基于刚性块体模型的近−远场崩落矿岩流动特性

为进一步揭示远场条件下金属矿山崩落矿岩运移演化机理,综合利用物理试验、数值模拟和理论分析等手段,构建单口放矿模型开展近−远场崩落矿岩流动特性研究.首次基于离散元软件PFC3D和刚性块体模型构建放矿数值模型,并通过近场放矿物理试验与模拟结果的对比分析,证明了刚性块体模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性与优越性.在此基础上,对远场条件下松动体形态变化规律、矿岩流动体系内的应力演化规律及其力学机理进行了量化研究.研究结果表明:1)近−远场条件下的松动体形态变化均符合倒置水滴理论.在放矿初始阶段,松动体最大宽度随高度增大呈幂函数形式快速增加;随后,松动体最大宽度随高度增大而近似线性增加.2)崩落矿岩流动过程中存在明显的应力拱效应.随着矿岩散体松动范围不断扩大,松动体外围一定范围内的垂直应力均呈明显下降趋势,水平应力逐渐增大并在松动区域到达前出现激增现象;而松动体内的水平应力与垂直应力则急剧下降至较低水平.

基于不均匀块度分布的崩落矿岩流动特性

为揭示不均匀块度分布条件下的崩落矿岩运移演化机理,开展矿岩散体流动特性物理与数值试验研究。从放出体形态变化规律和矿岩散体空隙率、平均配位数及其概率分布等方面对不同块度级配和堆积体系下的崩落矿岩流动特性进行了量化研究。结果表明:在所研究的不同散体块度级配取值范围内,散体平均粒径越大,则放出体最大宽度越大;矿岩散体堆积体系的空隙率随高度的增大而增大,颗粒平均配位数均随高度的增大而减小。颗粒平均配位数的概率分布符合高斯分布,峰值范围内的颗粒平均配位数约为7-11;随着散体堆积状态由自然堆积向密实堆积转变,散体堆积体系结构的各向异性程度变大,放矿所得放出体形态由倒置水滴形转变为正置水滴形,放出体最大宽度变小。研究结果可为建立基于矿岩颗粒体系结构特征的统一放出体形态表征模型提供有力支撑。

多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律

针对当前多口放矿研究中存在的放矿口间距阈值和应力分布等问题,基于刚性块体模型开展不同放矿口间距和放矿方式条件下的放矿数值试验,对多放矿口间的矿岩颗粒均匀流与应力演化规律进行量化研究.研究结果表明:多口放矿条件下能够产生矿岩颗粒均匀流的放矿口间距阈值介于1.0~1.25倍的松动体最大宽度.矿岩颗粒流动体系内存在明显的应力拱效应,放矿过程中松动体上方的垂直应力会逐渐向两侧非松动区域转移.在所研究的取值范围内,采场底部最大垂直应力已接近初始垂直应力的1.8倍.放矿过程中采场内非松动区域的配位数约为8~9,且空间高度越低其配位数越大;在松动区域内越接近放矿口的位置,其矿岩颗粒越松散且运移与接触变化的无序程度越高.