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.     

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。     

崩落矿岩散体速度场特征

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速度场。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,速度场为非匀速场和定常场;对于实际散体,速度场为非均匀场和不定常场。在散体静止场中速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速度方程,并对散体移动场的速度场特征进行总结和讨论。并进一步对速度场进行了研究,得出了崩落矿岩散体加速度特征。论文研究全面系统,具有较高的理论价值和参考价值。     

放矿口散体流动速度分布及显著影响高度研究

现代地下矿山的发展促使大型凿岩设备和出矿设备不断投入使用,同时造成采场出矿巷道及放矿口断面不断增大。实践证明,采场放出口矿岩散体速度分布和放出口尺寸对放矿结果有显著影响。根据放出口矿岩散体流动状态,分析了采场底部漏斗短溜井放矿及电耙出矿条件下的放出口矿岩散体流动速度分布,给出了放出口影响范围的估算式, 揭示了放矿口对采场放矿的影响机理,对采场合理结构参数的确定具有指导意义。     

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。     

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。     

倾斜矿体分段崩落法高强度开采的下盘损失控制方法

针对倾斜矿体分段崩落法加大采场结构参数与下盘矿石损失增大的矛盾,分析了崩落矿石的视在放出角随放矿条件而变化的定量关系,揭示了崩落矿石有无废石覆盖的放出条件与出矿口位置对下盘残留角的影响,提出下盘崩落矿石无覆岩时空场下放矿、有覆岩时开掘斜堑沟回采的工艺技术,扩大了下盘崩落矿石的移动范围,以此来实现增大采场结构参数与控制矿石下盘损失的目标。这一工艺技术在小汪沟铁矿得到实际应用,结果表明,可降低下盘矿石损失8个百分点,并可增大采场开采强度30%以上,由此可提高前期生产能力。     

放矿口对崩落法放矿的影响

大功率出矿设备投入使用使放矿口尺寸有增大的趋势。对此,本文研究了放矿口尺寸及散体放出速度分布对崩落法放矿的影响。发现放矿口对崩落矿岩移动的影响主要发生在放矿口附近的一定范围内,且当放出速度分布不对称时会导致放出体轴线偏移。文中给出了放矿口显著影响放出体高度及其最高点偏移量的计算式,并讨论了有底柱崩落法底部结构中斗井口合理位置的确定原则。     

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.     

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。     

放矿随机介质理论移动概率密度方程研究

建立了散体移动概率模型,通过分析放出体形态得出了散体颗粒移动迹线表达式,指出颗粒移动迹线上任意两点横坐标之比等于对应层位方差之比,是随机介质放矿理论的一条重要性质,否则概率场与散体移动场、速度场无法统一,推出了膨胀散体和无膨胀散体移动概率密度方程,各项参数物理意义明确,其结果更符合实际散体移动场．     

我国无底柱分段崩落法结构参数优化研究进展与方向

无底柱分段崩落采矿法具有结构简单、安全、高效和低成本的突出优点,但覆盖岩下端部放矿的特征却引发了矿石损失贫化大这一世界性技术难题。围绕该采矿方法分段高度、进路间距和崩矿步距三大结构参数,系统归纳和分析了我国应用该采矿方法过程中三大结构参数及其优化研究的发展,总结了采矿方法结构参数优化研究过程中存在的问题。在此基础上,提出今后无底柱分段崩落法采场结构参数优化应在遵循系统性、协同性和最优性三大原则的前提下,聚焦于:①从整体与系统的角度,分析研究崩落体、放出体和松动体之间内在相互关系与相互影响,使各种影响因素的特性达到最佳匹配,促进放矿效果的改善;②以出矿量最大化、矿石损失贫化最小为评判标准,研究非结构参数对结构参数的影响,在理清影响结构参数关键因素的基础上,进一步研究各采矿方法结构参数对出矿效果的影响规律;③研发测定崩落矿岩流动参数的相应仪器和技术手段,实现矿岩散体流动参数的现场测定,获得符合实际的崩落矿岩散体移动规律;④实现无轨出矿设备与采矿方法结构参数的最佳匹配,进一步提高采矿生产效率,降低采矿生产成本,是无底柱分段崩落采矿方法研究的重要方向之一。     

