基于X光CT技术的矿岩散体浸出过程中孔隙演化规律分析

应用自制的多功能实验装置同时进行了矿岩散体介质的柱浸实验和渗流实验,并采用X光CT技术采集了矿岩散体介质在浸出前后的孔隙图像.基于图像处理技术探明了其浸出前后孔隙率和孔隙连通性的演化规律,并分析了浸出过程中孔隙演化的主要原因.结果表明,堆浸系统中矿岩散体介质的孔隙率存在空间和时间变异性,随着高度的降低而逐渐减小,浸出后减小趋势更为明显,其平均孔隙率比浸出前减小了1.71%;孔隙连通性也存在空间和时间变异性,浸出后上部区域连通性得到改善,但下部区域的连通性明显劣化;浸出过程中矿岩散体介质的孔隙演化使渗流性能逐渐下降,下降幅度为31.37%,主要原因是其在多因素作用下的整体沉降和细颗粒的运移及堆积.

基于CT图象法的矿岩散体孔隙结构分形特征研究

利用CT技术分别获取了溶浸柱浸出过程中上部、中部以及下部三个不同区域的断面图像,通过自编的Matlab程序对图像孔隙的分形维数进行了估算,并简要分析了导致溶浸柱中孔隙结构变化的主要因素。结果表明:堆浸过程中矿岩散体介质的孔隙结构存在着空间和时间的变异型,孔隙结构变异程度同细颗粒在物理及化学作用下的迁移与堆积等因素相关;孔隙分维数在浸前随高度的增加而减小,浸后则随着高度的增加而增大;同一区域位置断面分维数浸出后较浸出前均有所增加,下部增加幅度为上部的近19倍。

基于真实模型的矿岩散体三维孔隙流数值模拟(英文)

利用X光CT技术采集矿岩散体图像,结合数字图像处理技术和有限元技术构建了表征介质真实孔隙结构的三维物理模型,利用此模型进行颗粒间孔隙流的三维数值模拟,分析堆浸散体孔隙内溶液流速和压力分布规律,并计算出介质的水力传导系数。模拟结果表明溶液流动行为在很大程度上受到孔隙大小及拓扑结构的制约,介质内同时存在明显的优势流和浸出盲区,最高流速出现在具有高压降的细小孔隙处。根据模拟结果计算出的水力传导系数与室内实验测试结果具有相同数量级,说明了模型的有效性。实现了细观尺度与宏观尺度的结合,所构建的模型能应用于堆浸过程其它规律的计算机模拟。

含水量对矿岩散体流动特性影响分析

分析了矿岩散体中水存在的主要形式,阐述了矿岩散体流动性研究的重要性。分析了含水量对矿岩散体流动规律的影响,及其对细小颗粒散体摩擦力和粘结力的作用机理,得出了在放矿过程中,有效控制矿岩散体的含水量,是避免放矿堵塞和放矿大量贫化的重要结论。

堆浸中矿岩散体介质孔隙结构三维可视化

利用X光CT(Computerized Tomography)技术无损伤地探测了堆浸体系中的矿岩散体介质,采集了矿岩散体介质孔隙结构图像。采用三维重构技术中的体绘制方法,提出了三维重构技术路线,利用MATLAB环境编写程序完成了矿岩散体介质及其孔隙结构的三维重构,实现了孔隙结构的可视化。结果表明所采用的体绘制方法原理简单,编程实现方便,重建速度快,能够真实有效地显示矿岩散体介质复杂的孔隙结构特征,并为多场耦合作用下堆浸过程中相关规律的三维数值模拟提供可靠的物理模型。

堆浸过程中矿岩散体粒间孔隙尺寸的演化规律

根据X射线CT技术无损伤地探测细菌浸出前、后矿岩散体介质孔隙结构特征,利用MATLAB环境编写程序对矿岩散体介质颗粒间横向及纵向孔隙尺寸分布进行统计,研究细菌浸出过程中矿岩散体粒间孔隙尺寸演化规律及其对溶浸液渗流特性的影响。研究结果表明:矿岩散体介质孔隙尺寸分布不均匀,分布范围广,基本呈正态规律分布;浸出后顶部区域中等孔隙和大孔隙数量增加,小孔隙数量减少,底部区域中等孔隙也有所增加,但小孔隙数量减少,横向大孔隙数量减少,纵向大孔隙数量变化不明显;浸出后平均孔隙尺寸比浸出前有所增大,大孔隙含量增加,加强了浸堆的渗流各向异性;微细颗粒的运移和沉积对孔隙尺寸演化影响程度最大。

矿岩散体的非均匀度研究

从影响矿岩散体的非均匀度的三个要因素 (粒径离散系数、空间分布离散系数和孔隙分布离散系数 )出发 ,研究了崩落矿岩散体的非均匀度。给出了粒径离散系数Kf、空间分布离散系数Ks 以及孔隙分布离散系数Km 的定义和表达式。运用模糊综合评判决策得出Kf,Ks,Km 与散体非均匀度K有K =0 .5 85 5Kf+0 .112 5Ks+0 .30 2 0Km

