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。     

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。     

矿岩散体的非均匀度与放出安息角关系的研究

在矿山生产中，无法直接测出矿岩散体的放出安息角。因此，最好是利用容易测量的参数来求出其放出安息角。而散体的放出安息角可用散体的平均粒径和非均匀度来表示。文章阐述了不同粒级散体的平均粒径和散体非均匀度的计算方法，并建立了矿岩散体放出安息角与非均匀度之间的关系方程。     

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。     

限定顶板条件下矸石充填体横向推实特性试验研究

基于相似模拟原理,自主设计了一套模拟试验台,通过对充填矸石散体横向推压,利用推压安息角和体积变化率这2个变形参数,分析研究了放料步距、横向推力、含水量和黄土掺量对充填矸石散体在限定顶板下推实特性的影响规律。试验结果表明,放料步距的增大不利于矸石散体推压后的固结成型;横向推力增大,有助于矸石散体的固结成型,横向推力1.25 k N是推压安息角增大和体积变化率曲线斜率变缓的拐点;含水量对矸石散体推实特性影响较为显著,在横向推力5.0 kN和7.5kN条件下,当含水量达到3%,矸石散体开始固结成型。黄土掺量对矸石散体的推实特性影响最显著,黄土掺量超过4%后,对矸石散体推实特性影响相对减弱。     

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。     

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.     

工作面倾角对含硬煤夹层顶煤放煤方式的影响

为了研究工作面倾角对顶煤放煤方式的影响规律,采用PFC2D数值模拟软件,模拟了不同倾角综放面依次采用不同的放煤方式开采散体顶煤的冒放规律,统计出了不同放煤方式时工作面倾角与顶煤放出率的关系,得出了综放工作面倾角为15～30°时优选双轮顺序放煤。应用散体介质力学原理,分析了工作面倾角不同时影响煤矸流动规律的主要因素为自然安息角和煤岩成拱;探讨了工作倾角与上、下部煤矸分界线的关系,且煤岩成拱概率随工作面倾角增大而增大;此外,指出了工作面倾角不同时自然安息角和煤岩成拱对煤矸流动规律的作用程度不同。     

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。     

不同级配矸石压实特性数值模拟研究

为研究矸石散体在夯实机构推压过程中的压实特性,建立了矸石颗粒形状模型,通过测量矸石自然安息角的方式获得了矸石的接触参数,并采用离散元法和实验室模拟试验结合的方法,开展了粒径级配对矸石压实特性影响规律的研究.研究结果表明:泰波系数n取0.4时的连续级配为最优矸石粒径级配,压缩率最低;压实力为3 MPa时矸石散体的密实度明...     

对松散矿石自然安息角的研究

自然安息角是采矿工程中广泛使用的重要参数之一,是决定放矿和运输设备合理结构参数的依据。特别是在放矿模拟试验中,它是模拟矿石与现场矿石的力学相似的准则。 目前各学派对自然安息角的测定和取值混乱,没有统一的标准。作者针对这一问题进行了大量试验与研究,根据不同的采矿方法和不同条件,设计和仿制了多种自然安息角的测定装置。对同一种松散矿石进行测试,发现不同的测定装置测得的自然安息角数值也不同,但有一定的规律性。从而认为:自然湿度的松散矿石,在某一特定条件下堆积,其自然坡面和水平面所形成的最大倾角为自然安息角。为了正确测得其值,应选用与使用条件相适应的测定装置和方法。     

某矿山排土场的散体岩土试验及其FLAC~(3D)数值模拟

排土场的稳定性是影响矿山安全生产的重要因素之一,关系到矿山持续生产和人员生命财产的安全。为探讨排土场的安全稳定性,根据刚果(金)某排土场的工程实例,在现场进行了对散体岩土的容重、含水量、块度组成、自然安息角等参数的测试。利用现场采集的小于5 cm散体岩土样品,进行自然及饱和状态下的大型室内直剪试验。通过对室内试验数据的处理,确定了排土场散体岩土的物理力学参数;采用Rhino-FLAC~(3D)耦合技术,对排土场的现状、设计及推荐排土场堆置过程的稳定性进行三维数值模拟分析,揭示了堆置过程中岩土体的应力应变及塑性区的分布和变化规律;通过FLAC~(3D)节点记录命令,对排土场的坡脚进行了位移记录。结果表明:该排土场整个堆置过程处于稳定状态,排土场边坡的破坏模式为"坐落式—滑移式"破坏;根据稳定性分析结果,提出了针对排土场建设过程中的建议措施,为进一步设计优化提供参考依据。     

七宝山金矿排土场稳定性分析

通过对七宝山金矿排土场进行散体物理力学实验,研究了该排土场混合粒级散体岩土颗粒大小分配规律和直剪峰值剪应力与正应力关系,并计算得出排土场混合散体岩土的强度参数c、φ值。并采用极限平衡数值模拟分析方法对排土场的稳定性进行分析,得出3种受力工况情况下的排土场现状边坡的稳定状态。     

非胶结尾砂自然安息角试验研究

斜壁充填采矿技术必须确定合理的非胶结尾砂自然安息角。研究了含水量、粒度级配、容重及硫化物含量对尾砂自然安息角的影响,并进行了非胶结分级尾砂自然安息角试验。得出了非胶结尾砂自然安息角与含水率的关系曲线,确认斜壁充填采矿最佳尾砂含水率为12%左右。     

