采场中充填料排水的三维模拟试验.pdf

／ 扣 扣， 棒拟 ， f 礁场中 充填料排水的三维模拟试验 -7 -5 7 7 - W ． H ．Tr av c S L． T． I s 8 ac s 哆 略 [ 摘 要 本文描违了嗣后充填空场营采坜的充填和泄水的计算机摸型．早期开发的二维模 型是简单参鼓模型，它只对采场 的几俺形敲进 二维模拟，把亢境料当均质蚌 考虑，新开发的三维模 型 比早期开发的二维模型进 丁一 步．开发新的三维桎型 的目的是，将多种国素结合起来 考虑． 便更 好地摸拭实际果场世水井更接近实际，随着更多的现场数据的积累．现在已使上述 目的成为可能．特 别是．三维模型 能够模扭不规则 采场几何形状和j 均质充填料以聂预测在最场内某一定位置的艇力和 浅量．因此．三维模型 比早期二维栏型具有更广 扮应用前景．采场的几． 『可 形状和亢填体内的水流量 莆基本 单 元{ 击进 行模 掇， 髓 时间 和 空间面 变亿 的采场 内 克填料 的位 置也 可 以进 行模 拟． 流态 模 扭包 括 对饱和和分饱和状志的模拟，对非饱和区的模拟使用了 一十台理的比倒，虽然使用的时问间隔较长 ． 还是单元尺寸较大，但是特别注意考虑到了保持数字变化的稳定性． 模型试验表明．开发三雏模 型井考虑有局部饱和流存在 ，对模扭充 填的世水过程具有重 大的意 义．该文给出了模型的应用示范实例． 了解在水砂充填期间录场 中孔嚏压力的产生和消失．对亢填作业的设计和挡墙设计意义很大．开 发简化的二维模型已有相 当长一段时间了 ㈨ ．实践表 明使用它是有 效的 ．诙模型 在实际果场中 的使用积累了相 当的经验，井获得丁与宴 生产有荧的太量数据 “ ． 二维模型提供了果场 泄承方面有竹茁的一般性资料．这些赍辩已经用于充填方案的设计．但是 这 种模型无法提供在采场充填体中特定位置 挡墙背后孔踪压力技展的专门信息．此外．用一个可信 的 标 准对模 型进 行技校是 困难 的 ． 因为掘 明显水 流 的三维 性充填 体 中的水 流有 重要 的影 响． 鉴于这些缺点，芒特艾 萨矿 山有限公司决定开发一十改进模型用于分析采场亢填泄水的三维状 态．本文就是描述这个改进的模型． 1 基本情况 空场采矿法是一种很完善的采矿方 法 ” ， 由于 很多 原 因， 矿石一 经全部 采 出就充 填 ，这是 正 在增长 的趋势 。充填类 型取决于可能获得的充填料和需要充填的 特性 ． 由于太多数矿 山附近都有选矿厂， 所以充填料的最普通的成分是来 自选矿厂 的部分脱水尾砂，通常称为水砂充填，它 是通过管路将尾砂输送到采场 的，砂浆含 水 5 O ％ 体积 比 ，尽管充填料在采场 中 常常与岩石其他 于式充填料相混合，但必 须 在进 路 上构 筑挡墙 ， 以把充 填料 围堵 在 采场内。芒特艾萨矿在实践中采用透水 的 挡墙 。 不希望与砂浆一起流入采场 的水停 留 在采场 内 。充 填体 顶部 的游 离水对 充 填表 面产生静水压力．在充填体的孔隙中产生 孔隙压力 ，这都取决于泄水方式，将这种 压力保持 在允许极 限内是非常必要 的，压 力过高会 造成充填体不稳定和作用在挡墙 上 的力 较 太 ．因此 ，为 了把水从 采 场 中排 出应对排水系统进行严格设 计 。 尽管 我们 知道 排水将 导致充 填 体 内的 孔隙压力下降，但到 目前为止还没有一种 一 28一 有 色矿 山～ l 9 9 3 ． 3 维普资讯 简 单 的方 法 对孔 隙压力 或其 与一 些 因素之 间 的关 系进 行 预测 ，如充 填料 的成分 、充 填速度 包 括间 隙时问 、采场几何形状和 排水位 置 等 。