基于DIC技术的矿岩散体剪切运动特征研究

为探究散体边坡滑坡特性,揭示矿岩散体剪切作用下运动特征,利用自主设计制作的可视化剪切模型并基于数字图像相关技术(digital image correlation method,DIC)开展矿岩散体直剪试验,研究剪切作用下矿岩散体颗粒剪切面颗粒运动、局部应变和剪切带的演变等。研究结果表明:1)在距剪入口1/3剪切面长度处剪胀效应发生突变,表现为颗粒位移和旋转的加速度正负发生改变;2)随着剪切率增加,局部应变分布由随机位置逐渐向剪切面聚集转变,剪切面局部应变概率密度以及上下两部分最大剪切带厚度随时间均呈logistics函数形式变化;3)局部应变贯穿剪切面形成类似于“半梭形”剪切带,上部呈圆弧面,上下两部分最大厚度差为颗粒中位粒径的2~3倍;4)散体边坡滑坡中也有类似直剪试验的颗粒运动突变点,在距剪入口1/3剪切面长度处进行治理能够有效预防边坡滑坡。

矿岩散体的非均匀度与放出安息角关系的研究

在矿山生产中 ,无法直接测出矿岩散体的放出安息角。因此 ,最好是利用容易测量的参数来求出其放出安息角。而散体的放出安息角可用散体的平均粒径和非均匀度来表示。文章阐述了不同粒级散体的平均粒径和散体非均匀度的计算方法 。

基于刚体离散元模型的矿岩散体流动规律

针对崩落采矿法矿石损失与贫化大的问题,利用刚体离散元原理和方法,成功研究了多种放矿制度下覆盖岩层与矿石的相互作用和界面动态变化过程。研究表明:在1 213 m左出矿口放矿时,其右上方约9 m位置矿石被废石包裹,即使再采用相邻或相间出矿口放矿,被包裹矿石也难以放出,矿石贫化损失最大;采用中出矿口放矿时,矿岩界面增大,呈漏斗状,贫化次之;采用左中右三个出矿口均衡放矿时,矿岩界面最短且近似平行下降,矿石贫化与损失最少。模拟结果对于预测不同放矿制度下,矿石的贫化与损失指标提供了可靠依据。

非均匀矿岩散体放矿的计算机模拟

分析非均匀矿岩散体在放矿过程中的流动特点 ,提出非均匀矿岩散体计算机模拟放矿过程的思路。散体堆体由覆盖废石层和矿石层两部分组成的 ,散体颗粒的粒径组成分成 1～ 10组 ,用中间值表示每一组颗粒的粒径。颗粒看作圆形单元 ,它的移动受单元或边界之间的阻碍作用 ,运动方式有向左移动、向右移动和处于稳定平衡状态。考虑单个颗粒的速度引起的冲击作用以及颗粒间的摩擦力 ,引入调整参数来调整模拟误差。

高含泥铜矿堆浸矿岩散体结构特征分析

为了探寻影响羊拉铜矿浸堆渗透性的重要因素,本文对浸出过程中矿岩散体的结构特征进行了一系列研究。针对矿岩散体的多尺度效应,运用数学公式、统计方法及实验手段分别对浸堆宏观孔隙结构、矿岩颗粒微细结构进行了定性和定量表征。采用扫描电子显微镜进行氧化铜矿表面形貌演化实验研究,并揭示了浸出前后矿岩颗粒微孔裂隙结构变化规律。

堆浸过程中溶浸液对矿岩散体性质损伤的试验研究

堆浸过程中,溶浸液与矿岩散体发生着复杂的物化反应,溶浸液对散体的相关性质存在着损伤作用。通过模拟现场浸出条件,将在酸液中浸泡不同时间后的花岗岩及砂岩试件进行岩石力学试验,测定了矿岩抗拉、抗剪强度随着浸泡时间的改变程度,计算了相关参数的化学损伤系数,并分析了试验机理。

崩落矿岩散体本构关系研究

针对崩落矿岩散体的结构特征,从影响崩落矿岩散体物理力学性质的组构特征出发,利用统计理论、散体力学理论对崩落矿岩散体的物理力学性质进行研究。从崩落矿岩散体的微观结构出发,建立了崩落矿岩散体的刚性接触模型,将颗粒间的接触力同局部应力联系起来,建立了崩落矿岩散体的局部本构模型。以崩落矿岩散体局部本构关系为基础,建立了崩落矿岩散体的二维、三维本构模型,揭示了放矿过程中崩落矿岩散体的强度与流动本质。