无底柱分段崩落法损失贫化细部控制方法研究

无底柱分段崩落法以其安全、有效、适应性强等优点被国内外金属矿山广泛使用;但矿石损失贫化大的问题多年一直未得到解决。针对这一问题,研究了回采过程中矿石损失贫化的发生过程与细部控制方法,分析了分段之间进路非菱形布置、出矿口眉线破坏、爆破隔墙、大块堵塞出矿口一侧等常见现象对放出体形态的影响,探讨由此引起的对崩落矿岩散体几何形态吻合度的降低程度,发现正是这些常见现象制约了崩落矿石的移动范围与总体放出速度,加大了崩落矿石的残留量与放出矿石的混岩量,导致矿石损失贫化居高不下。据此提出了加密回收进路、改进采场结构、控制炮孔不装药长度保护眉线、及时处理堵口大块和保障整条进路菱形布置的细部控制方法。该方法用于邯郸市北洺河铁矿与灯塔市小汪沟铁矿,取得显著成效。     

急倾斜中厚矿体无底柱分段崩落法采场结构参数研究

针对无底柱分段崩落法开采急倾斜中厚矿体时采场结构参数确定困难问题，基于Bergmark-Roos方程放矿理论，分析了放矿椭球体在采场内的空间排列特征，推导出了放矿的矿石损失率及贫化率理论计算公式。基于矿石损失、贫化率的理论计算公式，用Python语言开发了急倾斜中厚矿体无底柱分段崩落法采场结构参数优化程序，输入矿体倾角、厚度及矿岩散体流动参数后，该优化程序可自动计算出急倾斜中厚矿体的采场结构参数，有效地解决了采场结构参数确定难题。结合某铁矿的实际情况，采用优化程序计算了采场结构参数，根据计算结果进行PFC^2D数值模拟放矿试验。研究表明：PFC^2D数值模拟与优化程序计算得出的放矿损失贫化指标十分接近，矿石损失率平均误差值为1.82%,贫化率平均误差值为1.17%。此外，优化程序计算的开采参数下放矿指标都低于15%,放矿效果较好，能够为无底柱分段崩落法采场结构参数设计提供指导。     

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。     

随机介质放矿理论的改进研究

在实验的基础上,分析了放矿口宽度对放出量和散体流动参数的影响,改进了随机介质放矿理论,揭示了放矿口宽度对散体移动规律的影响,并指出了其影响范围.将改进后的随机介质放矿理论与原来的随机介质放矿理论进行了对比,3个矿山实验结果表明,改进后的随机介质放矿理论与实际符合较好.提出了确定采场结构参数的新方法,当放出体为非标准椭球体时,上下分段菱形布置的放出体三点相切时可得到最优的采场结构参数.该方法的提出,进一步扩大了随机介质放矿理论的应用范围.     

基于PFC的无底柱分段崩落法崩矿步距优化

近年来,无底柱分段崩落法在地下铁矿山的开采中大量应用,采场结构参数不断增大,为了符合散体流动规律,提高回采指标,崩矿步距的优化尤其重要。本文结合梅山铁矿无底柱分段崩落法生产实践,采用PFC3D软件建立了放矿模型,并编制了相应的FISH程序,来控制矿岩颗粒的流动。对初步设计的6组崩矿步距方案进行模拟,得出在18m×20m采场结构参数条件下,最优的崩矿步距为2.2m。经过现场工业试验验证,2.2m崩矿步距下回采率和贫化率指标提升效果显著。     

北洺河铁矿底板残留矿量的回收方法研究

北洺河铁矿用大结构参数强制崩落与诱导冒落相结合的无底柱高效率采矿方法开采,采场内底板残留矿量较多,需在围岩里设置特殊工程加以回采.本文采用在底板围岩里加密进路的技术措施回收底板残留矿量,并根据绘制的放出体、残留体形态与矿岩稳定特点,分析回收进路的合理位置与回采方法等问题.     

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。