一个 重 要 的因素是孔 隙压力 的发展与 消失与泄水速率密切相关，计算 机模型提供 了分 析复杂的 与时间相关的 孔隙压力 的发展 与消失过程 的实 用方法。 二 维 模 型 “ 是 为 深 了解采 场 中孔 隙水压的状态及其对各种参数与边界条件 的敏感程 度 而 开 发 的。在模型 研究 时作 了 一 些简 化 的假 设 ．这些 假设包 括 空 间是 二 维 的、采 场 的垂 直 剖面是 矩形 的、充 填 料是均 质 的，还假 定 在模拟 流态 时 ，可 以 忽略 非饱 和 流 区的存 在 ，模 型试 验 的结果 表 明 在 自由泄 水 挡 墙 附 近孔 隙 压力 较 低； 在采 场 底部 泄水 不 良的挡 墙后面孔 隙 压力最高 ；如果泄水挡墙泄水 良好，那么 在充填 比较少 量 的充 填料 后 ，在 采场 底部 的中央 就会 出现最大 孔 隙压力 如果采 场 内泄 水彻 底 ，在饱 和充填 区域 的上部 ．孔 隙压力会 接近于零 。 二 维 模型 出现 以来新 进行 的有 限 的采 场 监 测 ， 已经 证 实 了这 些 基 本 结 论 ． 然 而 ，除已 经提 到 的缺 陷外 ，还设有 任何 把 握 可 以预测 采 场 中充填 料泄水 在水平 与垂 直方向变化的特征。这就需要研究开发新 模型 以便 模 拟实 际采 场 的条件 ．也就 是需 要 一个 能 考 虑到 采场几 何形 态和充 填料 的 非 均性 的三 维模 型 。经 验表明在模 型 中考 虑非饱 和区的存在是 必要 的． 2三 维模 型 2 ． 1 非饱和 区域的作用 通 过二 维 模 型 的应 用，我们认 识 到 了 非饱和区的相关作用 ，首先最重要 的是留 在非饱和充填体中的水分对于水的综合平 衡起着非 常重要作用 ，假设非饱和区的存 在在模拟 流态时可 以忽略，也就意味着在 非 饱和充 填 体 的孔 隙中设有 水 ， 这是一个 缺 点．它可 以不 用 实际孔 隙度 而通 过 用有 效 孔 隙 度 作 合 理 的 调 整 加 以 部 分 克 服 [ 2 ] ． 新 的模 型 考虑 了整 个充 填 体 中均 含 有水分，并考虑了非饱和区的存在，可以 认为这～模拟与实际更接近。 非饱和区的第二个作用是它的存在推 迟 了过剩 水分 到 达饱和 区和 非饱 和 区分 界 面的时间．在二维模型中，假设过剩的水 在 瞬间 到达饱 和 区， 因此 ，当充 填间 歇 之 后 ．在 采场 的顶部 进行水 砂 充填 时 ，预计 的挡墙泄 水量增 加 时刻 的到来 总是 超前 于 实 际一 段时间． 这两 个作用具 有 实际 意义 ，因为通 过 对 采场 泄 出水 量 的测量可 以对 模 型进行 检 验和校 对 。泄 水量 的测量 一般 要 比测量 孔 隙压力容易，对一个监测采 场．进行整个 采场界限内水 的综合平衡 的测量工作，这 有 利 于全面 了解采 场 的水 的流态 ．从一个 非饱和一 饱和 流 动模型 中获得 的数 据 ．可 以直接与从采场中获得的实际数据对照． 2 ． 2 饱 和一非饱和流 的模拟 当介 质中有 空气 空 隙时 ．压力 的传 导 性会 减 弱 ．从 微观 上 说 ，这 种 现象 主 要是 由于系统 内 气泡 的存在，因为 气 泡 导致了颗粒问水流断面的缩小和流动摩 擦阻力的变化．非饱和区中的水受表面张 力作用，滞 流于 空隙中，因而 压头是 负 的． 含水量 Q，压力传导率 k和孔隙水压 力 u是相互关联的，所以，只能有一个可 作为独立变量．进一步说这种状态是滞后 的，也 就 是 说， 随着 古水 量增 加 或减 小 ． 它们之间的关系会发生变化。为了分析这 种条 件下 的水流 ，已研究 出很多数学模 型 ．