矿岩三维运动对主溜井井壁碰撞范围的影响

地下矿山溜井使用过程中,矿石在溜井中运动时在井壁上的初始碰撞对井壁的破坏作用较大,研究矿岩块运动轨迹,确定矿石与井壁的碰撞范围对于井壁的支护具有重要意义。以辽宁某地下矿山溜井为例,根据运动学理论,建立了矿岩块运动模型,分析了不同初始运动状态下的矿岩块对碰撞范围的影响,确定了初始碰撞位置的分布范围。研究结果表明：①矿岩与井壁初始碰撞位置与矿岩进入溜井时速度大小、方向角以及运动耗时等有关,当溜井结构参数一定时,矿岩进入溜井时的速度大小是一定的,此时速度方向角决定着矿岩对井壁的冲击范围;②随着矿岩块初始运动方向角不断增大,矿岩块与溜井井壁碰撞前的行程逐渐变短,冲击位置不断升高,井壁受冲击一侧在溜井口以下9.23 m处形成两条对称的弧形斜冲击带;③矿岩运动的随机性会影响井壁损伤程度及范围,同时在矿岩流反复冲击下,井壁受冲击的位置与范围趋向集中是累积损伤的结果。研究结果可为矿山溜井支护提供理论支持。     

矿岩初始运动对其冲击溜井井壁规律的影响

溜井中运动的矿岩会与井壁发生碰撞并导致井壁的冲击损伤,研究矿岩在溜井中的运动规律,有利于减少矿岩与溜井井壁的碰撞概率。基于运动学原理,建立了矿岩运动初始方向与其运动规律的关系模型 ,得出了矿岩的运动轨迹方程,确立了矿岩块运动过程中与溜井井壁发生碰撞的条件,得到了矿岩块第1 次与溜井井壁发生碰撞时碰撞点的计算公式,研究了矿岩进入溜井时的初始运动对其在溜井中运动规律的影响 。研究表明：①溜井直径D、矿岩块初始速度[v0]及其方向[α]是影响矿岩块与溜井井壁碰撞的主要因素;②当D和[v0]保持不变时,随着[α]增大,碰撞位置h1越大,反之,h1越小;③当D和[α]保持不变时,随着 [v0]增大,碰撞位置h1越小,反之,h1值越大;④当[v0]和[α]保持不变时,随着D增大,碰撞位置h1越大,反之,h1越小。上述研究进一步反映出,适当增加溜井直径,选择合适结构,降低矿岩块进入溜井时的速度 ,能够降低矿岩块与溜井井壁的碰撞概率,有利于减轻溜井受冲击破坏的程度。     

溜井倾角对矿岩与溜井首次碰撞位置的影响

溜井卸矿过程中矿岩与溜井的首次碰撞所造成的损伤最为严重，溜井倾角影响着矿岩与溜井的首次碰撞位置，因此，研究溜井倾角对矿岩运动规律及首次碰撞位置的影响有利于优化溜井结构参数设计。采用运动学基本理论，推导了矿岩与倾斜溜井底板首次碰撞位置及速度的计算公式，研究了首次碰撞位置及速度与溜井倾角的关系，进行了不同溜井倾角条件下卸矿物理试验，得到了矿岩与倾斜溜井底板的实测首次碰撞位置并经过相似比还原后与理论推导结果进行了对比。研究结果表明：溜井倾角β是影响矿岩与倾斜溜井底板首次碰撞位置的主要因素，当矿岩初始速度v与倾斜溜井正方形断面边长D不变时，增大β,矿岩与倾斜溜井底板发生首次碰撞时的水平位移x与垂直位移y增大，碰撞速度v₁越大，碰撞位置距井口越远，反之，x、y、v₁减小，首次碰撞位置距井口越近。理论计算与试验所得首次碰撞位置误差不超过9.3%,表明了倾斜溜井理论分析模型的合理性。     

