育速度增快,对纵向轴长发育 速度影响不大。放出体形态的变化导致顶部废石量减少,放 出矿岩量增加进而影响放矿指标。     

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。     

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。     

出矿截止品位对放矿效果的影响

出矿截止品位是影响无底柱分段崩落法放矿效果的重要因素之一,为研究放矿效果,以单分段单进路无底柱分段崩落法放矿为研究对象,结合物理模拟试验,进行不同出矿截止品位下的放矿试验,揭示出矿截止品位对放出矿岩量、回收率和贫化率等放矿指标的影响特征.研究发现:在当前分段高度20 m、崩矿步距3 m的条件下,放出矿岩量超过2400 g后,正面废石混入,每放出1000 g矿岩,当次矿石品位下降约6％;放出矿岩量超过5500 g后,当次出矿品位达到75％,此时顶部废石开始混入,每放出1000 g矿岩,当次矿石品位下降约12％,在当前采场结构条件下,出矿截止品位每增加10％,贫化率和回收率分别降低3.2％、4.6％.随着出矿截止品位的增加,矿石量和回收量降低速度逐渐增加,放出废石量和贫化率降低速度逐渐减小;控制出矿截止品位可以改善放矿效果,降低矿石损失及贫化,矿山工作人员可以通过放出矿岩总量判断回采进路内矿石品位是否到达出矿截止品位.     

某铜矿自然崩落法聚矿槽合理尺寸参数研究

自然崩落法矿山中聚矿槽尺寸对放矿生产有着重要作用。为明确国外某铜矿的聚矿槽合理尺寸参数，并探明聚矿槽尺寸对矿岩流动特性影响规律，本文利用PFC3D软件构建单放矿口和多放矿口两种模型进行研究。结果表明：在放矿前期，放出体形态受到聚矿槽尺寸影响较为强烈，随着放矿高度的增加，影响逐渐减弱，直至放矿高度达到150m后，聚矿槽尺寸对放出体形态及尺寸不产生影响；多放矿口同时放矿情况下，随着放矿高度的增大，各放矿口之间由相互独立放矿转变为相互影响的状态，相邻放出体也逐渐合并。同时，聚矿槽上口尺寸越小，矿岩流动越不均匀，放矿末期，顶部废石更易混入聚矿槽内；模拟得到了该矿聚矿槽上口尺寸15m时有利于减小矿石的损失和贫化。     

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。