崩落矿岩散体密度场特征

崩落矿岩散体被视作连续介质,从场论的观点出发,系统研究了无限边界条件下崩落矿岩散体移动场的密度场。散体在底部放出口放出过程中,散体移动场中存在散体移动场和散体静止场,且两场在移动边界上必保持连续。在散体移动场中,对于理想散体,密度场为均匀场和定常场;对于实际散体,密度场为非均匀场和不定常场。在散体静止场中密度场为均匀场和定常场。论文介绍了理想散体和实际散体移动场密度方程,并对散体移动场的密度场特征进行了系统总结和论证,具有较高的理论价值和参考价值。     

无底柱分段崩落法采场结构参数确定方法研究

基于放矿随机介质理论,分析了直立端壁条件下矿岩散体速度场的空间分布形式及散体场内各处颗粒的移动状态,指出散场移动场内存在明显的有效移动带.矿岩散体的移动速度决定其放出时间,速度大的颗粒放出时间早,处于有效移动带内的崩落矿石散体放出比较容易,而处于有效移动带以外的散体因速度小不易放出,若继续放出则需以大贫化为代价.由此提出根据崩落矿岩散体有效移动带设计采场结构参数,给出了无底柱分段崩落法采场结构参数的近似计算公式,实践证明,近似计算结果是合理的.     

崩落矿岩移动的应力场研究

从微观角度对崩落矿岩散体进行了受力分析,建立了矿岩散体移动的应力方程表达式,为从力学机理上科学地解释放矿中出现的各种现象提供了理论基础。崩落矿岩移动应力方程的建立填补了放矿理论对散体应力场研究的空白,推动了放矿理论研究的发展。     

崩落矿岩散体本构关系研究

针对崩落矿岩散体的结构特征,从影响崩落矿岩散体物理力学性质的组构特征出发,利用统计理论、散体力学理论对崩落矿岩散体的物理力学性质进行研究.从崩落矿岩散体的微观结构出发,建立了崩落矿岩散体的刚性接触模型,将颗粒间的接触力同局部应力联系起来,建立了崩落矿岩散体的局部本构模型.以崩落矿岩散体局部本构关系为基础,建立了崩落矿岩散体的二维、三维本构模型,揭示了放矿过程中崩落矿岩散体的强度与流动本质.     

端部放矿随机介质理论方程

端部放矿理论研究是放矿理论研究的重心.应用随机介质理论,基于散体随机移动与移动概率分布的一致性关系,且考虑散体二次松散的影响,建立了端部放矿时矿岩散体移动概率密度方程、颗粒移动迹线方程、速度场方程、移动漏斗方程、放出体方程,比较全面地考虑了采场放矿边界因素与散体流动参数对移动规律的影响.各方程中相应参数的物理意义较为明确,并且与模拟放矿实验结果符合良好,对无底柱分段崩落法采场设计和放矿控制具有指导意义.     

随机介质放矿理论的检验

为推动放矿理论的发展,建立比较完善的放矿理论体系,对目前比较新的随机介质放矿理论进行了评价,以检验其理论的完备性。随机介质放矿理论采用概率论方法研究崩落矿岩的移动规律,建立了表述散体移动特征的放出体形方程、速度方程,给出了散体移动时散体场特征和移动边界方程。该理论本质上仍然属于连续介质放矿理论,因此必须接受连续介质放矿理论的5条检验准则的全部检验。检验结果表明,随机介质放矿理论只能部分通过检验,从而说明随机介质放矿理论的不完备性,为建立系统的、完备的放矿理论提供了理论依据。     