溜井储矿段矿岩散体运移轨迹及速度预测模型

为准确预测溜井储矿段内矿岩散体运移状态,以放矿漏斗中心线与溜井中心线重合的溜井结构为研究对象,建立了溜井储矿段矿岩运移轨迹和速度预测模型.首先,根据筒仓卸载过程中颗粒运动特点和理想流体流动单元流动特点的相似性,分析储矿段内矿岩运移规律;其次,引用流动网络概念和Beverloo经验公式,建立了储矿段矿岩运移网络,分析了储矿段矿岩运动截面与矿岩运移速度的关系;最后,在一定的假设条件下,根据流线和等位面分布特征,建立了矿岩位移、运移轨迹和速度方程.研究结果表明:(1)矿岩进入储矿段后依次经过匀速区、变速区,分别进行匀速直线下向运动、变速曲线运动;(2)当放矿口倾角较小时存在平衡区,该区域下矿岩不发生位移,导致“空环效应”;(3)单位时间内放出矿岩质量和穿过同一等位面的矿岩质量相等.所建立的预测模型表明,匀速区内矿岩运移状态与储矿段和放矿口断面直径、矿岩粒径等有关,变速区内矿岩运移状态还与矿岩所处位置、放矿口倾角等有关.

崩落法采空区散体与围岩相互作用的数值模拟

崩落式采矿法在覆岩下出矿,将崩落的围岩散体遗留在上部采空区,从而对上下盘围岩起到支撑作用。在不同的矿体形态和岩体强度、矿岩散体流动状态的条件下,崩落散体的支撑作用不尽相同,这导致崩落采空区的垮落范围与地下采场的地压显现也存在差异,其形成的应力集中区和上盘陷落区对后续开采构成较大风险。针对这一问题,基于裂纹尖端存在微裂纹损伤假设,使用离散元数值模拟的方法,对比分析了不同围岩强度、不同矿体采空区倾角条件下,放矿过程中矿岩散体与围岩的相互作用和围岩破坏形式。研究结果表明:竖直或陡倾斜的采空区应力分布相对均匀,但采空区具有一定倾角时在上盘顶部会出现应力降低区,上盘底部出现应力集中区;围岩强度较高时,应力分布较为均匀,而围岩强度低时上盘围岩会较早发生破坏,从而释放应变能,不易产生应力集中区;在围岩强度较低时,可通过及时回填废石以减小围岩变形、迟滞上盘围岩底部产生的应力集中趋势、延后破坏时间。研究结果对采用崩落法开采的矿山控制采场地压具有重要的借鉴意义。

散体矿岩静压分析与计算

静止散体矿岩压力属主动压力，矿岩内最大主应力迹线偏向于重力线方向，侧压系数小于１．本文根据静止散体矿岩压力的性质，分析了矿岩内的压力分布情况，并推导出散体矿岩静压的计算公式。与传统的扬辛公式相比，该公式的计算结果更符合实际情况。

覆盖岩层下矿岩流动过程数值模拟

利用离散元中刚性块体模型 ,模拟了多种放矿制度下 ,覆盖岩层与矿石的相互作用及移动过程 ,反映了矿岩的流动特点和接触线变化过程。研究表明 ,用离散元方法模拟非均匀矿岩散体运动过程是适合的 ,能够用于采场结构参数优化、出矿方式选择、放矿管理和对矿石的损失与贫化指标进行预测。

基于放矿理论的矿岩混合散体回采技术研究

针对某铅锌矿在开采过程中由于上盘粉砂岩不稳固,崩落矿体后在极短时间内上盘粉砂岩发生垮落,致使矿体与围岩发生混合而造成贫化等问题,采用随机介质放矿理论视放矿口放出矿体为类椭球体,并结合现场实际,分析矿体颗粒流动特征,得出矿岩混合散体的形态特征及其大致区域分布。通过分析给出了矿岩混合散体的初步回采方案,以期得到较好的矿石回采率,为矿山企业带来了稳定的经济效益。

倾斜溜井中的矿岩运动特征及其对井壁的损伤与破坏

斜溜井是国内外矿山溜井一种重要的布置方式,在工程应用中溜井的变形破坏问题严重。矿岩散体在溜井内运动过程中与井壁接触并产生力的作用是引起溜井变形破坏的根本原因。倾斜溜井中不同的矿岩运动特征导致了井壁的变形破坏程度及范围存在较大差异。通过研究斜溜井中矿岩散体的运动特征及其影响因素,分析了斜溜井井壁的变形破坏机理和破坏分区。研究表明:①倾斜溜井中的矿岩散体运动包括下落、跳动、滚动、滑动4种方式,受溜井倾角、矿岩块形状、粒度及其分布特征、矿岩物理力学性质、溜井井壁平整度和矿岩块进入溜井时的初始运动方向等因素影响,不同的矿岩运动方式对溜井井壁产生的破坏特征也不相同;②矿岩散体下落或跳动引发的溜井井壁冲击破坏主要发生在分支溜井与主溜井交叉处的矿岩下落方向的溜井底板,滚动或滑动引发的溜井井壁摩擦破坏主要分布在主溜井和分支溜井的底板上;③针对不同的溜井井壁变形破坏特征,应从优化溜井结构、采取相应的加固措施等角度进行预防。