冻融作用下裂隙类砂岩断裂特征与强度损失研究

寒区裂隙岩体中经常发生水冰相变产生冻胀力,冻胀力的反复作用会驱动岩体裂隙扩展、贯通甚至断裂破坏。通过在类砂岩试样中预制不同倾角的单开口裂隙,分别进行预冷和不预冷饱水裂隙冻融循环试验及冻融后的单轴压缩试验,探究冻结方式和裂隙倾角对裂隙冻胀扩展过程、断裂破坏特征及单轴强度的影响机制。试验结果表明,裂隙冻胀力是驱使裂隙冻融扩展的主要动力且与裂隙水的冻结方式密切相关,采用预冷方式冻结会引起绝大部分裂隙水挤出而难以形成冻胀裂纹;在非预冷冻结方式下冻胀裂纹一般先沿着预制裂隙共面方向扩展,但由于边界效应而逐渐转向短边,共面扩展长度与裂隙倾角呈正相关;当预制裂隙倾角在60°~90°时,岩体容易沿着冻胀裂纹方向发生压缩破坏,从而引起岩体单轴抗压强度降低。研究结果可为揭示裂隙岩体冻融损伤机制及开展寒区岩体工程建设提供借鉴。

露天转地下开采充填体变形参数对边坡稳定性影响研究

以舞阳铁矿铁古坑采区露天转地下首中段开采为例,运用力学理论分析充填体变形参数对露天边坡稳定性的影响,并根据该矿充填体变形参数取值范围设计相应的数值模拟方案,采用有限元局部强度折减法计算各方案下边坡安全系数,分析充填体变形参数与露天边坡稳定性的关系,结果表明,随着充填体弹性模量或泊松比提高,露天边坡稳定性安全系数逐渐增大,充填体的弹性模量与泊松比取值共同影响露天边坡稳定性;确定了满足露天转地下开采边坡稳定的充填体变形参数范围,并确定灰砂比1∶8及以上配比的充填体可满足矿山安全生产的要求。工程中可以采用弹性模量与泊松比较高的充填体进行充填,降低地下开采对边坡稳定性影响,保障矿山露天转地下的安全生产。

颗粒级配对溜井放矿矿石混合特性的影响

将放出混合矿样的中值粒径(d50)与放矿前初始中值粒径(d50′)的差值与d50′的百分比定义为中值粒径偏析量(MDS),并将其作为矿石混合特性的定量评价指标。以湖北金山店铁矿主溜井放矿过程为背景,借助相似试验与数值模拟,采用TFe品位在24.75%~59.21%的7种铁矿石,以及粉矿含量为11%~19%对应的5种颗粒级配,组成35种不同品位的矿石级配方案,研究主溜井放矿过程中矿石的混合特性。结果表明:相似试验与数值模拟所得结果吻合性较高;同一级配方案下,不同品位矿石放矿计算得到中值粒径偏析量的变化趋势基本一致,随着入井矿石品位升高,MDS均不断减小,矿石混合均匀性越高;同一品位、不同级配下,级配中粉矿含量占比不断增大,MDS表现为先减小后增大,矿石混合情况首先变好逐渐变差;粉矿含量为13%对应级配方案下,MDS最小,矿石混合情况最优;MDS能对溜井放矿过程中矿石的混合特性进行有效评价。

大冶铁矿同阶段崩落法转充填法开采隔离间柱合理宽度确定

为保障同阶段崩落法转充填法开采顺利过渡,过渡段处须设置竖向隔离间柱。以大冶铁矿龙洞采区-170 m同阶段崩落法转充填法梯形隔离间柱为研究对象,将其简化为变惯性矩固支梁,并以间柱的水平应变量允许值为判据,初步确定梯形隔离间柱上端的初始宽度。以梯形隔离间柱上端的初始宽度为基础,采用数值模拟方法,计算了不同梯形隔离间柱上端宽度与不同充填体灰砂比协同作用下的充填采场顶板围岩沉降量,并对不同灰砂比下梯形隔离间柱上端宽度与顶板围岩最大沉降量进行了数据拟合,由顶板围岩允许沉降值得到与不同充填体灰砂比协同匹配下的梯形隔离间柱上端的合理宽度。数值计算结果表明:与充填体灰砂比分别为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12协同匹配的梯形隔离间柱上端合理宽度分别为16、19、21、25、29 m。研究成果可为合理确定矿山同阶段崩落法转充填法开采过渡段隔离间柱宽度提供参考。

隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19～28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28～50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶;顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著;底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小;霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。