单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链演化特征

针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于滚动阻抗模型开展放矿数值试验,对不同粒径和位置单一粗颗粒影响下的矿岩颗粒体系三维力链宏观分布、数量、平均强度、准直性、长度以及方向等演化特征进行量化研究。研究结果表明:1)针对0.3~0.8 m的三维矿岩细颗粒体系,仅当粗细颗粒粒径比大于6.0且粗颗粒处于矿岩颗粒剪切带区域时,单一粗颗粒的存在才会导致粗颗粒一侧的松动体形态产生明显变异,引起局域细颗粒的提前移动。2)粗颗粒能够产生力链聚集效应,显著提高其四周局域内力链分布密度、力链接触数占比以及力链平均强度,而对力链准直性无显著影响。3)无论是否存在粗颗粒,在各放矿阶段局域内力链概率均随其长度增加而呈负指数函数形式减小;从统计意义的角度而言,力链最大长度均不超过10。4)当粗颗粒及其四周细颗粒未产生松动时,粗颗粒的存在可显著提高局域力链方向各向异性程度;当粗颗粒及其四周细颗粒产生松动后,其局域力链方向各向同性程度不断提高,局域力链方向逐渐向放矿口方向集中。

采空区垮落煤岩渗透特性研究

地震法常用于分析采空区垮落煤岩孔隙率和渗透率的相关性,现有研究大多采用有效介质理论,将采空区垮落煤岩的各向异性和不均匀性转换为等效的介质参数,对粒径、孔隙率、空间特征等因素对地震波的影响考虑较少。以采空区垮落煤岩为研究对象,根据实际采空区垮落煤岩颗粒级配和孔隙率,制备了破碎煤岩样品,通过实验验证了其孔隙率和波长-粒径比与实际采空区垮落煤岩一致。在此基础上,通过实验分析了煤岩粒径、孔隙率、地震波频率等因素对波速、振幅衰减系数及渗透率的影响,结果表明:破碎煤岩中P波速度随孔隙率增大而减小,随粒径增大而增大,受地震波频率影响较小;振幅衰减系数随孔隙率增大而增大,随粒径增大而减小,孔隙率较大时更易受地震波频率影响;破碎煤岩的渗透率随孔隙率和粒径增大而增大,遵循Kozney-Carman方程,基于实验结果建立了采空区垮落煤岩渗透率预测公式,计算得现场采空区垮落煤岩渗透率为1 225×10^(-12)~178 930×10^(-12)m^(2);为消除粒径对地震波振幅衰减系数和煤岩样品渗透率的影响,提出单位波长振幅衰减系数(振幅衰减因子),并通过最小二乘法拟合得到振幅衰减因子与渗透率之间的经验关系式,为初步判断采空区垮落煤岩的渗透率提供了思路。

粒子群投影寻踪算法在岩爆预测中的应用

对岩爆有影响的三项主要因子:洞室最大切向应力与岩石单轴抗压强度的比值、脆性系数和弹性能量指数作为岩爆灾害预测的主要判别指标,通过粒子群优化算法和投影寻踪算法建立了相应的岩爆预测分析模型.该模型采用粒子群算法优化投影指标函数,确保了模型参数的准确性;同时利用逻辑斯谛曲线函数建立投影值与经验等级之间的非线性关系.研究表明,用粒子群投影寻踪回归模型进行岩爆预测,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测精度较高.通过将所建模型应用到秦岭隧道和冬瓜山铜矿的岩爆预测中,得到与实际情况较符合的预测结果.

基于随机介质理论自然崩落法矿岩流动特性

为准确掌握自然崩落法崩落矿岩流动特性,提出属性块体建模与随机介质理论相结合的方法,进行崩落矿岩流动模拟.建立属性块体模型拟合目标区域,实现目标区域离散化;建立适宜程序实现的颗粒体数据结构和随机介质空位传递模型;提出放出指数和块度指数概念.分别模拟和分析固定目标放矿区域、不同放矿高度以及不同块度条件下的矿岩流动,并在数字矿山软件平台上用C++编程语言予以实现.结果表明:该方法得到了崩落矿岩流动过程中品位变化及形态发育规律.

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.

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。

崩落矿岩流动特性及影响因素实验研究

采用1:100的相似比进行放矿物理模拟实验,将矿样破碎后按粒级组成分为Ⅰ和Ⅱ这2组矿样,进行了模拟放矿实验,通过拟合得到了放矿高度为55,95,145m时的放出椭球体;大块含量高的粒级组成Ⅱ放出体短半轴比粒级组成Ⅰ大20%,但大块含量的增加导致放矿卡斗堵塞频率增大,粒级组成Ⅱ的堵塞频率为Ⅰ的7倍;此外,矿岩孔隙当量直径越大,细小颗粒穿流现象越明显,细粒含量较多的覆盖层能使矿石贫化率提高3倍以上,含水量也是影响崩落矿岩流动性的重要因素,含水率在10%左右的矿岩抗剪强度较大.

落煤角与接触角对煤岩与尾梁动态响应的影响分析

综采放顶煤过程中大量的煤岩垮落会对放顶煤液压支架带来巨大冲击,甚至会导致设备损坏。为研究不同落煤方式下液压支架尾梁受冲击后的受力以及响应特性,在ADAMS中建立了放顶煤液压支架的刚柔耦合模型,利用弹簧阻尼系统等效替换平衡千斤顶,采用Hertz接触理论确定了接触参数。基于该模型,对煤岩颗粒以不同落煤角度和不同接触角度冲击尾梁不同位置的工况进行了模拟。结果表明,煤岩颗粒冲击尾梁时不同冲击角度、不同下落角度以及不同落点均会对其冲击响应特性产生显著影响。本研究强调了在进行放顶煤开采相关研究时考虑煤岩颗粒冲击尾梁不同工况的重要性,也进一步为冲击载荷作用下液压支架的整架分析提供了研究基础。