岩石爆炸增渗模型实验及DEM数值模拟研究

岩体中爆炸提高矿石的渗透性可以极大地提高采矿效率,是碎裂岩型矿床预裂浸出法的关键技术.混凝土与岩体都具有脆性材料的特性,因此用浇筑于铁桶中的混凝土试件进行模型实验研究岩体的爆炸增渗效果.铁桶可以提高实验效率,使边界条件更为简单和易于操作,但是,实验和原型的差异需要论证.用自主开发的基于连续介质力学模型的离散元方法,模拟了有铁桶边界的模型实验,验证了数值模拟方法的可行性及有效性,给出了有弹性侧限边界约束的混凝土和较大尺度无反射边界条件的岩石中的爆炸差别.在此基础上,分析了岩石中爆炸造成的岩石破坏规律.计算结果表明:岩石破坏面总面积和破坏区的最大裂缝宽度受药量和岩石的抗拉强度影响,破坏面总面积和裂缝宽度随药量增加而增大,随抗拉强度增大而减小;在药量相同的条件下,实际岩石环境下的岩块破坏程度比铁桶约束的大.模型实验和数值模拟相结合的办法可以对混凝土和岩石的爆炸破坏给出较为合理的结果.     

结构面间距对透射波的影响

针对Pyrak-Nolte等人在计算多结构面的总透射系数时存在的问题, 把非充填型结构面抽象为弹簧, 用参数K/(Zω)讨论结构面刚度、频率和间距对应力波在多结构面间多次反射和透射的影响。研究结果表明:波形相关系数和透射系数随结构面参数变化具有相同的变化规律; 结构面间距与波长之比存在一个临界值, 当结构面间距与波长之比大于该临界值时, 多重反射和透射对应力波传播过程影响很小, 可以认为结构面间距对总透射系数没有影响; 临界值与K/(Zω)有关,K/(Zω)增大, 临界值减小。     

非达西渗流条件下的单孔注液强度计算模型

把潜水非完整孔分解为潜水完整孔与承压非完整孔, 建立非达西渗流条件下的单孔注液强度计算模型, 通过室内试验确定渗流指数和渗透系数, 比较达西渗流和非达西渗流条件下的注液强度与现场实测注液强度的差异。研究结果表明: 潜水非完整注液孔主要以潜水完整孔的形式向矿体注液, 同时承压非完整孔的注液强度也是不可忽略的, 基于现场实测的单孔注液强度计算得到承压非完整孔液面升高高度约为潜水非完整孔液面升高高度的1/7, 承压非完整孔长度约为潜水非完整孔长度的1/4; 注液孔周的渗流过程与达西渗流存在较大误差, 当注液孔中液面升高高度为0.4~1.0 m时, 非达西渗流条件下的计算注液强度与实测注液强度误差小于15%, 满足工程要求。     

接触面积对结构面传播特性的影响

岩体中大多数的结构面表现为既非连续也非完全不连续,试验研究发现结构面的接触面积对其透射系数影响非常大。采用基于连续介质的块体离散元程序(CDEM)模拟结构面处应力波传播过程,在结构面处进行了多尺度处理,模拟结构面的凹凸不平,研究了结构面的接触面积及其分布对应力波传播的影响,拟合得到透射系数和接触面积与总面积之比的关系是:纵波为Tp=0.25 ln(r)+1.003,横波为Ts=0.252 ln(r)+0.98。而且接触面积的分布也会影响应力波的透射系数和透射波的频谱分布。     

渗透系数空间变异条件下临界注液强度的计算

以现场渗透系数测试实验和室内物理力学参数测试实验结果为依据,基于Geostudio有限元数值计算软件,选取江西信丰典型离子型稀土矿山进行注液作用下的边坡稳定性分析。研究结果表明,随深度的增加,矿体渗透系数呈现先快速后缓慢减小的变化规律,该变化规律可较好地解释当地稀土矿山浅层滑坡现象;临界注液强度与注液范围呈指数函数关系,当注液范围由20%增加到50%时,临界注液强度由0.11 m3/(m2·d)减小到0.045 m3/(m2·d);设定注液范围为30%,当注液强度小于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度非线性增加,当注液强度大于0.3 m3/(m2·d)时,随着注液强度的增大,滑坡的剪出口高度处于一个稳定值。     

