矿岩散体粒级对自然安息角影响的试验研究

矿岩散体堆积状态普遍存在于采矿生产中，是关系矿山生产安全及矿石回收效果的主要因素之一。散体堆积角度（自然安息角）是其流动性的主要表现特征之一，是散体颗粒的重要物理参数。利用自制测 定装置开展物理试验，研究了静态与采场放矿条件下，不同粒级矿岩散体自然安息角的变化规律。结果表明：静态与采场放矿条件下，随着矿岩散体粒级增大，其自然安息角呈逐渐增大的趋势，且在非均匀矿岩散体 中，大粒级矿岩散体占比增大，其自然安息角随之增大；静态试验条件与溜井放矿、漏斗放矿、排土场堆积等条件相似，在选择溜井与漏斗放矿倾斜角、确定排土场占地面积及坡面角度时，可根据散体粒级进行相应 的参数调整；从采场放矿条件试验结果来看，适当增加散体粒级，可降低散体自出矿口流出的距离及堆体体积，改善铲运机作业条件，有利于提高生产效率；小粒级散体流动性优于大粒级散体，应使覆盖岩层的粒级 大于矿石粒级，有利于矿石流出。     

矿岩散体的非均匀度研究

从影响矿岩散体的非均匀度的三个要因素（粒径离散系数，空间分布离散系数和孔隙分布离散系数）出发，研究了崩落矿岩散体的非均匀度，给出了粒径离散系数Kf，空间分布离散系数Ks以及孔隙分布离散系数Km的定义和表达式，运用模糊综合评判决策得出Kf,Ks,Km与散体非均匀度K有K=0.5855Kf 0.1125K, 0.3020Km的关系。     

模拟矿岩散体的PFC细观参数标定方法

为了将PFC接触本构模型中细观参数与矿岩散体的物理力学性质相比配,依据PFC接触本构模型以及矿岩散体本身的特点,提出采用抗转动线性接触模型或将抗转动线性接触模型、线性接触模型和赫兹接触模型组合应用并分别赋予不同性质的散体颗粒。分析了标定矿岩散体物理力学性质的方法及其优缺点,推荐采用与测定条件相符合的自然安息角数值试验来标定PFC细观参数。借助自然安息角数值试验,研究了抗转动线性接触模型中摩擦系数和抗转动系数对散体自然安息角的影响。研究表明:随着摩擦系数和抗转动系数的增加,自然安息角均呈现出先增大后趋于稳定的趋势。模拟结果中自然安息角的变化范围为22°~50°,与实际松散矿岩自然安息角相符。     

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。     

散体粒级与自然安息角变化关系的数值模拟

自然安息角是矿岩散体的重要物理参数之一。利用颗粒流软件PFC2D开展数值模拟,研究散体粒级与自然安息角的变化关系。试验利用圆筒测量法,针对粒级2～15 mm范围内散体的自然安息角变化进行模拟。试验结果表明,随着散体粒级的增大,其自然安息角呈现逐渐增大的趋势。模拟结果可为溜井、排土场、废石场等条件下散体的物理力学性能测定及相关参数的选取提供参考。     

矿岩松散体安息角对矿岩界限划分的影响研究[1]

为分析自然安息角对露天矿采出矿石品位的影响,本文采用EDEM仿真模拟和无人机测绘及Surpac软件辅助分析两种方法对纳米比亚湖山露天铀矿台阶爆破后自然安息角进行了测定和对比分析,并基于自然安息角构建了铲装矿岩界线的数学模型。结果表明：自然安息角仿真模拟值与无人机测绘及Surpac软件辅助分析实测值平均偏差0.775°,最大偏差率为3.8%,两种方法均可精确地测定矿岩松散体自然安息角。以纳米比亚湖山露天铀矿为算例,采用铲装矿岩界线的数学模型测算自然安息角对矿岩界限影响,经测算,全寿期满足水冶条件的矿石量增加0.65 Mt,可多回收金属铀超过190 t。     

散体煤岩自然安息角相似模拟试验研究

在综放开采中,散体顶煤的自然安息角受到放顶煤工作面条件的限制很难直观测量,并且在不同工作面倾角条件下,顶煤的放出形态并不相同.因此了解和掌握不同倾斜程度条件下煤岩散体自然安息角的规律,对减少残煤和提高顶煤回收率至关重要.通过实验室散体煤岩自然安息角相似模拟实验,得出了不同倾斜程度条件下散体煤岩自然安息角的变化趋势,并且分析了自然安息角与工作面端头残煤之间的内在关系.     