k Q、u问关 系解 的结果是 对不饱 和 流精确地数学分析，这就需要离散范围小 和较小的时间间隔 ． 虽然这种模 拟有助 于相关 现象 的理 栗场 中充填料排水 的三维模拟试验一w． H． Tr v c L． T， I a a c s 一 2 9 维普资讯 解。但现阶段将其用于泄水 的分析是不必 要的，而且是恰当的．因此，根据对更详 细模 型 k、Q 和 u之 间关系 的研究 ，开发 了一 个 不 太 精 确 、但 更 为 合适 的宏观 模 型 ．这个模 型考 虑到 了水 从 采场 顶端到达 充填体 内饱和区的时间，同时还考虑了非 饱和 区含有水 这～事 实 ．这些是令人 满意 的 ． 该模型中应用 的 k 、Q和 U的基本关 系 是 由Mu a l e m 描 述 ， 并 由Va n Ge n u c h t e n 发 展了 的，这 是一个相互关 联型 式 的关 系 。用相 对 含水量 c 。描述就 是 l [ Ca 一 1 1 kfk CQ [ 1 一 1 一ca 1 式中co 1 2 Q 一含水量 水的体积与总体积之比 Qr 一残 留含水量 Qs 一饱 和含水量 1 1 一饱和区压力传导率 m ． ．． ．1 1 n 、∞ 一描述土 中不饱和流特性的系 数． 根 据 Ge ia u c h t e n的研究 ，在水力充 填 体 中 n和 iz的典 型 值 ， 分别 为 5和 0 ． 8 m～，非饱和流区内的 C n ’k和 u的关 系，如 图 1 所示 ． 2 ． 3几何模拟 对 于三维 模 型，采 用 了以单 元体为基 础的方法．这是 因为，第一，用户便于直 接观察模型的几何形状；第二，在建立数 学模型时，模型简单。且容易解释．研究 模型各个方面的主要 目的是要进一步面向 用户，不要求用户具有任何不必要 的复杂 理论知识 ． ∞ 1 ． ’ 0． ． 0 鲻O ． 髓 靛0 ． 0 孔晾压力． U， 图 1 n 5时，孔隙压力与渗透性 图 a 厦与含水量 图 b 的 典型关系 曲线 采 场 被描述 为一 系列 的大 小相 同长方 体 图 2 ，这些长方体象积木那样被堆成 需要的形状，如图 3 所示．不允许块与块 交叉，来 自某一块 的任何面上的水流都完 全流人另一相邻块 内．很多水平的层叠加 成模型，每一层 由棱柱方格条块组成，这 些堆成一个基本模型，模型是许多层那 ／厶 高，对基本模型的每一单元体用数字进行 编号，数字列在图表上． 为 了建立采 场几何模 型 ， 任何一 个单 元体都可以在分析时去掉。边界可假定为 不透水，因此，流人或流出丢弃单元体的 水量 应为零 ． 2 ．4 充填体的水平层和水 采场充 填往往 经历 了一 段 较长 的时 一 3 0一 有 色矿 山一 J 9 9 3 ． 3 L m 乱 m m 0 ㈨ ． 。 栩*舡蚤 ∽ 维普资讯 期 ，在 模 拟采 场泄水 时 ，充 填 时间 通常是 很重要 的，所以在任何实际模型中，都必 须模拟 充 填过 程 。充 填体 在采 场 内 尚未沉 淀 的砂 浆 和边 界 的条 件都 是变 化 的，这 种 变化依赖于 充填速度 和充填料 的性 质 。 一 、 图 2三维 模型 的单元体 模拟试验需要输人 详细的有关充填速 度、充填时间以及充填料种类的数据，这 些因素通常取决于矿 山的采矿方 法，而采 矿方法又取 决于实 际约束条件。例如充填 料来源情况和目前矿 山开采计划等。 采场充填体的水平高度决定 于已经充 填 的充填 料 的体 积和 采场 的几何 形状 。假 定充填体表面是水平 的，平均充填体水平 高度就是在这个基础上计算出来 的。 通 常是 用砂 浆 进行 充 填 ，当 然为 了改 善经济效益，提高充填体的稳定性 ，也有 时加人其它充填科 。