倾斜溜井结构参数对矿岩运动特征的影响

为研究倾斜溜井中矿岩运动对井壁稳定性的影响,基于运动学原理,构建了滑动状态下运动矿岩的力学模型,研究了溜井结构参数对矿岩运动特征的影响,得出了倾斜溜井中矿岩滑动的运动速度函数关系,分析了倾斜溜井结构参数和滑动摩擦因数对矿岩速度的影响,发现倾斜溜井中矿岩运动速度与溜井结构参数、矿岩所受的滑动摩擦力和来自其他矿岩块的作用力有关。结果表明：(1)滑动摩擦因数μ保持不变时,随着溜井高度h和溜井角度α的增大,矿岩的重力势能转化的动能增大,矿岩速度也随之增大,反之则减小;(2)溜井高度h保持不变时,随着溜井角度α的减小及滑动摩擦因数μ的增大,矿岩的重力势能转化的动能减小,矿岩速度不断减小,反之则增大;(3)溜井高度h、滑动摩擦因数μ、溜井角度α对矿岩速度V₀都有显著的影响,其中溜井高度h的影响最大,溜井角度α的影响相对较小,但溜井角度α还影响着矿岩的运动方向。在此基础上,对不同的倾斜溜井设计方案,提出了控制矿岩速度V₀的措施与建议,以减轻矿岩对主溜井的冲击。     

主溜井中矿岩三维运动轨迹分析与验证

溜井运输过程中,矿（废）石与井壁的碰撞造成井壁破坏较为严重。确定矿（废）石与井壁碰撞前的运动轨迹和碰撞位置,对于保证溜井井壁稳定性具有重要意义。以某矿山主溜井溜矿段-40~-71 m为例,建立了溜井溜矿段相似试验平台。根据运动学理论,结合相似试验结果,得到矿（废）石与溜井井壁产生首次碰撞前的运动轨迹和三维轨迹方程。研究表明：理论计算得到的矿石冲击位置略低于试验中矿石的冲击位置,误差不超过4.84%,理论计算及试验结果与矿山实际检测结果基本一致。分析结果可为确定溜井井壁的受冲击区域、溜井系统设计与优化、溜井治理与修复、溜井管理方案制定等提供依据。     

倾斜溜井内的矿岩运动特征及其影响因素研究

溜井是矿岩运输的重要工程,因卸矿冲击造成的井壁损伤是制约溜井使用年限的主要问题。为分析倾斜溜井内矿岩的运动过程,通过PFC2D数值模拟试验﹐结合物理相似试验验证,模拟倾斜溜井卸矿过程,分析倾斜溜井内矿岩运动形式及速度变化特征,研究溜井倾斜角度对矿岩运动规律及撞击井壁位置的影响,讨论垂直溜井与倾斜溜井中矿岩运动方式的差异性。研究发现,(1)当溜井倾斜角度为60°时,两次撞击位置高度分别距离卸矿口1.36 m、 3.30 m,撞击速度分别为9.53 m/s、5.47 m/s,矿岩到达溜井底板时速度达到峰值16.17 m/ s;矿岩运动过程可简化为5个阶段﹐在分支溜槽内做匀加速的滑动或滚动﹐脱离溜槽以一定初速度作斜抛运动,与井壁发生两次撞击﹐沿着井壁做匀加速的滑动或滚动运动,最后到达溜井底板。(2)溜井倾斜角度对矿岩运动过程的影响非常显著﹐随着溜井倾斜角度的增加,矿岩两次撞击井壁位置距离卸矿口高度呈增加趋势;倾斜角度超过60°后﹐第2次撞击位置距离卸矿口高度和撞击速度急剧增大。(3)与垂直溜井相比,倾斜溜井中矿岩运动过程受井壁边界限制作用更显著﹐落体运动时长较短,矿岩与井壁存在较长距离的相对接触、滑动过程,对井壁造成摩擦损伤。     

倾斜溜井中的矿岩运动特征及其对井壁的损伤与破坏

斜溜井是国内外矿山溜井一种重要的布置方式,在工程应用中溜井的变形破坏问题严重。矿岩散体在溜井内运动过程中与井壁接触并产生力的作用是引起溜井变形破坏的根本原因。倾斜溜井中不同的矿岩 运动特征导致了井壁的变形破坏程度及范围存在较大差异。通过研究斜溜井中矿岩散体的运动特征及其影响因素,分析了斜溜井井壁的变形破坏机理和破坏分区。研究表明：①倾斜溜井中的矿岩散体运动包括下落、 跳动、滚动、滑动4种方式,受溜井倾角、矿岩块形状、粒度及其分布特征、矿岩物理力学性质、溜井井壁平整度和矿岩块进入溜井时的初始运动方向等因素影响,不同的矿岩运动方式对溜井井壁产生的破坏特征也不 相同;②矿岩散体下落或跳动引发的溜井井壁冲击破坏主要发生在分支溜井与主溜井交叉处的矿岩下落方向的溜井底板,滚动或滑动引发的溜井井壁摩擦破坏主要分布在主溜井和分支溜井的底板上;③针对不同的溜 井井壁变形破坏特征,应从优化溜井结构、采取相应的加固措施等角度进行预防。     