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。     

不同粒度和堆载形态下散体瞬时自然安息角的实验研究

为了研究不同粒度和堆载形态下散体边坡瞬时自然安息角,设计了一套实验方案,将3种粒径的散体物料分别堆载成平直、凹形、凸形3种几何结构的散体边坡,测得不同状态下的自然安息角。实验结果表明:随着物料粒度的增大,散体边坡自然安息角呈现出增加的趋势;散体自然堆载其坡面角度连续变化而并非均匀线性边坡,平直边坡和凸形边坡的自然安息角下部较大、上部较小,凹形边坡反之;散体颗粒的几何尺寸对于散体边坡自然安息角有较大的影响,颗粒圆滑的物料堆载形成的散体边坡自然安息角较为均匀,边坡顶面承压能力较小;棱面分明的颗粒堆载成的散体边坡自然安息角度取决于颗粒基础面的面积大小,且坡顶面承压能力较大。     

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。     

条带开采煤柱长期稳定性评价及煤柱设计方法

煤柱在地下水、风化作用等多种因素的作用下会发生剥离和尺寸缩减,使煤柱发生渐进性失稳破坏。基于煤柱的渐进性剥离行为和剥离体的堆积特性,建立了煤柱的非均匀剥离模型;分析了煤柱剥离的影响因素、煤柱安全系数与煤柱剥离的关系,建立了条带煤柱长期稳定性评价方法;讨论了采出率、地表沉陷控制和煤柱长期安全系数的协同关系。分析表明:煤柱的剥离与煤的碎胀系数、休止角和采宽采厚比有关,可利用剥离角确定煤柱的极限破坏程度。煤柱的宽高比越大,剥离对其稳定性的影响程度越小。该模型适用于条带煤柱长期稳定性评价。     

老厂矿田14#-5矿体胶结充填采矿法接顶问题的探讨

针对高品位、高价值、高含硫发火特性、缓倾斜中厚的多金属接触带硫化矿体,选用上向式水平分层胶结充填法开采,在传统接顶方法人工接顶和砂浆加压接顶都不适用的情况下,提出用胶结充填料浆在采空区内流动后的“自然安息角”来设计接顶方法--砂浆自然安息角法,并提出了矿体顶板围岩近似水平或呈水平状态,充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧高（即顶板围岩的倾角大于6°的情况）和充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧低的情况下,以设计施工倒立喇叭口或施工充填小上山来达到接顶目的的3种接顶方法,对使用充填采矿法的矿山无疑具有很好的借鉴意义。     

露天矿排土场散体岩土抗剪强度指标试验方案研究

通过现场对露天矿排土场散体岩土容重、块度组成、自然安息角的原位测试,在实验室制备细粒级试样进行大型直剪试验,根据室内试验结果及现场测试成果,计算混合粒级散体岩土的抗剪强度指标,为排土场稳定性评价提供基础数据。该试验方案为获取露天矿排土场散体岩土抗剪强度指标提供了一种新的思路,并在工程实践中得到了很好的应用。     

采场底部结构斜面角优化研究

阐述了地下采场底部结构的研究现状及存在的问题, 全面分析了设计底部结构斜面角时需考虑的矿石粘性、自然安息角、拉底空间及底部结构大小、底部斜面冲击损伤等因素。构建了底部结构在受矿石频繁撞击时的理论模型。基于冲量损伤的原理, 以某矿山地下采场为实例, 采用FLAC^3D力学模拟软件模拟了其底部结构在取不同斜面角时受爆落矿岩频繁冲击造成的损伤情况, 结果表明:斜面角越大, 底部结构塑性破坏区体积越小。根据模拟结果, 结合底部结构斜面设计的影响因素, 得出了该矿山底部结构最优斜面角。底部结构斜面角的优化研究对于地下矿山安全、高效、经济开采具有重要的现实意义。     

无底柱分段崩落法应进一步研究的几个问题

本文分析了目前无底柱分段崩落法应用中存在问题，指出了应对覆盖岩层的自然分级、崩落体形态以及放出体——松动体——崩落体三者关系进一步深入研究，强调把放矿与爆破作为一个有机整体进行综合研究，对于优化结构参数，降低矿石损失贫化，提高矿山经济效益具有重要意义。     

露天转地下开采覆盖层形成泥石流原因的研究

我国许多露天转地下开采的矿山均面临一个共同的问题,即覆盖层的安全问题。通过相似材料的物理模型试验,得出了覆盖层散体是泥石流形成的原因。随着矿体的放出,覆盖层中内部结构发生变化,即覆盖层中小块的颗粒要比大块的颗粒移动的快,使得颗粒间随覆盖层深度的增加越来越致密,渗透系数越来越小,当覆盖层承受不了散体中的水的压力时,会产生突发性的泥石流。     

临界散体柱主要影响因素研究

地下矿山采用空场法或崩落法开采时，空区顶板岩层冒落至地表后，引起的岩移对地表工业设施及环境构成了严重威胁，临界散体柱理论的提出为地表岩移控制提供了新思路。以锡林浩特萤石矿急倾斜中 厚矿体浅孔留矿法开采现状作为工程背景，通过现场监测调研与相似物理试验，研究了临界散体柱的主要影响因素。结果表明：①临界散体柱高度随着矿体倾角增加而减小，随着井下放矿的进行，松动散体柱高度仅 为散体总高度的39.4%~45.7%，其上方密实散体柱对于限制岩移起主要作用；②针对不同的矿体厚度，通过增加散体充填高度降低厚跨比，可控制地表塌陷范围；③围岩适当变形可以增加散体的被动侧压力，降低塌陷 坑边壁岩体稳定所需的临界散体柱高度；④塌陷坑散体结拱特性受散体粒径分布与塌陷坑宽度的共同影响，控制着临界散体柱的有效作用高度，锡林浩特萤石矿散体临界结拱粒径范围为0.5~0.7 m，临界结拱宽度为 3.5~4.0 m，远小于塌陷坑的实际分布宽度，即散体能够保持连续流动，表明临界散体柱理论能够较好地应用于锡林浩特萤石矿。