砂浆 中常有过量的水 存 在 ， 充 填 体 表 面 也 往 往 披一 层 水 覆 盖 着。 假设 所 有 的充 填料都 将 在饱 和状 态下 沉淀，在这种条件下，就可计算出充填体 表面上过剩水的体积 使新的充填料达到 饱和，沉淀后剩余 的水，会在充填体表面 形成一 个水 池 ，水 面高 出充 填体表 面的高 度可根 据 采场 的几何 形状 进行 计算 ，水 的 表面形成一个 固定 压头 的边 界条件。 换句 话说 ，如 果没有 足够 的水 使新 充 填 的充 填 料达 到饱和 状态 ， 那么表 面上也 就 投 有 水 存 在 。 全 部 充 填 料 假 定 为 均 质 的、部分饱和的，充填体表面形成一个无 压头边界条件 。 三口 第5 层 圈 第4 屡 曰 第3 屡 目 g2 层 ．在排承分析 中可忽略的部分 图 3 典型 几何 图形 应该注意到 ，如果有过剩 的水存在于 充填体的顶面，在采场上部就有可能存在 一 个 饱和 区，而这 个饱和 区又覆盖 一个 下 部 的 非 饱 和 区 ，一 个 潮 湿 界 面将 向下 移 动 ．假定有 足够 的水供应 ，这 个 潮湿界 面 将 达到下部饱和 区的顶端 。 2 5 充填体特性 采场 常常是 用砂 浆和 其他 物 质 例如 废石混台进行充填，它们可以在进入采 采场中充填料排水的三维模拟试验一w H． T r a v c s 堪 辫盟第 维普资讯 场前 进 行 混合 ， 也 可 以 在 地表 克 填 站 混 合。充填料特性，如孔隙率和压力传导率 的不同，将导致离析和充填体内各处含水 量 的不同 ．这 种不均质性 可能对泄 水过 程 有辐 当的影 响 ．三维模 型通 过把每个 单 元 体看成用不同充填辩充 填．进而解决丁这 种 不均质性 的 问题 ．充 填料 的种类 要多 少 种 就有 多 少种 ， 只要 用 不 丽饱 和 吉 水 量 Q s ，残 匿含水量 Qr 和饱和压力传导系数 Ks 表示 即可 ． 2 ． 6 泄 水模 拟 每 个 单元 的特 征值 Qs 、 Qr 、k 、12 1 、 从充填 过程 中得 到，每个 单元体被认为 是 内部 均匀 的，并且承 受单一 的压头 ．压 力作 用于单元体 和几何 中心。 从根本上说，数学模型是基于每个单 元 体 的每 次 时 间 间 隔 的 连续 性 ，也 就 是 说 ．一 个单元 体 中含水量 的总变 化必须 与 由流动模型决定的水流量一致。对于一个 饱和单元体来说．含水量是常数． 因此． 净 流量必须 是零 。对于部分 饱和 单元 体来 说．含水量的变化必须与净流量相吻合． 在模 拟每个 时 间间隔 时，分两个 不同 阶段 ，第 一步 ，饱 和 区用 中心差 值 近似法 分 析，单 元体 的特 征值采 用 时间 间隔 的平 均 值 ．一 旦 找 到 了饱 和 区 的稳 定 特 征 值 后．就 用正差值 近似法对 非饱 和 区的变化 进行分 析．分析 中每个单 元体 的特 征值 采 用这个时间间隔前该单元体的值。 在这种情 况下 ．正差 值近似 法是 合理 的方法． 因为描述 不饱和 区流 动物 的方程 系统具有高度非线性的特点，现在应用这 种分析方 法已有足够精度 了。 为求出每个单元体的净流人量．可以 应用达西定律求出流人每个单元面上的流 量． 流过 模型 任何边界 面上 的水 量假 定 为 零，除非该边界面位于充填体表面或位于 泄水点．流过充填体顶面的水量取决于顶 面上水面高度，流经泄水点的水量取决于 单元体表面零孔隙压力和水流系数．单元 体表 面面 积和采 场 中实际泄 水挡 墙 的面积 可以大不相同，这一点水流系数是能完全 适应 的． 