主溜井贮矿段静态及动态井壁侧压力分布特征

为了解溜井井壁在储矿、卸矿两种状态下的侧压力分布特征及差异,以海南石碌铁矿2~#主溜井为研究对象,基于Janssen公式建立了井壁压力与标高的关系,同步建立了溜井动态、静态压力监测平台,模拟溜井贮矿段储料及放矿过程,监测压力变化特征,分析了静态及动态压力分布及差异,讨论了Janssen公式应用的局限性及问题,并结合研究结果提出了关键性建议。结果表明：随着测量高度的增加,井壁静态侧压力逐渐减小,动态压力值大于静态压力,动态井壁侧压力呈先增加后减小的趋势,在测点高度为1.26 m时达到峰值为16.289 kPa,储料面附近最小,为3.073 kPa。“超压现象”造成了动、静压力之间的显著差异性。Janssen公式基本能够描述井壁静态侧压力与测量标高的关系,但存在一定的局限性,源于卸矿冲击夯实作用、上覆矿岩压实作用、底部结构及矿岩压力等,这些因素造成储料内部压力、容重等参数小范围动态变化,造成Janssen公式模型产生计算误差。此外,在使用Janssen公式计算动态压力值时,应注意超压系数是一个与测点高度相关的动态值;提出标高为22～26 m范围使用内套钢板混凝土井壁修复方式、储料高度应在3...     

垂直溜井中卸矿对物料的冲击夯实作用及其预防

垂直溜井中的矿岩运动会对井内储料产生冲击，使松散储料被夯实，进而引发溜井的悬拱堵塞。在总结垂直溜井中矿岩运动特征的基础上，分析了溜井中物料运动全过程的能量转化与耗散特征，讨论了物料运动对井内储料冲击夯实作用机理与冲击夯实过程，并给出了矿山预防冲击夯实作用的综合措施。研究表明：①矿岩块在垂直溜井中下落时，底部储料受冲击的能量大小与矿岩落差和矿岩块质量成正比关系；②下落矿岩块的冲击力在井内储料中矿块之间相互传递形成了一种“力链”的作用效果，冲击力越大，夯实的密实度和范围也越大，夯实范围大小与冲击过程中的能量耗散速度成反比关系；③控制进入溜井的矿岩块度和降低矿岩块在溜井中的落差，是预防井内储料被冲击夯实的有效措施。     

垂直溜井贮矿段放矿中矿岩运动速度变化特征

为研究溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒运动速度变化特征,采用颗粒离散元数值模拟方法,进行了垂直溜井贮矿段放矿试验,分析了溜井贮矿段放矿过程中整体矿岩速度分布及个体速度变化过程.结合时均化分析方法,讨论了矿岩经过筒仓和放矿漏斗时的时均速度变化特征.研究表明:溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒的瞬时速度始终处于波动状态,其波动特征表...     

冲击磨损作用下的溜井井壁变形破坏机理

世界范围内的溜井井壁变形破坏已成为影响金属矿山地下开采高效运行的重大问题,冲击与磨损是造成溜井井壁变形破坏的2大主要因素。通过矿岩冲击溜井井壁过程中能量与变形关系的研究,得出了矿岩块"碰撞"井壁时冲击与剪切破坏产生的机理。推导出了垂直溜井储矿段井壁和倾斜溜井底板的摩擦力计算公式。研究发现:垂直溜井中矿岩块对井壁冲击的结果,使井壁材料受到了冲击和剪切2种形式的损伤,而决定其主导地位的因素是矿岩块冲击井壁时的运动方向与井壁法向夹角的大小;磨损破坏主要发生在溜井的储矿段和倾斜溜井与分支溜井的底板。磨损破坏的程度取决于矿岩块与井壁材料间的摩擦系数的大小和矿岩作用在井壁法向上的力的大小。     

溜井贮矿段矿石运移规律及井壁磨损研究

地下金属矿山主溜井运输系统中,由于贮矿段在放矿过程中持续地受到磨损,研究放矿过程中矿石的运移规律对贮矿段井壁防护具有重要意义。以某金属矿山主溜井为例,利用PFC^2D软件建立溜井放矿模型。研究表明在放矿过程中,贮矿段井壁会发生超压现象,位于溜井变截面超压最明显;矿石在溜井中的流态主要呈现整体流和中心流;根据椭球体放矿理论,得到溜井贮矿段井壁磨损区域图,为贮矿段井壁防护提供依据。     

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...     

