充填散体材料侧限压缩试验径径比的确定方法

为了使矿山散体材料压缩承载试验结果具有科学性和代表性,确定其侧限压缩试验中合理的径径比D/d(试验钢筒内径D与试验散体最大颗粒粒径d的比值)是保证试验数据可靠性的关键。首先,基于7组不同径径比条件下河卵石颗粒堆积体的侧限压缩试验,探讨河卵石颗粒堆积体的压缩应力-应变曲线非线性行为、堆积体内部结构自组织过程中声发射(AE)振铃计数和侧压系数与径径比的关系;然后,根据散体材料在外载荷作用下所具有的压缩曲线非线性、内部结构自组织行为和侧压系数变化特性,找出颗粒堆积体侧限压缩试验结果同时满足散体材料这三大特征时的合理径径比。研究结果表明:当D/d≥7时,河卵石颗粒堆积体同时满足散体材料上述三大物理力学特征,即该径径比为河卵石散体侧限压缩试验的合理径径比。

江西某钨矿山狭长型采空区胶结充填体强度设计

为指导某钨矿山狭长型采空区(采空区长宽比例大于2∶1)充填体强度设计,基于该矿山开采现状和空区赋存情况,通过工程经验类比法和理论分析计算法,估算了采空区充填治理和空区充填后回收剩余矿体时充填体所需理论强度,并采用数值模拟方法对充填体所需理论强度进行验证。结果表明:当对该矿区原有采空区进行充填治理时,充填体所需的自立强度应大于1.177 MPa;当原有采空区充填后,需要对剩余矿体进行回收时,充填体所需理论支撑强度应大于3.429 MPa。该研究可为矿区采空区充填体强度设计提供参考依据。

基于地质雷达的矽卡岩型铜铁矿巷道松动圈研究

测量巷道松动圈有助于提高巷道支护设计的针对性和有效性。但对于矽卡岩型金属矿床,常由于变质作用的差异,导致矽卡岩物理力学性质空间变异大、强度低、遇水膨胀,给矽卡岩巷道松动圈的测量带来了很大困难。针对矽卡岩型金属矿床井下巷道松动圈测量存在的问题,以太平矿业矽卡岩型铜铁矿床为例,介绍了采用地质雷达探测巷道围岩松动圈的研究成果,分析了巷道围岩松动圈的分布特征,讨论了不同岩石类型对地质雷达探测巷道松动圈的影响。研究表明:太平矿业井下巷道围岩复杂多变,松动圈厚度差异很大,破碎大理岩巷道松动圈主要在1.75 m范围内,而蚀变闪长岩巷道和矽卡岩巷道松动圈分布宽泛,分别在1.25~3.25 m和1.75~3.50 m范围内变化;巷道断面尺寸越大,松动圈范围越大;地质雷达探测的精度取决于松动圈内围岩和外部塑性区围岩之间介电常数的差异,围岩性质越差,地质雷达图像显示的巷道松动圈边界越不明显;在锚网喷支护巷道中,金属网片对雷达的电磁波有屏蔽作用,当网片网度较小时,会影响地质雷达的探测结果。上述地质雷达测量巷道围岩松动圈的相关分析成果可为同类地质条件的矿山提供借鉴。

侧限条件下充填散体与岩柱相互作用机理

为研究干式充填采矿中充填散体与围岩的相互作用,分析充填散体对矿柱力学性能的影响,利用自制的测试充填散体约束下岩样轴向压缩性能的试验装置模拟充填散体约束矿柱的作用过程,进行不同粒级散体约束下岩柱的压缩试验.结果表明:充填散体改善了岩柱的受力状态,并对岩柱提供被动侧向支撑作用,提高了岩柱轴向应力峰值和残余强度,改变了岩柱的破坏形式;散体与岩柱的相互作用强度随约束散体粒径增大呈先增后减的变化趋势;基于试验分析,建立了充填散体与矿柱相互作用过程中矿柱的承载模型,得到了充填散体变形模量与矿柱弹性模量的关系式.

