垂直溜井中物料的冲击夯实过程及其作用特征

垂直溜井卸矿过程中的冲击夯实作用影响着储料矿岩的流动性和井壁的稳定性,也是引起溜井堵塞、井壁失稳的重要因素。针对溜井上部卸矿的冲击夯实作用机理,通过离散元数值模型模拟垂直溜井卸矿过程,分析了冲击夯实作用效果,研究了冲击夯实作用对贮矿段储料内力链结构分布、空隙率和贮矿段井壁侧压力的影响特征。在当前溜井结构参数下,贮矿高度40 m时,研究表明:①冲击夯实作用过程包括下落、碰撞、挤压、反弹、覆盖5个阶段,冲击力依次经过点冲击、面冲击向空间扩展;②应力传递过程中,储料面以下4 m范围内的力链会发生断裂和重组,其余范围的力链被加强或延长,储料整体的力链结构分布变化甚微;③冲击夯实作用对储料面以下5 m范围内的空隙率影响较大,其余范围内的储料空隙率的变化率不到1%;④卸矿过程中,溜井储料面附近井壁会承受较大的冲击作用并造成井壁冲击损伤;同时冲击夯实作用提高了溜井贮矿段中下部的井壁静态侧压力,进而加速井壁磨损和增大悬拱发生率。

垂直溜井中卸矿对物料的冲击夯实作用及其预防

垂直溜井中的矿岩运动会对井内储料产生冲击,使松散储料被夯实,进而引发溜井的悬拱堵塞。在总结垂直溜井中矿岩运动特征的基础上,分析了溜井中物料运动全过程的能量转化与耗散特征,讨论了物料运动对井内储料冲击夯实作用机理与冲击夯实过程,并给出了矿山预防冲击夯实作用的综合措施。研究表明:①矿岩块在垂直溜井中下落时,底部储料受冲击的能量大小与矿岩落差和矿岩块质量成正比关系;②下落矿岩块的冲击力在井内储料中矿块之间相互传递形成了一种"力链"的作用效果,冲击力越大,夯实的密实度和范围也越大,夯实范围大小与冲击过程中的能量耗散速度成反比关系;③控制进入溜井的矿岩块度和降低矿岩块在溜井中的落差,是预防井内储料被冲击夯实的有效措施。

矿岩初始运动对其冲击溜井井壁规律的影响

溜井中运动的矿岩会与井壁发生碰撞并导致井壁的冲击损伤,研究矿岩在溜井中的运动规律,有利于减少矿岩与溜井井壁的碰撞概率。基于运动学原理,建立了矿岩运动初始方向与其运动规律的关系模型,得出了矿岩的运动轨迹方程,确立了矿岩块运动过程中与溜井井壁发生碰撞的条件,得到了矿岩块第1次与溜井井壁发生碰撞时碰撞点的计算公式,研究了矿岩进入溜井时的初始运动对其在溜井中运动规律的影响。研究表明:①溜井直径D、矿岩块初始速度v0及其方向α是影响矿岩块与溜井井壁碰撞的主要因素;②当D和v0保持不变时,随着α增大,碰撞位置h1越大,反之,h1越小;③当D和α保持不变时,随着v0增大,碰撞位置h1越小,反之,h1值越大;④当v0和α保持不变时,随着D增大,碰撞位置h1越大,反之,h1越小。上述研究进一步反映出,适当增加溜井直径,选择合适结构,降低矿岩块进入溜井时的速度,能够降低矿岩块与溜井井壁的碰撞概率,有利于减轻溜井受冲击破坏的程度。

井壁摩擦对贮矿段矿岩运移速度分布特征的影响

为研究井壁摩擦对溜井贮矿段矿岩运移速度的影响,引用Beverloo经验公式、稳定质量流动量定理和牛顿内摩擦定律分析了摩擦对矿岩速度分布的影响,采用离散元程序,探究了矿岩速度分布特征。研究发现,井壁摩擦作用是导致垂直溜井贮矿段筒仓内同一平面的矿岩存在速度差的主要原因,摩擦力对井壁附近矿岩的减速作用尤为明显。研究表明:(1)无摩擦作用时,溜井贮矿段筒仓内的矿岩作铅垂向下匀速运动;(2)有摩擦作用时,与井壁接触的矿岩运动速度减小,导致同一平面的相邻矿岩存在速度差,矿岩颗粒间产生内摩擦力,进而影响了整个贮矿段内矿岩运动速度的分布特征;(3)在较大的摩擦作用下,溜井放矿漏斗内的矿岩运移速度的差异性更大;(4)井壁与矿岩间的摩擦系数增大,摩擦作用的影响范围及影响程度也随之增大。提出了通过控制井壁摩擦作用解决溜井堵塞、井壁磨损问题的措施。