3 求解步骤 3 1 饱 和 区域 在求解过程的第一步，先计算充填体 饱和 区每一节 点 的总压头 ．虽 然任何 一个 单元体的压头都可以通过相邻单元体的特 征值直接计算 出来．但为了求出整个 区域 的解 ，必须 采用 迭代法 ．一利 用逐 次超松 驰 s oR算法 “ 。 可以加速迭代 过程 。 求 出饱和 区域 的解后 ，就 要 对每个 单 元体进行检查，以便知道在这个时间间隔 内是否有发生 饱 和度减 小 的单元 体 。这 些单元体将不再符合有关饱和流的假定， 所 以必须 在解 的第二步 骤 中用非饱 和 流 的 模 型对它们 进行 分析 ．如果 通过检 查发 现 有 一个 或多个 单元体 饱和 度减 小 ，那 么 对饱和区域应在排除这些单元体的条件 下 进行重新分析．为了提高稳定性，在任何 对饱和 区域 的重新分 析 中．每 次只允 许有 一 个 。 饱 和 度减小 的单元体 ． 因此 ，如 果 在一个 时 间间隔 中有几 个单 元体饱 和度 减 小 ，就必须进 行多次 重复分 析直 到 达到一 个稳定的解． 3 ． 2不饱和 区域 当饱和 区域 的分析 完成 以后 ，第 二步 骤 不饱 和 区 域 的分 析 也 就 随 之开 始 了 。根 据在前 一个 时间 间隔 中的 中心 节点 和相邻单元体内压力值．利用正差值法决 定流进或流 出某个不饱 和 的单元体 的水 量．新 的含水量根据净流人量来计算．单 元体节点压头根据新 的含水量来决定 ． 有 时新 算 出的含水 量会 高 于饱 和含 水 量或低于残 匿含水量值．这实际上是不可 能 出现 的情况 ．不过这 可 以通过 与相 邻 的 一 3 2一 有色 矿山 一 1 9 9 3 ． 3 维普资讯 不饱 和 单元 体 重新分 布 过剩 含水 量 或不 足含水量加以克服 ．水 的重新分布保持了 砂浆含水 的连续性 ，避 免了不稳定性。提 供一个局部变化的精确解并不是 目的，但 这对于整个模 型来说是一个合理 的方法． 如果 因为这 个缺 陷而屡 屡 发 生 问题 ，可 以 缩 短 时 间 间 隔 ， 以便 减 小 重 新 分 布 的水 量 。 在第二步骤任何新 饱和的单元 体中， 总水压 头 被设 置等 于上 升值 ， 因 为在每个 时间间隔内某些点 的总压头定会超过这个 值．同样 ，这也不是 十分精确，但很适合 这种模 型 。 似乎 以上 这种 细小 变 化对采 场 下部饱和区域条件的分析影响不大。 某个单元体重新达到饱和状 态的情 况 也时有发生 参看前面关于充填体和水分 层那一段 。如果 相邻单元体都 已经饱和 ， 而净 流引 起 单元 体再 次饱 和 ，那 就会 有一 些过剩含水量不能再重新分布，这种异常 的发 生是 因为 系统 暂 时的离 散性 ． 过剩 含 水量 被忽略 ，系 统的连续性将 会遭到 破 坏。这 时 系统会 发 出一 个警 告 。不 过 ， 由 这种方 法引起 的错 误是很 小 的． 两个主要 的分 析步骤完成以后，采场 中每个单元体 的特征值都 已按照新 的条件 进行了计算 ，为下一个 时间间隔的计算做 好了准备 。 4 模型可靠性验证 为了证实计算机程序计算的结果与概 念模 型 的一致 性 ，进 行 了一 系列检 验．采 用方程手算并将其结果与计算机计算结果 进行 比较，检查模型的基本参数变化对模 型本身的影响，以获取附加的数据。检验 的主要结果 如下 4 ． 1 通过对采场内水的综合平衡检查发现 整个采场的连续性是令人满意的．也就是 说，总流 入等于总 流出、采场剩余水量、 充填体顶上剩余水之和。 4 ． 2 在 采 场 顶 部 继 续 充 填 时 加 入 附 加 水 后 ，水在不饱和区的流动特性与推荐 的模 型是 一致 的 见图 4 。 