影响有底柱崩落法采场地压活动因素的试验研究

本文从物理模拟试验出发,研究了崩落矿岩高度和矿块水平尺寸对有底柱崩落法采场散体地压影响的规律,并提出了采场地压管理的建议。     

无底柱分段崩落法端部放矿口的影响机理研究

目前，大型凿岩设备和无轨出矿设备在无底柱崩落法中得到普遍应用，大型设备运行的采场进路断面也相应增大。本文分析了端部放出口散体流动速度分布，揭示了端部放矿条件下放出口沿进路方向的散体有效流动范围，进路宽度及出矿方式对放矿的影响。指出增大放出口散体的有效流动范围，有利于顶部矿岩平稳下降。实际放矿中，应尽量增大铲运机的铲入深度，出矿方式应保持全断面均匀出矿，可使矿岩散体层平整与均匀下降，是降低矿石贫化与损失的有力措施。     

崩落矿岩散体移动密度场及速度场

研究散体移动密度和速度场是放矿理论的重要内容之一，本文基于随机介质放矿理论提出了膨胀散体移动密度函数和等密度体方程、移动速度函数，并对移动场进行了分析。     

矿岩移动规律基本方程的建立及其讨论

本文在类椭球体放矿理论矿岩移动规律基本方程的基础上继续对矿岩移动规律进行研究,建立了实际散体移动规律基本方程的一般形式并对该方程进行了讨论,结果表明实际散体移动规律基本方程的一般形式包含了实际散体移动规律基本方程的特殊形式,且在一定条件下可以转变成理想散体移动规律基本方程,能够反映矿岩移动的基本规律。     

大采高综放开采顶煤放出的煤矸流场特征研究

采用理论和散体模型实验分析了大采高综放开采放煤口参数、采放比、放煤工序和放煤步距对煤矸流场的影响.大采高综放开采煤矸流场特征主要表现为:1)支架移架使顶煤放落后顶煤层位线和煤矸分界线的斜率变陡,明显比普通采高条件下的斜率大;2)放煤过程中煤矸的流动速度变快,在相同放煤步距条件下,在采高水平上煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小;3)受采放比、掩护梁角度和放煤口尺寸影响而易于混矸.合理放煤步距移架后放煤前的煤矸分界线应略偏后于尾梁下部边界.基于以上研究结果.确定了大采高低位综放开采给定采放比、放煤口尺寸和煤矸块度条件下最佳放煤工艺参数.     

低位综放开采顶煤放出的散体介质流理论与应用

由于放煤口布置方向的差异，放矿椭球体理论的适用条件与低位放煤综放开采的放煤过程有本质差异，因此基于模拟试验、FLAC计算、离散元模拟计算和现场观测，提出了散体介质流理论模型，揭示了低位综放开采中顶煤流动与放出的真实过程，并且成功地指导了现场放煤工艺与参数的确定。     

崩落回填区渗流场与应力场耦合有限元分析

以金山店铁矿崩落回填区为例,建立了崩落回填区渗流与应力耦合的数学模型,分析了渗流场与应力场耦合特性。模拟结果表明：在巷道附近渗流速度较大时,通过巷道边界的渗流量为1.3×10-3 m³/（s·m）;考虑耦合比不考虑耦合总水头值总体上是减小的,特别是在底部区域,影响更为明显;耦合对应力场也有一定的影响;总水头值随着耦合系数β的增加而逐渐减小。     

类椭球体放矿理论实际散体速度方程和密度方程的构建

依据放矿实验结果得到的密度经验公式和松动体质量平衡方程的理论要求,论证了类椭球体放矿理论创立时提出的密度方程符合实际并满足理论要求,建立了垂直下移实际速度和速度阻滞系数的理论表达式,并根据密度方程和移动体质量平衡方程得出了与类椭球体放矿理论创立时完全相同的速度阻滞系数和实际散体速度方程,实际散体速度是理想散体速度与速度阻滞系数之积。研究结果表明:类椭球体放矿理论创立时提出的密度方程、实际散体速度方程及速度阻滞系数公式具有充分的理论基础。     

