垂直溜井贮矿段放矿中矿岩运动速度变化特征

为研究溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒运动速度变化特征,采用颗粒离散元数值模拟方法,进行了垂直溜井贮矿段放矿试验,分析了溜井贮矿段放矿过程中整体矿岩速度分布及个体速度变化过程。结合时均化分析方法,讨论了矿岩经过筒仓和放矿漏斗时的时均速度变化特征。研究表明:溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒的瞬时速度始终处于波动状态,其波动特征表现为0~4.0 s内大振幅、波峰波谷明晰;4.0~16.5 s内振幅较小、呈周期性变化;16.5~20.0 s内振幅较大且波峰波谷平均值随时间增长而增大、速度呈明显增长趋势。在筒仓部分矿岩颗粒时均速度接近于恒定,不随放矿时间变化,越靠近筒仓中心线矿岩时均速度越大,到达放矿漏斗所用时间越少;在放矿漏斗部分矿岩颗粒时均速度随放矿时间增加而增大,同时越靠近井壁,时均速度越小,颗粒经过放矿漏斗部分的时均速度明显大于经过筒仓部分的时均速度。

主溜井贮矿段静态及动态井壁侧压力分布特征

为了解溜井井壁在储矿、卸矿两种状态下的侧压力分布特征及差异,以海南石碌铁矿2^(#)主溜井为研究对象,基于Janssen公式建立了井壁压力与标高的关系,同步建立了溜井动态、静态压力监测平台,模拟溜井贮矿段储料及放矿过程,监测压力变化特征,分析了静态及动态压力分布及差异,讨论了Janssen公式应用的局限性及问题,并结合研究结果提出了关键性建议。结果表明:随着测量高度的增加,井壁静态侧压力逐渐减小,动态压力值大于静态压力,动态井壁侧压力呈先增加后减小的趋势,在测点高度为1.26 m时达到峰值为16.289 kPa,储料面附近最小,为3.073 kPa。“超压现象”造成了动、静压力之间的显著差异性。Janssen公式基本能够描述井壁静态侧压力与测量标高的关系,但存在一定的局限性,源于卸矿冲击夯实作用、上覆矿岩压实作用、底部结构及矿岩压力等,这些因素造成储料内部压力、容重等参数小范围动态变化,造成Janssen公式模型产生计算误差。此外,在使用Janssen公式计算动态压力值时,应注意超压系数是一个与测点高度相关的动态值;提出标高为22~26 m范围使用内套钢板混凝土井壁修复方式、储料高度应在30 m以上、控制矿岩块度、匀速卸矿等工程管理建议,以确保2^(#)主溜井贮矿段长期稳定运行。研究结果对溜井井壁磨损评估具有一定的理论意义,同时有助于保障溜井矿岩运输连续性,提高溜井使用寿命。

溜井放矿过程中贮矿段井壁动态应力分布特征研究

溜井放矿过程中贮矿段井壁的磨损破坏程度与井壁动态应力的分布特征密切相关。以金山店铁矿主溜井为工程背景,基于Janssen公式,引入超压系数,推导贮矿段井壁动态应力的理论计算公式,计算不同高度处井壁动态应力的理论值;采用颗粒流程序模拟主溜井放矿过程,分析贮矿段井壁动态应力的分布特征;基于自主研发的溜井放矿相似试验平台,配合应变仪,对放矿过程中贮矿段井壁不同高度处的应变值进行监测,通过应变仪的率定参数将其转换为对应的动态应力值。将理论计算、数值模拟所得结果与相似试验所得井壁动态应力及井壁磨损分区范围进行对比。研究表明:理论计算、数值模拟、相似试验所得井壁动态应力的最大相对误差率在19%以内,验证了理论计算公式的合理性;三者所得井壁动态应力的均值在放矿口以上(5.0 m,15.0 m)范围内均超过了228 k Pa,在(15.0 m,30.0 m)范围内均不足204 k Pa,分别对应于相似试验中井壁的重磨损区及轻磨损区;井壁动态应力越大则井壁磨损程度越重,从力学角度解释了贮矿段井壁磨损破坏程度差异的原因。

重力压实作用对空隙率的分布特征研究

溜井放矿过程中堵塞问题与储料内部空隙率分布特征密切相关。以松散岩体分维数为基础确定贮矿段不同高度的储料空隙率,通过理论推导得到储料总质量、贮矿标高与空隙率之间的关系,结合相似模拟试验与理论分析结果进行比对,误差值小于0.05,验证数据符合实际,并对数据进行拟合得到储料总质量、贮矿标高与空隙率的关系式;研究发现空隙率变化并不会随贮矿高度的增加而变小,重力压实作用会影响距离储料面7~10 m范围内的空隙率,当空隙率达到最小值后趋于不变并达到空隙率极限;通过理论计算与相似试验结果对比分析,根据单位高度处不同级配测到分维数,其结果与空隙率成正比;结合研究结果,在控制卸矿粒径和储料高度、放矿管理3个方面提出了合理利用空隙率大小以及矿岩流动性的具体措施,对矿山生产实践具有一定的指导意义。