。 删 ． 餮 缸 罨 蛙 图 4 水 砂 充填 停 止 一段 时间 后再 次 充填对充填体含水量的影响 4 _ 3 底部 有一个 泄水点 的简单 模型 产 生的 结果与手算 获得 的结果一样。用一维 、二 维、三维模型进行多次模拟，在每种情况 下得到 了类似 的结 果 见表 1 ． 表 1 比较非饱 和的压 头值 时间 总压头值，m 1 - D模型 2 - D模型 3 一 D横型 rai n基本值最高值 基本值 最高值 基本值蛀高值 - D．2 - D．3 - D分别指一维．二维和三维的模型 4 ． 4 缩短时间间隔和增加单元体数量得 出 采场中充填料排水 的三维模拟试验一w． H． T r a v e s 一 3 3一 跎m 弘。 ∞ 壮∞∞ m l 6 2 0 9 S 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 4 3 6 5 3 3；2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 4 4 3 O 0 l 0 l 2 5 4 4 1 6 5 3 8 ∞ 以 叮 叮 叮 叮 叮 ∞ “ “ “ ∞ i l i i；；1J O 6 7 3 7 4 9 0 3 9 8 0 4 9 6 4 4 9 l 5 3 5 8 2 8 4 0 6 3●8 5 3●9 l；0 9 8 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 4 3 粥 蛇虹 鲁 窨 窨 2 l 0 3 6 3 3 4 9 2 2 2 5 47 5 2 6 6 l l 2 2 2 4 9；4 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 7 7 7 6 6 6 5 Ei i i i；； 6 l 3 9 3 9 2 7 0 8 l 8 7 9 3 8 5 4 3 碍 勰以 ∞ ∞蝎 虮 6 5 3 3 22 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 u 停 ∞ “ “ 盐 ” ∞ 柏 ∞ 碍 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 7 7 7 7 6 6 5 1 i i i；}1 m m m啪瑚珊珊瑚瑚 m瑚啪m m m m 维普资讯 的结 果 与 较 粗 糙 的模 型 得 到 了一 致 的结 果 ． 为 了检 验充 填材料 不 均匀性 的影响做 了进一步 的试验，试验采场和垂直断面规 整一致，其底部 只有一个泄水点。充填速 度保持不变，并提供足够 的水 ，以使充填 体处 于饱和状态。最初使用均质充填料， 计算 的总进 水量大约是 1 L／s ．在第二次 充填时每隔一层假定其压力传 导率为该层 充填料原传导率的 1 0 ％，正如分析预测的 一 样 ，这种情况下的结果是流出水量降低 到约 0 ． 2 L／s ，如 图 5所 示 。采 场 充填料 的分 层 影 响着 泄水 特性 。 可 以证 明采 场 内充填料性质哪怕有很少 的变化， 也将会 引起 泄水性 能明显的变化 ，并产生很大的 孔隙压力 。 l L 0． ■ ■0． 培 0． 0． 0． ． 1 I I 均匀充填 t I l - l } l I I l 1 l 。 l 一 i L墨 一 l 非均匀充填 l l I 1 0 2 4 6 8 1 0 12 时间， S XI O ‘ 图 5 充填分层对 泄水 流蘧 的影响 5 应用实例 实际模型以芒特艾萨矿一个典型的空 场采矿法采场为例，这个 实例演示了模型 是如何在实际中应用的，采场充填采用了 合适的充填材料和充填工艺。 