应力波在闭合结构面传播过程的波形特性

通过试验,研究了应力波在闭合结构面的传播过程。研究发现,闭合结构面不仅会影响应力波传播速度,而且还对应力波波形有重要影响;透射波能够有效反映应力波在结构面的传播过程,不同分段的透射波形反映了不同的信息。这为利用应力波探测岩体结构面特性提出了新思路。     

一种离子型稀土矿体渗透性空间分布的计算方法

离子型稀土矿体的渗透性是浸矿剂消耗和稀土浸取率的重要影响因素,合理确定其空间分布成为开采设计的关键。对于大埋深矿体,现有的渗透系数确定方法均存在较大误差。本次选取某一离子型稀土矿体为研究对象,分析了不同颗粒级配、不同孔隙比的稀土矿(土)的渗透系数,结果表明d₁₀、不均匀系数和孔隙比与渗透系数的对数均呈线性关系,各参数对斜率影响的变异系数均小于20.0%,说明这3个参数相互之间呈线性相关。建立了渗透系数的计算模型为：k=10^{5.16e+240.97d10+9.72×10-3Cu-10.51}。经与试验数据对比,整个矿体渗透系数估算值的平均相对误差为15.1%,相关系数为0.986,表明所建模型较为合理。结合普通克里金法,建立矿体渗透系数空间分布的计算方法,并分析变异函数对计算结果的影响。结果表明,球状模型精度较高,其计算结果的决定系数和变异函数的变程分别为0.931、30.03 m。本研究为离子型稀土矿体的精准开采设计提供技术支持。     

基于二元平衡解吸模型的离子型稀土浸矿剂用量计算方法

以硫酸铵作为浸矿剂浸取稀土时,其在矿土表面赋存形式分为可逆和不可逆两部分;根据铵在浸矿中的作用,铵消耗分为三个部分:离子交换消耗、专性吸附消耗和维持浸矿剂浓度的消耗.本文结合铵的赋存形式和浸矿作用,采用二元平衡解吸模型(DED模型)刻画浸矿,通过数值拟合确定相应参数,提出一种针对离子型稀土的浸矿剂用量计算方法.结果表明...     

离子型稀土矿浸矿过程的线性可逆动态吸附模型

以硫酸铵为浸取剂,对离子型稀土矿进行不同硫酸铵浓度、不同粒级的动态浸出试验。结果表明:相同反应时间下,硫酸铵浓度越高,液相稀土离子浓度越高;随着反应时间的增加,稀土离子浓度先迅速升高,后趋于稳定。将离子交换过程分解为固相稀土离子的解吸和液相铵根离子的吸附两个过程,采用线性可逆动态吸附模型描述液相铵根离子的吸附过程,并考虑固相稀土离子的解吸对液相铵根离子吸附的影响,建立了离子型稀土矿浸矿过程的线性可逆动态吸附模型。结合试验数据,发现模型中参数λ1随着硫酸铵浓度的升高而减小。     

裸脚式稀土矿山原地浸矿的浸润线计算方法

以裸脚式稀土矿山为研究对象,用平均含水层厚度代替含水层厚度,通过Boussinesq方程建立了渗流稳定后,隔水底板为二次抛物线形式的浸润线的计算方法,分析了隔水底板表面形状参数和注液强度对浸润线的影响。结果显示,隔水底板表面形状参数和注液强度均对浸润线的影响非常明显。采用建立的浸润线的计算方法分析了注液强度在水平方向的分布情况,结果表明,底板越平缓,注液强度分布越不均匀,收液区域越大;注液强度随矿层厚度增加而增加。