某排土场散体物料力学性质的试验

排土场散体物料力学参数除受本身性质决定外,主要还受排土工艺和排土速度等参数影响。针对某排土场散体物料的砾石含量和尺寸影响因素,采用粗粒土大型三轴试验,配置多组不固结不排水试样,分析散体物料力学的性质。结果表明,散体物料的应力-应变曲线在几何形式上表现为近似双曲线型,在物理形式上表现为硬化型曲线;当应变量为15%对应的强度峰值时,散体物料的摩擦角随砾石含量和尺寸增大而增大,黏聚力随砾石含量和尺寸减小而增大,主要因为摩擦角受砾石"二次啃断"而表现为增加,黏聚力受土相对含量增加,胶结作用表现明显而增加。通过对散体物料在台阶上的自然滚落堆积规律进行试验研究,将较高的排土场台阶分为2层或3层,取不同的岩土强度参数进行稳定性计算是符合实际情况的。     

基于离散元的充填散体与岩柱相互作用规律数值模拟研究

金属矿山的充填采场在上覆岩层的挤压作用下,充填散体与围岩或矿柱产生强烈相互作用,认清这种相互作用规律及其影响因素对评价覆岩变形具有重要指导意义。本研究采用颗粒流数值软件PFC2D构建了充填散体与岩柱相互作用模型,通过室内试验对模型细观参数进行标定并开展充填散体侧向约束下岩柱轴向压缩数值模拟试验,再现充填散体与岩柱相互作用演化过程,分析充填散体颗粒大小、级配和弹性模量等散体结构参数对其相互作用的影响。模拟结果表明:岩柱的侧向变形挤压充填散体,散体反作用于岩柱,并对其提供被动侧压力;随着岩柱侧向变形的增大,充填散体内部颗粒之间接触力链强度逐渐增强,充填散体岩柱之间相互作用逐渐增大,从而使岩柱峰值抗压强度得到提升;同时,由于充填散体的被动约束作用,岩柱发生变形破坏后仍具有残余抗压强度。此外,这种相互作用剧烈程度随充填散体颗粒粒径增大而减小,随充填散体密实度和弹性模量的增大而增大。     

煤与瓦斯突出模拟试验型煤相似材料研发与特性分析

为了解决煤与瓦斯突出物理模拟试验中型煤相似材料的性质与原煤性质相似性低的问题,以典型突出案例为原型,依据煤与瓦斯突出物理模拟相似准则,研发了一种基本物理力学参数调节方便、性质符合原煤相似要求的型煤相似材料。试验分析了粉煤颗粒级配和胶结剂浓度对型煤物理力学参数的影响规律。试验结果表明:型煤的抗压强度、弹性模量、黏聚力均随胶结剂浓度的增加而增大,且抗压强度可调范围在0.5～2 MPa、弹性模量可调范围在55～300 MPa、黏聚力可调范围在60～170 kPa;颗粒级配对型煤的内摩擦角起主要控制作用;型煤具有和原煤相似的吸附性质;相似材料的重复利用试验证明该相似材料具有良好的重复利用性。最后,通过改变颗粒级配和胶结剂浓度配制出了符合煤与瓦斯突出物理模拟相似准则、与原煤性质相似的试验型煤。     

煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应物理模拟

针对在煤层气抽采工程现场难以对煤储层参数动态响应进行深入研究的问题,提出了基于物理相似模拟技术,采用真实煤样建立相似物理模型,试验研究煤层气抽采过程中煤储层参数动态响应特征的方法,并利用自主研制的煤层气抽采物理模拟试验系统,开展了三维应力状态下单一储层煤层气抽采物理模拟试验,初步获得了煤储层抽采流量、气体压力、流场及温度等参数的动态演化规律:抽采流量在抽采初期急剧增大,然后逐渐降低;距离钻孔越近气体压力下降越快;靠近钻孔处气体流速较大;抽采初期,煤储层温度变化量小,抽采后期,随着吸附气体的解吸,温度变化量逐渐增大。研究结果可为数值模拟和煤层气抽采工程设计提供基础参数和理论依据。     

排土场散体软岩重塑物理力学参数研究

为了研究蒙东地区露天矿软岩散体物料重塑进程中的物理力学参数变化规律,依据该地区露天矿不同的排土作业方式,分析了堆载压力叠加方式,设计了分级加载和连续加载2种软岩重塑试验方案,提供了具体的试验步骤进行重塑试样的制备,对软岩重塑试样的物理力学强度进行了测定,结果表明:重塑岩样的孔隙比随着重塑压力的增大呈负指数规律递减,密度随着重塑压力的增大呈幂函数增长,含水率随重塑压力的增大呈对数关系递减;重塑岩样的黏聚力随重塑压力的增大呈二次函数规律增长,增长的速度逐渐下降;而内摩擦角不受重塑压力的影响。     

两矿之间散体边坡二次剥离及角度优化研究

为了研究黑岱沟矿与哈尔乌素矿两矿之间的最佳散体边坡角度,使两矿之间的二次剥离量和整体剥采比达到最低,理论分析了散体堆载的沉降位移,并用原位试验测定散体物料的物理力学参数,利用FLAC数值模拟软件评价边坡稳定性,得到了相应的稳定系数。研究结果表明,两矿间南端帮散体边坡的最佳角度为25°,北端帮的最佳角度为23°。优化后的南、北端帮散体边坡角度可以保证露天矿的安全生产,并且可以实现矿区的整体剥采比达到最优状态。