基于PFC2D的落矿组拱力学特征数值模拟研究

针对崩落法放矿过程中矿块组拱阻塞问题,采用PFC2D离散元数值模拟软件,对不同颗粒级配下的矿石散体在落矿过程中产生组拱现象及其力学性质进行了研究。研究表明:颗粒级配对于组拱现象的影响是矿石散体中大颗粒占比高于40%时,组拱现象发生,并且随着大颗粒占比的增加,组拱发生的概率和稳定性随之提高。通过对保安矿柱斜面应力的监测,在进路完整出矿过程中,应力先减小后增加,应力减小阶段为纯矿石铲出阶段,应力增加阶段为废石混入阶段,当出现组拱现象时,形成不稳固、中等稳固、极稳固3种状态组拱结构,其形成时间节点依次提前。通过对散体内部颗粒间接触应力的监测,进路出矿对于上部的应力有卸荷作用,正常出矿状态下,应力峰值位于保安矿柱上部区域,当组拱结构形成之后,峰值下移至组拱结构处,由于组拱形成时间节点的不同,造成上覆矿岩散体剩余量不同,随着组拱结构稳固性的提高,组拱处的接触应力也逐渐增加,而无组拱进路的出矿工序也会对组拱进路上方的放矿椭球体产生影响,使其逐渐向无组拱进路发生倾斜,直至椭球体瓦解。