侧限条件下充填散体压缩承载和传力特性

充填散体的压缩承载和传力特性对防控充填开采矿山的地表变形具有重要意义。通过河卵石、碎石、尾矿、河砂、尾砂5种散体材料和7组不同粒径河卵石的侧限压缩试验,以及河卵石数值模拟压缩试验,分析了其压实过程和粒径对其变形、承载的影响,揭示了散体压缩过程中的传力特性。结果表明:散体压缩过程可分为空隙压密、颗粒破碎压密和压实固结3个阶段,且散体类型和粒径对其非线性压实过程基本没有影响,但对其内部结构重组过程有较大影响;压缩过程中,存在一个临界密实度使不同粒径河卵石的承载能力次序发生反转,且河卵石散体平均变形模量与颗粒特征因子呈负指数关系;基于河卵石数值模拟压缩试验得到的散体内部力链强度分布和“压力拱”,很好地证实了室内压缩试验中散体垂直应力沿加载方向呈递减的趋势,以及侧向应力在整个散体高度上先增后减这一试验结果。

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PFC^(2D)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。

复杂地质条件下矿区初始地应力场反演分析

初始地应力场是地下工程设计和稳定性分析的重要依据。前常铁矿矿区地质构造复杂、巷道围岩破坏严重,掌握矿区地应力场的分布规律对了解巷道破坏、进行支护设计具有重要意义。采用三维有限差分数值计算软件(Flac^(3D)),建立了考虑矿区主要断层、岩层等的三维数值模型,进行矿区地应力场的模拟,分析了矿区整体、地质构造处和-480 m中段地应力场特征。结果表明:矿区地应力以自重应力为主,分层现象明显,应力值随埋深增加而逐渐增大,地质构造和岩性交接带对地应力的影响十分显著,出现不同程度的应力集中现象;F_(1)断层形成的构造应力对-480 m中段主运输巷道影响相对较大;-480 m中段主运输巷道侧压力系数为0.46~0.58,最大水平主应力与巷道走向的夹角为2.60°~47.75°,对维持其稳定性不利。为减小地应力场对巷道稳定性的影响,建议矿区地下巷道的布置遵循巷道走向与最大水平主应力方向平行的原则。

基于微平面模型和正则化的脆性岩石损伤破裂模拟方法

为解决有限元计算在模拟脆性岩石损伤过程方面的网格依赖性问题,本文基于微平面模型和正则化方法建立了改进的微平面损伤模型,将单轴压缩条件下的岩石实验结果与数值模型进行了对比.引入不同非均质系数对三点弯曲岩石试样的损伤发展进行模拟,结果表明非均质系数越高损伤区域越集中.此外,通过引入高阶梯度正则化方法对不同特征长度的三点弯曲实验进行数值模拟.特征长度为1 mm时,在不同网格尺寸下的正则化微平面模型的损伤演化结果基本相同,而没有采用正则化方法的微平面损伤模型在不同网格尺寸下出现明显的网格依赖性.最后,通过对比普通模型和正则化模型的载荷-位移曲线,发现网格密度对采用高阶梯度正则化后的微平面损伤模型损伤演化影响较低.

厚大破碎矿体采场矿岩冒落规律及影响因素研究

自然崩落法矿岩冒落是拉底卸荷、矿岩冒落、直至形成平衡拱的过程,其本质则是不断重复该过程。矿岩冒落规律受其地应力、采场结构参数、矿岩物理力学性质等地质因素和工程因素的影响,目前的研究多是假定为二维模型,侧重于采用理论方法或数值模拟分析冒落过程和冒落拱形态,较少涉及三维空间的冒落过程研究。根据矿岩冒落过程的主要特征参数,建立了描述该过程力学特征的本构模型,并采用FLAC3D实现数值模拟,模拟研究了矿体赋存深度、侧压力系数、拉底形态及采场尺寸参数对矿岩冒落规律的影响,研究结论有助于指导现场实践。