散体粒级与自然安息角变化关系的数值模拟

自然安息角是矿岩散体的重要物理参数之一。利用颗粒流软件PFC2D开展数值模拟,研究散体粒级与自然安息角的变化关系。试验利用圆筒测量法,针对粒级2～15 mm范围内散体的自然安息角变化进行模拟。试验结果表明,随着散体粒级的增大,其自然安息角呈现逐渐增大的趋势。模拟结果可为溜井、排土场、废石场等条件下散体的物理力学性能测定及相关参数的选取提供参考。     

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.     

突出煤相似材料单轴压缩的PFC2D模型细观参数标定研究

为了研究突出模拟相似材料单轴压缩颗粒流PFC2D模型宏细观参数之间的关系及对其细观参数进行标定,根据相似材料的配比构成及力学特征,以平行黏结模型作为颗粒接触的本构模型,在各细观参数影响因素分析的基础上,提出了试错法标定细观参数的宏观参数标准和具体流程,在相似材料的单轴压缩颗粒流模型细观参数标定中,通过赋予细观参数的数值模型计算得出的宏观参数、应力应变曲线和试件破坏特征均与室内物理试验结果相近。     

基于颗粒流的层状矿岩细观参数标定研究

细观参数的标定对于应用 PFC 颗粒流软件研究开挖卸荷下层状矿岩破坏机理具有重要意义.为标定颗粒及黏结细观参数,首先开展大量的平面单轴压缩和拉伸数值试验.以颗粒的弹性模量、摩擦系数、刚度比和平行黏结的弹性模量、刚度比、法相黏结强度、黏聚力等为自变量,对岩石的宏观性质进行多元线性回归分析,拟合出岩石单轴抗压强度、抗拉强度、泊松比和弹性模量的回归方程.通过回归方程确定岩石细观参数,在此基础上采用 PFC２D 软件模拟完整岩石试件单轴压缩试验,对比模拟结果与室内试验结果,二者吻合度较高,验证了岩石宏观力学参数与颗粒及平行黏结细观参数关系式的有效性,揭示了单层矿岩开采过程中顶板裂隙扩展规律,为金属矿山层状矿岩采空区失稳机理与稳定性研究提供了技术支撑.     

矿岩散体粒级对自然安息角影响的试验研究

矿岩散体堆积状态普遍存在于采矿生产中，是关系矿山生产安全及矿石回收效果的主要因素之一。散体堆积角度（自然安息角）是其流动性的主要表现特征之一，是散体颗粒的重要物理参数。利用自制测 定装置开展物理试验，研究了静态与采场放矿条件下，不同粒级矿岩散体自然安息角的变化规律。结果表明：静态与采场放矿条件下，随着矿岩散体粒级增大，其自然安息角呈逐渐增大的趋势，且在非均匀矿岩散体 中，大粒级矿岩散体占比增大，其自然安息角随之增大；静态试验条件与溜井放矿、漏斗放矿、排土场堆积等条件相似，在选择溜井与漏斗放矿倾斜角、确定排土场占地面积及坡面角度时，可根据散体粒级进行相应 的参数调整；从采场放矿条件试验结果来看，适当增加散体粒级，可降低散体自出矿口流出的距离及堆体体积，改善铲运机作业条件，有利于提高生产效率；小粒级散体流动性优于大粒级散体，应使覆盖岩层的粒级 大于矿石粒级，有利于矿石流出。     

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，并建立了矿岩散体放出安息角与非均匀度之间的关系方程。     

厚大破碎矿体采场矿岩冒落规律及影响因素研究

自然崩落法矿岩冒落是拉底卸荷、矿岩冒落、直至形成平衡拱的过程,其本质则是不断重复该过程。矿岩冒落规律受其地应力、采场结构参数、矿岩物理力学性质等地质因素和工程因素的影响,目前的研究多是假定为二维模型,侧重于采用理论方法或数值模拟分析冒落过程和冒落拱形态,较少涉及三维空间的冒落过程研究。根据矿岩冒落过程的主要特征参数,建立了描述该过程力学特征的本构模型,并采用FLAC^3D实现数值模拟,模拟研究了矿体赋存深度、侧压力系数、拉底形态及采场尺寸参数对矿岩冒落规律的影响,研究结论有助于指导现场实践。     

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。     

散体充填材料压实力学特性的宏细观研究

为提高西部矿区散体充填材料的抗压性能,采用扫描电子显微镜技术、图像处理技术以及颗粒流数值模拟相结合的方法,研究散体充填材料的细观参数与宏观应变量之间的关系。通过选取颗粒等效粒径、颗粒形状系数、颗粒定向度、表观孔隙率、连通率和颗粒接触关系等6个指标对散体充填材料的形态特征、孔隙特征、接触特征进行了细观量化分析;通过PFC数值模拟对散体充填材料细观参数与宏观压实力学特性的相关性进行了模拟研究,结果表明：颗粒摩擦因数和颗粒孔隙率是散体充填材料宏观应变量的主控参数。基于西部矿区散体充填材料的细观结构,从减少充填材料孔隙率和增大充填材料摩擦性两方面出发,对其进行优化,并将优化后的散体充填材料在陕北常兴煤矿3101工作面进行工业性试验,实测地表最大下沉量为15 mm,最大水平变形为0.8 mm/m,地表沉陷得到有效控制。     

