散體移動(dòng)規(guī)律與放礦理論研究.pdf

1、崩落采礦法在國內(nèi)外金屬礦山應(yīng)用廣泛，并且隨著采礦技術(shù)的發(fā)展和開采深度的增加其應(yīng)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(shí)際并能有效指導(dǎo)生產(chǎn)，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(biāo)。 散體性態(tài)的特殊性決定了固體連續(xù)介質(zhì)理論和流體力學(xué)理論只能部分適用于散體。本論文針對(duì)散體的性質(zhì)和二次松散特點(diǎn)，建立了重力作用下散體移動(dòng)(流動(dòng))微分方程和下沉微分方程，對(duì)散體的移動(dòng)規(guī)律

2、做出了數(shù)學(xué)解析。通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)分析，首次建立了散體移動(dòng)體積連續(xù)方程和移動(dòng)體積總流連續(xù)方程，二者同時(shí)成立。通過對(duì)散體移動(dòng)微分方程的分析，指出應(yīng)用拋物線型偏微分方程研究放礦問題是可行的。當(dāng)假設(shè)散體水平均質(zhì)且水平各項(xiàng)同性時(shí)，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(dòng)體積連續(xù)性方程：()vx/()x+()vy/()y+()vz/()z-V'=0散體移動(dòng)體積總流連續(xù)方程：q=∫∑1vz1ds1+z10∫∑∫V'dsdz其中B(z)----散體水平移動(dòng)系數(shù)，D(x，z)----散體下沉偏斜系數(shù)，V'----散體移動(dòng)體積變化率。 采場崩落礦巖散體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且孔隙率很小。放礦過程中散體移動(dòng)的同時(shí)又伴隨著散體本身結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)生二次松散現(xiàn)象。隨著崩落法

4、落礦技術(shù)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(zhì)量相當(dāng)好。顯然，此類情況下已不能忽視散體二次松散對(duì)放礦效果的影響，否則會(huì)造成很大誤差。然而由于實(shí)驗(yàn)手段的限制，現(xiàn)有的放礦理論對(duì)膨脹散體的移動(dòng)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(dòng)規(guī)律，豐富和完善了放礦隨機(jī)介質(zhì)理論。 基于散體隨機(jī)移動(dòng)與移動(dòng)概率分布的一致性關(guān)系，提出了散體移動(dòng)場與概率場的統(tǒng)一條件：即顆粒移動(dòng)跡線上任意兩點(diǎn)橫坐標(biāo)之比等

5、于對(duì)應(yīng)層位的概率分布方差之比。在假設(shè)膨脹散體的移動(dòng)與二次松散是同時(shí)發(fā)生且相互獨(dú)立的物理過程的基礎(chǔ)上，建立了底部及端部放礦時(shí)礦巖散體移動(dòng)概率密度方程，該方程可作為應(yīng)用隨機(jī)介質(zhì)理論研究崩落法放礦的基礎(chǔ)方程。系統(tǒng)地建立了底部放礦及端部放礦時(shí)礦巖散體密度場方程、速度場方程、移動(dòng)漏斗方程、放出體表面方程、顆粒移動(dòng)坐標(biāo)變換方程。系統(tǒng)地闡述了放出體的過渡關(guān)系：指出無膨脹散體放出體之間保持線性過渡關(guān)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(guān)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(diǎn)源放出條件下：p(x，y,z,η)=(1/n)·1/2πkz2-n0exp(-(x2+y2)/2kz2-n0)端部點(diǎn)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(jié)性有關(guān)的流動(dòng)系數(shù)n0，散體側(cè)向移動(dòng)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(xiàng)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(dòng)參數(shù)對(duì)移動(dòng)規(guī)律的影響。 根據(jù)實(shí)際放礦口散體流動(dòng)狀態(tài)，分析了放出口散體流動(dòng)速度分布，建立了實(shí)際放出口影響下崩落礦巖散體的移動(dòng)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(duì)礦巖散體移動(dòng)規(guī)律的影響機(jī)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(duì)礦巖散體放出過程中的速度場、密度場、顆粒移動(dòng)跡線、移動(dòng)漏斗

8、方程和放出體的影響，建立了相應(yīng)的方程，為放出體、殘留體、礦巖接觸面的移動(dòng)過程、貧化損失指標(biāo)的計(jì)算與預(yù)測，以及采場合理結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定奠定了基礎(chǔ)。 根據(jù)散體移動(dòng)速度分布確定了礦巖散體有效移動(dòng)帶，并結(jié)合放出體方程給出了無底柱分段崩落法采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的近似計(jì)算公式。 進(jìn)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(jìn)路寬度，R'—放出口沿進(jìn)路方向散體有效流動(dòng)

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(hào)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(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，使放礦理論與實(shí)際更為接近，可以預(yù)見本論文研究成果在指導(dǎo)崩落法采場設(shè)計(jì)和控制放礦中有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。 本論文建立的散體移動(dòng)微分方程在相應(yīng)的簡化條件下的解與根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)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(jié)合可以進(jìn)一步