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。     

贮矿高度对主溜井矿石流动性的影响研究

为探究贮矿高度对金山店铁矿主溜井矿石流动性的影响,以质量流率比作为矿石流动性的定量评价指标,采用PFC2D颗粒流程序构建主溜井放矿数值模型,对不同贮矿高度条件下的矿石流动状态进行模拟分析;基于自主研制的溜井放矿相似试验装置,开展针对性的矿石流动性相似试验,对数值模拟结果进行检验。研究表明,质量流率比R_w可以定量表征矿石颗粒的流动状态,便于数值模拟结果与相似试验结果的对比分析;贮矿高度与矿石颗粒的流动状态密切相关,随着贮矿高度的增加,质量流率比R_w呈先增大后减小的变化趋势;当贮矿高度为27.5 m时质量流率比R_w达到最大值,此时矿石颗粒的流动性最好;在质量流率比R_w随贮矿高度变化的趋势上,相似试验结果与数值模拟结果具有一致性。     

井壁摩擦对贮矿段矿岩运移速度分布特征的影响

为研究井壁摩擦对溜井贮矿段矿岩运移速度的影响,引用Beverloo经验公式、稳定质量流动量定理和牛顿内摩擦定律分析了摩擦对矿岩速度分布的影响,采用离散元程序,探究了矿岩速度分布特征.研究发现,井壁摩擦作用是导致垂直溜井贮矿段筒仓内同一平面的矿岩存在速度差的主要原因,摩擦力对井壁附近矿岩的减速作用尤为明显.研究表明:(1...     

某矿山高溜井三维可视化模型的井壁破坏特征研究

溜井是地下金属矿山最重要的采矿工程之一,井下开采的全部矿岩都由此集中贮藏和转运,它的稳定畅通与否对矿山生产影响极大.由于溜井工程环境复杂,又长期受冲击载荷作用,稳定条件恶劣,主溜井破坏,轻者需停产长时间进行返修,严重者井筒报废,影响生产,给矿山造成巨大的经济损失.为探究某矿山高溜井井壁破坏特征,针对该高溜井垮塌部位进行...     

溜井卸矿冲击对井内储料空隙率分布特征的影响

溜井放矿过程中堵塞问题与储料内部空隙率分布特征密切相关.为探究卸矿冲击对贮矿段储料夯实范围的影响,搭建１∶２０的溜井储矿段相似模型,研究了不同卸矿高度以及不同级配矿石卸矿冲击对贮矿段储料夯实效果的影响.研究发现:溜井上部卸矿冲击使储料散体排列重组,改变了储料面以下一定范围内的储料空隙率;散体卸矿冲击下,井内整体储料空隙率变化范围为３~８个百分点,随卸矿高度增加,空隙率逐渐减小,主要集中在储料面以下１５０ mm 范围内;大块矿石冲击下,储料空隙率变化范围远大于同质量散体矿岩的冲击,且随卸矿高度的增加,空隙率减小,主要集中在储料面以下２５０mm 范围内.结合研究成果,提出了避免卸矿冲击可能造成溜井堵塞的相关措施,对矿山生产实践具有一定的指导意义.     

丰山铜矿主溜井放矿冲击风压的应对措施

为了有效控制溜井放矿时所产生的冲击风压和粉尘污染问题,通过对主溜井放矿过程中形成冲击风压机理的研究,提出高压喷淋水帘控制风压技术方案、卸矿点风压止逆阀技术方案、除尘器优化技术方案3个可行性技术方案。通过分析和实践,根据矿山实际情况从中选择了最优方案。     

影响攀钢石灰石矿2＃溜井放矿能力的因素分析

分析了攀钢集团矿业公司石灰石矿2＃溜井内地下水渗水变化及影响溜井正常生产的主要原因，提出了应加强溜井放矿管理，避免含有粘土过多的泥料进入溜井形成稳定粘结拱而堵塞溜井。