矿岩松散体安息角对矿岩界限划分的影响研究[1]

为分析自然安息角对露天矿采出矿石品位的影响,本文采用EDEM仿真模拟和无人机测绘及Surpac软件辅助分析两种方法对纳米比亚湖山露天铀矿台阶爆破后自然安息角进行了测定和对比分析,并基于自然安息角构建了铲装矿岩界线的数学模型。结果表明：自然安息角仿真模拟值与无人机测绘及Surpac软件辅助分析实测值平均偏差0.775°,最大偏差率为3.8%,两种方法均可精确地测定矿岩松散体自然安息角。以纳米比亚湖山露天铀矿为算例,采用铲装矿岩界线的数学模型测算自然安息角对矿岩界限影响,经测算,全寿期满足水冶条件的矿石量增加0.65 Mt,可多回收金属铀超过190 t。     

基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

采场上覆关键层破断角的力学推导和实验模拟

为研究采场上覆关键层破断角,基于弹性力学和岩体力学,建立采场上覆关键层破断的梁力学模型,推导得出关键层破断角的计算公式,并通过物理模拟实验进行公式合理性和可靠性的验证。结果表明:(1)理论计算关键层破断角的变化范围为57.5°~71.0°,实验模拟破断角为50°~70°,理论计算结果与实验模拟结果吻合较好,说明理论推导关键层破断角的计算公式具有较高合理性和可靠性;(2)关键层破断角公式说明,关键层破断角与关键层的内摩擦角、抗拉强度、容重、弹性模量、关键层厚度和上覆载荷层的弹性模量、容重和厚度有关。对某一采场覆岩,关键层破断角的变化主要受关键层自身厚度和载荷层厚度的影响;(3)关键层厚度与载荷层厚度比值h/h'1.5时,关键层破断角随h/h'的增大而减小,载荷层厚度变化对破断角的影响程度大于岩层厚度变化的影响;(4)当h/h'1.5时,载荷层厚度增大引起关键层破断角减小,关键层厚度增大引起关键层破断角减小,两者对关键层破断角的影响作用相同,关键层厚度变化对关键层破断角的影响程度大于载荷层厚度变化的影响;(5)当h/h'=4时,关键层厚度变化与载荷层厚度变化对破断角的影响程度相同。     

基于Hoek-Brown准则的数值模拟计算参数的研究

数值模拟中岩体力学参数的确定是非常重要的。详细介绍了M.Georgi法和Hoek-Brown法确定岩体力学参数的基本原理,以东升庙铅锌矿的岩体力学参数确定研究为例,以室内岩石试验为基础,测出岩块试件的物理力学参数,再综合考虑岩体节理裂隙的影响,并最终确定岩体力学参数。通过用FLAC3D数值模拟软件建立该矿的矿柱回收模型,进行地表沉降位移模拟,并对该矿区2号矿体的间柱和采空区顶板的3个位置的位移模拟曲线和同等位置的位移实测曲线分别进行比较,结果表明,通过Hoek-Brown法所确定的岩体力学参数较接近实际情况,可以作为该矿间柱回收模拟的基础数据。     

老厂矿田14#-5矿体胶结充填采矿法接顶问题的探讨

针对高品位、高价值、高含硫发火特性、缓倾斜中厚的多金属接触带硫化矿体,选用上向式水平分层胶结充填法开采,在传统接顶方法人工接顶和砂浆加压接顶都不适用的情况下,提出用胶结充填料浆在采空区内流动后的“自然安息角”来设计接顶方法--砂浆自然安息角法,并提出了矿体顶板围岩近似水平或呈水平状态,充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧高（即顶板围岩的倾角大于6°的情况）和充填滤水井一侧的顶板围岩较另一侧低的情况下,以设计施工倒立喇叭口或施工充填小上山来达到接顶目的的3种接顶方法,对使用充填采矿法的矿山无疑具有很好的借鉴意义。     

含硫结块矿石诱导崩落分解特性分析

针对铜坑矿矿石结块问题,运用爆破放顶技术,诱导结块矿石的自然崩落分解。以结块矿石为研究对象,利用LSDYNA数值软件对不同跌落角度、跌落高度和弱结构参数条件下的跌落过程进行仿真模拟试验,获得了结块矿石的崩落分解规律,提出了相应的诱导崩落技术参数。研究结果表明：①结块矿石在跌落高度为5 m和崩落角度30°时能够获得很好的崩解效果,崩解率达到100%。②结块矿石与触地接触面的高度应不小于5 m,并且诱导爆破超深面与水平形成的夹角θ需满足5°＜θ＜30°。研究结果为实施诱导破碎结块矿石的技术工艺和参数提供了理论依据。