图 6 、 图 7可说 明 空场采 矿法 的一般 形式及其尺寸，采场模型分为 1 O 层，每层 高 l o re，单元体 尺寸取 9 m9 m1 0 m． 因此底层划分为 5 4个单元体网格。图 8 绘出了详 细的采场模型 ，示 出了泄水点． 去除掉 的单元 体也 已表示在 图上 。实 际 上，移去 的采场底部的单元体是为了表示 开采 的矿石。2 ～7 层具有同样 的网格 ，没 有移去任何单元体 ，泄水点重新进行适 当 地安排，第 8 、9和 1 0层单元体的尺寸有 所缩小以便适应采场上部尺寸的减小。 渗水挡 第 2 水 平 第4 水 平 采场水 平断面 图 { a b 图 7 实例采场垂直 断面 图 ～北向； b 一西向 在实例中使用 的充填工艺是管道输 送水砂充填料，皮带输送废石充填料。两 种材料在采场 内混合，以便根据对混合料 性 质 的不 同要 求 ，按不 同比例 充 填这 两 种 截 然不 同 的充填料 。 这两种 充填 料分 别 为 有色矿山一1 9 9 3 3 j 维普资讯 胶 结水 砂 充 填辩 和 。 胶 结废 石 充 填料 ． 它们的各种性质见表 2 。 表 2 胶结水砂 充填料 和胶结废石充 填料材料的性质 一捧水 方 目 图 8 模拟采场等轴立方体图 充填程序实际是头 2 5 天连续充填．然 后直到第 3 9 天充填速率显著下降，再后约 一 周 ，充填速度再次增加．采场充填累积 量如图 9 所示 ． 3 0 0 n。2 5 o x 2 O O 塞l 5 o 艇10 0 鹂5 0 0 一一 一 一 卜 一 二 ， 一 一 _ { 一 一 一一 一 一 一 1 一 一 ‘ ．一 L 一 一 一 一 一 一 一 一 ／ 『 『 『 『 『 『 『 _／ 一 厂 一 I-- -- I 一 一 一 ～ 0 1 0 2 0 3 0 4 O 5 O 6 0 7 0 8 O 9 o 时间，d 图 9 实例 采场 中充填记 录 用模 型 可 以预测 出采 场 泄水 总量 ． 图 1 0所示的结果表明头 2 5天流速上升，此 后流速下降．从图中能够观察到第 3 9天再 次增 大充 填 速率 时 ，总泄水 量 的增 加要滞 后一 段 时 间．很 明显 ，非饱 和 区 的这种滞 后反应很大 程度 影 响 了泄水 流量 ． 3 00 2 60 2 2 O O 1 50 嚣 1 0 0 5 0 O 一 一 l_ 一 j 。 一 『一 ] 一 一 ‘ 『『 ＼ 八 ； 『 j I 『 、 一 广 一 厂 一 一 一 7 { 一 『 『 ＼ I I 『 ＼ ／ 一 l { 『 『 { l l I l ． 1 0 2 0 3 0 40 5 0 6 0 70 8 0 90 时间， d 图 1 0 实倒采场第 4 水平的模拟流蜃 通 常．模 拟 的结 果 与实 际采 场观 察到 的结果是一致的。当然有了现场实际数据 是可 以对模 拟结果 进行 校 核 的。艾萨 矿正 在利用大量的现场实际数据开展这项校核 工作 ． 6结 论 本文描述了采场中充填体泄水的数学 模 型，这种模型可以用于分析现有或新设 计 充填采场的充填体泄水过程，象实例 中 演示的一样。从 以前开发的三维模型试验 获得 的经 验以及新 的三维模 型 与二 维模 型 的对 比中可 以看 到 新模型 的正 确和潜 在 的 使用价值． 新模型考虑了采 场充填材料 的不均匀 性，丽这种不均质性对采场充填体泄水有 很大的影响，因此说它比二维模型用途更 广泛．