散體移動規(guī)律與放礦理論研究.pdf

1、崩落采礦法在國內外金屬礦山應用廣泛，并且隨著采礦技術的發(fā)展和開采深度的增加其應用比例也在增大。放礦控制是崩落法采礦的核心難題，研究放礦理論，使之最大限度地接近實際并能有效指導生產，綜合降低崩落法開采中的損失貧化、提高資源回收率是采礦工程師追求的目標。 散體性態(tài)的特殊性決定了固體連續(xù)介質理論和流體力學理論只能部分適用于散體。本論文針對散體的性質和二次松散特點，建立了重力作用下散體移動(流動)微分方程和下沉微分方程，對散體的移動規(guī)律

2、做出了數(shù)學解析。通過理論推導和實驗分析，首次建立了散體移動體積連續(xù)方程和移動體積總流連續(xù)方程，二者同時成立。通過對散體移動微分方程的分析，指出應用拋物線型偏微分方程研究放礦問題是可行的。當假設散體水平均質且水平各項同性時，上述方程可簡化為：無限邊界條件下空間問題：()vz/()z=-B(z)(()2vz/()x2+()2vz/()y2)+V'半無限邊界條件下空間問題：()vz/()z=-B(z)(()2vz/()x2+()vz/()y2

3、)-D(x,z)()vz/()x+V'散體移動體積連續(xù)性方程：()vx/()x+()vy/()y+()vz/()z-V'=0散體移動體積總流連續(xù)方程：q=∫∑1vz1ds1+z10∫∑∫V'dsdz其中B(z)----散體水平移動系數(shù)，D(x，z)----散體下沉偏斜系數(shù)，V'----散體移動體積變化率。 采場崩落礦巖散體結構非常復雜，且孔隙率很小。放礦過程中散體移動的同時又伴隨著散體本身結構的變化，發(fā)生二次松散現(xiàn)象。隨著崩落法

4、落礦技術的發(fā)展，崩落礦石的一次松散系數(shù)很小甚至僅為1.05，而礦石破碎質量相當好。顯然，此類情況下已不能忽視散體二次松散對放礦效果的影響，否則會造成很大誤差。然而由于實驗手段的限制，現(xiàn)有的放礦理論對膨脹散體的移動規(guī)律研究甚少。本論文系統(tǒng)地研究了二次松散影響下的崩落礦巖散體的移動規(guī)律，豐富和完善了放礦隨機介質理論。 基于散體隨機移動與移動概率分布的一致性關系，提出了散體移動場與概率場的統(tǒng)一條件：即顆粒移動跡線上任意兩點橫坐標之比等

5、于對應層位的概率分布方差之比。在假設膨脹散體的移動與二次松散是同時發(fā)生且相互獨立的物理過程的基礎上，建立了底部及端部放礦時礦巖散體移動概率密度方程，該方程可作為應用隨機介質理論研究崩落法放礦的基礎方程。系統(tǒng)地建立了底部放礦及端部放礦時礦巖散體密度場方程、速度場方程、移動漏斗方程、放出體表面方程、顆粒移動坐標變換方程。系統(tǒng)地闡述了放出體的過渡關系：指出無膨脹散體放出體之間保持線性過渡關系，放出體表面以等厚度過渡；而膨脹散體放出體之間保持非

6、線性過渡關系，放出體表面以變厚度過渡。本論文建立的概率密度方程為： 底部點源放出條件下：p(x，y,z,η)=(1/n)·1/2πkz2-n0exp(-(x2+y2)/2kz2-n0)端部點源放出條件下：p(x，y,z,η)=(1/n)2·A/2πkz2-n0exp(-(x--x)2+y2/2kz2-n0)方程中參數(shù)包括與散體粘結性有關的流動系數(shù)n0，散體側向移動數(shù)k，二次松散系數(shù)η，端壁切割系數(shù)A，流軸曲線x(可依具體端壁條件

7、而定)，且各項參數(shù)的物理意義明確，比較全面地考慮了采場硬壁邊界因素與散體流動參數(shù)對移動規(guī)律的影響。 根據(jù)實際放礦口散體流動狀態(tài)，分析了放出口散體流動速度分布，建立了實際放出口影響下崩落礦巖散體的移動概率密度方程，給出了放出口影響范圍的估算式，揭示了放礦口對礦巖散體移動規(guī)律的影響機理。根據(jù)崩落法采場放礦工藝，系統(tǒng)地研究了底部放礦和端部放礦情況下，放出口尺寸與放出口速度分布對礦巖散體放出過程中的速度場、密度場、顆粒移動跡線、移動漏斗

8、方程和放出體的影響，建立了相應的方程，為放出體、殘留體、礦巖接觸面的移動過程、貧化損失指標的計算與預測，以及采場合理結構參數(shù)的確定奠定了基礎。 根據(jù)散體移動速度分布確定了礦巖散體有效移動帶，并結合放出體方程給出了無底柱分段崩落法采場結構參數(shù)的近似計算公式。 進路間距：L=2√3kH2-n0+S放礦步距：R=[f(θ，i)μ+√k]H2-n0/2+1/3R'式中H—分段高度，S—進路寬度，R'—放出口沿進路方向散體有效流動

9、范圍，θ—端壁傾角，i—散體自然安息角，μ—端壁阻尼系數(shù)，其它符號意義同前。 本論文由于系統(tǒng)地研究了二次松散的影響，理論方程與實驗結果符合較好，使放礦理論與實際更為接近，可以預見本論文研究成果在指導崩落法采場設計和控制放礦中有很高的推廣應用價值。 本論文建立的散體移動微分方程在相應的簡化條件下的解與根據(jù)隨機介質放礦理論建立的速度場方程是相同的，在理論上取得了一致，不僅形成了系統(tǒng)的放礦理論體系，而且二者的有效結合可以進一步