基于颗粒元理论的散体矿岩放矿运移机理及可视化研究

Ore drawing loss and dilution has become a prominent problem in the mining engineering. However, because of the limitation of the theory, the complication of different boundary conditions and the bad adaptability of software, the traditional continuum mechanics ore drawing theory and the current computer simulation of ore drawing technology can 't meet the need of the development of the ore drawing technology. The study on the incompact ore-rock dra wing migration mechanism and visulization based on the particle flow theory could solve the ore drawing loss and dilution problem in various kinds of different boundary conditions, to achieve the purpose of scientific ore drawing management. The main contents include:(1)The suitability research on micromechanics theory used on the rock failure process and the flowing rule;(2)The feasible study of equivalent rock mass technology and its realization methods;(3)Study of the influencing factors in flowing rules of caving ore-rock;(4)Study on the flowing behavi or of caving ore-rock flowing in different material property and boundary conditions and the establishment of visulization model to reflect the real ore drawing state and Use of the visual platform for the ore drawing management;(5)Combining the typically mining technology examples with the current research achievements,to perfect the ore drawing visualization platform and the ore drawing management system an d form a technical system with independent property rights. In addition, the resea rch results have reference value on large deformation problems such as the ground settlement.

采矿中放矿损失贫化是一个突出问题，而传统的连续介质力学放矿理论和当前的计算机仿真放矿技术由于理论的局限性、不同矿体赋存边界条件的复杂性以及软件的适用性差等缺陷，已不能适应当前放矿技术发展的需要。研究基于颗粒元理论的散体矿岩放矿运移机理及实现放矿可视化，可用于解决各种不同边界条件下与放矿损失贫化有关的问题，达到科学管理放矿的目的，主要内容包括：(1)细观力学理论应用于岩石破裂过程及流动规律的适宜性研究；(2)等效岩体技术的可行性研究及其实现方法；(3)崩落矿岩流动特性的影响因素研究；(4)不同材料性质、不同边界条件下的崩落松散矿岩流动行为研究，建立能够真实反映实际放矿状态的可视化模型，并利用该放矿可视平台进行放矿管理；(5)结合典型矿山开采工艺实例，在现有研究工作的基础上，完善放矿可视化平台及放矿管理系统，形成具有自主产权的技术体系。此外，成果对地表沉降等大变形问题研究也有重要的参考价值。

在基于崩落法的金属矿床大规模地下开采中，崩落矿岩流动特性与放出体形态、松动体形态以及损失率、贫化率等矿石回收指标关系密切，一直是放矿领域研究的重点之一。而传统的连续介质力学放矿理论和当前的计算机仿真放矿技术由于理论的局限性、不同矿体赋存边界条件的复杂性以及软件的适用性差等缺陷，已不能适应当前放矿技术发展的需要。本课题在室内放矿试验研究的基础上，基于颗粒元理论和PFC程序探究了崩落矿岩的流动特性及可视化，主要研究结果如下：.(1) 细观离散元理论和PFC程序适用于研究崩落矿岩破裂过程及流动规律；.(2) 放出体和松动体的形态具有明显的上下不对称性，并非标准的椭球体，而是与期望体更为相近。与椭球体放矿理论相比，期望体理论具有明显的优越性；.(3) 在所研究的取值范围内，放出体宽度主要受放出矿石量影响，而颗粒粒径、放矿口尺寸和矿岩层高度等因素对其无显著影响；.(4) 在无限边界条件和半无限边界条件下，放矿量与放出体高度满足幂函数关系，与放出体半径满足指数函数关系；.(5) 颗粒直径比及颗粒形态是显著影响崩落法采矿中小粒径矿岩散体穿流特性的重要参数，且小粒径颗粒的穿流率随颗粒直径比的增大以负指数形式减小；.(6) 在多放矿口条件下，应尽量增大崩落矿石层高度及放矿口尺寸，减小放矿口间距，并采用平面放矿方式。在此基础上，应综合考虑切割工程量、凿岩效率及贫化率等指标，在确保安全的前提下，依据利润最大原则确定合理的采场结构参数及放矿方式；.(7) 建议梅山铁矿在18 m × 20 m的结构参数下，优先选用无贫化放矿方式和4.6 m的崩矿步距。.本课题研究成果能够有效地应用于各类散体矿岩放矿问题，丰富放矿理论与技术，弥补现有物理试验研究及数值计算的不足，提高矿山放矿决策与管理水平，最终提升矿山经济效率。