采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型

基于大量现场调研及岩层移动内外“类双曲线”移动模型分析,本文对哈拉沟煤矿厚松散岩层煤层开挖展开了物理相似模型试验,验证了内外“类双曲线”整体移动模型的有效性;将其推广到三维空间,提出采动岩层全空间“类双曲面”立体移动模型。该模型包含“类单叶”、“类双叶”两类双曲面,能近似描述不同岩性条件下全空间采动岩层立体移动与地表沉陷特征。“类单叶双曲面”模型为空间岩层水平移动边界模型,隐含于厚松散层覆岩内部;“类双叶双曲面”模型为空间地表沉降与覆岩裂隙拱、冒落拱垂向移动边界模型,均在主关键层近似关于“原点”对称,具体表现为采掘扰动下地表沉陷及采场围岩拱形垮落等外部形态。通过理论分析、相似模型试验及3DEC数值模拟,本文建立并验证了厚松散层近水平煤层开采条件下空间采动岩层立体移动与地表沉陷“类双曲面”模型。同时,分析了共渐近锥面“类双曲面”模型的构成条件、影响因素及整体运移规律。研究结果表明：在薄基岩厚松散层近水平煤层开采条件下,“类双曲面”理论模型与3DEC模拟结果吻合较好,表明采动空间覆岩运移和地表沉降呈“类双曲面”特征。     

THE BASIC MECHANICS PROBLEMS AND THE DEVELOPMENT OF LONGWALL TOP-COAL CAVING TECHNIQUE IN CHINA

Since the middle of 1980‘s, the longwall top-coal caving technique has developed rapidly in China. At present, it is one of the main approaches in the thick coal seam mining. This paper describes some mechanics problems of the caving technique, such as the damage and failure of the top-coal, the strata behaviors in the caving face, and the relation of the support and the surrounding rock. In order to employ the caving technique in a widespread scope, the problems such as the caving technique in the hard coal seam, the moving and running of the loose top-coal,and the upper floating of the gas etc. should be systematically studied.     

厚煤层放煤工艺参数的散体模拟研究

为了优化放煤工艺参数,依据相似理论,采用散体相似模型的试验方法,分析了顶煤放落过程中煤矸的成拱类型,成拱几率,分析了不同放煤步距对煤矸流动形态及混矸程度的影响。试验表明,采用两采一放提高了复杂结构顶煤的可放出性、顶煤采出率,使含矸率降低。     

崩落法分区交界矿体连续开采技术

小汪沟铁矿采用分区崩落法，沿矿体延深方向分为上、中、下3个采区同时开采，分区交界部位的采区矿柱受采动应力的长期作用，在距离空区边界15~25 m的范围内，产生了破损程度不等的采动裂隙，由此导致凿岩夹钎，增大了采准工程的施工与回采难度。总结上、中位采区矿柱回采经验，基于散体柱支撑理论，依据采空区冒落线接近于拱形及陷落角内倾的现场监测结果，对临空高度大、承压时间长的中、下位采区矿柱，研究提出钻孔探测空区边界、调整回采顺序与回采进路方向、增大巷道支护强度等综合技术措施，适应采动裂隙条件，使崩落法分区交界难采矿柱得到了安全连续回采。     

椭球体放矿理论的欠缺及其与类椭球体放矿理论的联系

放矿理论是崩落法放矿管理的基础,椭球体放矿理论在生产实践中应用广泛但存在一定偏差。在分析椭球体放矿理论的基础上,指出椭球体放矿理论存在的不足：不能反映放出体形状随放出条件变化而变化的实际,密度场违背松散介质是连续介质这一基本前提,实际散体的移动过渡方程违背质量守恒定律,实际散体的速度场方程不完整,移动边界上的速度值不确定且变化不连续。在此基础上,通过分析椭球体放矿理论与类椭球体放矿理论之间的内在联系,论证了类椭球体放矿理论包含椭球体放矿理论的合理内核,n=1、m=2时能给出全套的椭球体放矿理论方程。类椭球体放矿理论符合实际、能够通过理论检验,是放矿理论的重大发展。