三维模型能够预测采场特定位置上 的孔隙压力和排水速率，而不需要借助于 下转第 1 3页 采场中充填料排水的三维模拟试验一w． H． T r a v e s 一 3 5 维普资讯 ma x i k ma x { 【 ’6 、6 d 聚类结果为 第 1 。矿山6 1 ．ma x { 3 1 1 ， 6 l 2 ， 6 I l 4 ， l 1 5 即 k ‘ ；5 。第 1 。 矿山为 5 类 第 2。矿山6 2 ．ma x { 3 2 l 6 2 2 ， 6 2 } ， 如． 2 5 即 k‘ 4 ．第 2。 矿山为 4 类； 第 3 。矿 山 ma x { 3 3 I ， 6 ， 6 } 4 ， 6 6 Ⅱ 即 k ‘ ；2 。第 3 。矿山为 2 类． 4 分 析 比较 把灰 色聚类结果和 L a u b s c h c r 地质力 学分类结果 比较如下 矿山名称灰色聚类法L a u b s c h c r 法 镜铁山矿 1 。 5 类4 类 金山店矿 2。4类 3类 铜矿峪矿 3 。2类 2 类 矿体 可崩性的 L a u b s c h c r 分类法是直 接把 上述 5个分 类指标 的分值相加 S i ， ∑ d is ．然后按 O --2 0 分为 5 类、2 1 f | I -- 4 0 分为 4类、4 l ～6 0分为 3 类、6 l ～8 O 分为 2类、8 l ～1 0 0分为 1 类 来划分．三 个 矿 山的分类结果为 S ． 3 7 分 ，4类； S 2 4 3分。3 类；S 6 8 分．2 类． 两种分类方法的分类结果表明，铜矿 峪矿的结果相一致，而镜铁 山矿和金 山店 矿的结果有所不同．这两个 矿山 自然崩落 法 试 验 矿 块 均 已 回采 ． 现 场 生 产 实 践 表 明，镜铁山矿试验矿块 矿体可崩 性很好 ， 大 块率 很小 ，在 暴 露面 积很 小 时 即可 自然 冒落，现场调查研究认为应该接 近 5 类 ； 金 山店矿 的试验 矿扶 矿体可崩性 也较好 ， 应该属于 4类．据此分析认为，灰色聚类 结果比较符合现场实际． 5 结 语 本文采用灰色聚类方法进行矿 体可崩 性分类是可行 的．对可崩性的评价 比较合 理．镜铁山铁矿、金 山店铁矿和铜矿峪铜 矿 自然崩落法矿体可崩性的灰色聚类结果 分别为 5 类、4类和 2 类．分类结果与现 场生产实践结果基本一致． 参 考 文 献 I 邓聚龙． 灰色系统理论教程．华中理工大学 出版 牡 ． 1 9 9 0 ． I 1 ． 2 邓 聚龙． 灰色系统基车方{ 击．华中理 工大学出版 牡 ． 1 9 8 7 ． 1 1 ． 3 Laub s c h e r D．H c t ．Th i m p o r t a l t o f o me ．c h t m_瞄d a s s i f m t t i o n o f j o i nt e d r ock I n L ti ．g S i n mi r d ng o pt t t l o ns ．Pr O 删i n o f t he s y m p os i um 0 fi Ex pl or at i on Roc k Engi n e r i ng， 1 97 6, l O． 责任编辑解忠 上接第 3 5页 二维模型的判 断．有 了大量 的现场数 据。 并将其与新 的模型有机结合起来。我们就 可以更好地进行矿山设计，确定更好的充 填工艺以及更合理的充填料配 比． 参 考 文 献 见原 文 郭金峰，刘树序译 自Mi n i n g I n d u s t r y ， S e c t i o n A， 1 9 9 1 ， 1 0 0 5 8 6 6 7 2 郭然校 责任编辑肖泽铭 灰色聚类 在矿悼可崩性评价中的应用一是步华 一 l 3一 维普资讯