矿岩散体流动参数物理模拟实验.pdf

收稿日期 2003201215 基金项目辽宁省自然科学基金资助项目20021008 ;有色金属总公司重点项目 98 2012126 ;北铭河铁矿高效采矿综合技术研究 课题 00 2012432 ;中国博士后研究基金资助项目2001214第30批 作者简介王述红1969 - ,男,江苏泰州人,东北大学副教授;任凤玉1956 - ,男,内蒙古赤峰人,东北大学教授,博士生导师 第24卷第7期 2003年7月 东 北 大 学 学 报自 然 科 学 版 Journal of Northeastern UniversityNatural Science Vol124 ,No. 7 Jul.2 0 0 3 文章编号 10052302620030720699204 矿岩散体流动参数物理模拟实验 王述红1,任凤玉1,魏永军2,李文增1 1. 东北大学 资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110004 ; 2.白银有色金属公司 深部铜矿,甘肃 白银 710090 摘 要结合崩落矿岩散体的力学特性,利用随机介质放矿理论,介绍了矿岩散体流动参数 测定的物理模拟实验,测定了不受边界约束和端部放矿两种方式下的散体流动参数研究了矿岩 散体的流动形态放出体形态认为采用低贫损开采模式,可有效地降低矿石损失贫化工业试验 表明,对于采用无底柱崩落法的矿山,利用模型实验,测定现场矿岩散体流动形态参数 , 优化采 场结构参数,可有效地降低矿石损失与贫化,提高矿山整体经济效益 关 键 词散体运动;低贫化;放矿;采场结构参数;模型实验 中图分类号 TD 853 文献标识码 A 生产实践表明,采用无底柱分段崩落法生产 矿石的损失贫化大,无疑制约了该法的发展究其 原因,笔者认为主要是由于各个矿山的矿岩散体 物理力学参数不一样,导致了矿岩崩落后的放出 体形态也不相同[1～4]放出体形态是位移场中可 实测的物理量,一方面通过测绘放出体形态来认 识散体的移动属性,另一方面通过放出体形态来 评价理论的逼真度本次研究利用随机介质理论, 首先通过室内模型实验,确定现场的矿岩散体流 动参数,即确定放出体形态,找出最佳采场结构参 数,为降低矿石的损失率,提高回收率及类似矿山 的开采提供参考依据 1 模拟实验与有关参数的确定 实验矿岩颗粒取自白银铜矿西部浸染状铜矿 石和东部块状矿石,破碎成不大于112 cm的块, 破碎料粒度自然级配见表1按1/ 100相似比,表 1的单位 “cm” 相当于实际单位 “m” 据东部采场 调研和西部825 - 875试验矿块多次目测结果,表 1的颗粒级配关系,与实际基本符合故取表1所 列的两种散体作为实验的物料 表1 实验散体粒度级配 Table 1 Granularity gradation of experiment loose body 试验粒级/ mm 1. 0 浸染状矿石质量分数/ 15. 9021. 0725. 6524. 4512. 93 块状矿石质量分数/ 12. 8619. 0520. 4834. 2813. 33 1. 1 不受边界约束时散体的流动参数 为便于研究矿岩散体本身的流动特性,首先 进行了底部漏口放出时的放出体实验,测定了不 受边界影响时的散体流动参数 以铲运机出矿时出矿口的有效流动宽度为背 景,模型底部漏口直径取为3 cm为消除壁面对 散体流动的影响,漏口开设在模型底板的中央依 据随机介质放矿理论的研究成果[5～10],此时放出 量Q与放出高度H的关系为 Q β α1πH α1 1 式中,α、 β为无约束条件下散体流动参数式1 可简化为 Q aHb, 其中, a、b为待定常数 实测一组放出高度与放出量数据{ Hi, Qi} , 用统计回归法求出系数a、b ,对比式1即可得出 α b -1;β ab π 取表1所示散体为充填料,三次实验结果的 平均值见图1所示 图1 Q与H的实验数据关系 Fig. 1 The experimental curves of Q and H 对图1数据回归计算得 ①浸染状矿石 Q 1.630 8H1. 983 9 2 回归相关系数r 01997 9将式2与式1对比 得散体流动参数α 01983 9,β 11029 8 ②块状矿石 Q 11959 4H1. 930 2 3 回归相关系数r 01998 9式3与式1对比,得 散体流动参数α1 01930 2,β 1 11203 9 α与β的物理意义,可从其对放出体形态的 影响上表现出来无约束条件下放出体方程为 X2 Y2 α1βZ αln H/ Z 4 式中, X , Y , Z为坐标值;其他符号意义同前 对式4进行数学分析可知β值影响放出体 的总体宽度;α值决定放出体上部与下部的相对 形态 当α 1/ln2时,放出体上部较粗下部较细;当α 1/ln2时,放出体最宽部位在其中部 本实验得出的浸染状矿石与块状矿石的α 值,分别为α 01983 9 和α 1 01930 2,均小于1/ ln2 11442 7,故所对应的放出体均下部较宽上部 较窄如图2所示 图2 无约束条件下放出体的实验形态 Fig. 3 Experimental shape of loosing body withont any boundary restriction a 浸染状矿石 ;b 块状矿石 为进一步描述放出体的形态特征,考察放出 体最宽部位所在位置的相对高度由式4可得, 放出体最宽位置的高度与放出体高度的比值为 h H 1 e 1 α 5 式中,h为放出体最宽位置的高度 分别将α 01983 9和 α 1 01930 2代入式 5得在浸染状矿石的放出体中, h/ H 01361 9;在块状矿石的放出体中, h/ H 01341 3这就 是说,块状矿石与浸染状矿石相比,放出体最宽部 位的相对高度部位略有下移这是因为块状矿石 中较大块度的比例较大表1 , 从而容易在出矿 口附近形成拱形结构,使出矿口附近的矿石放出 量较多,故该部位放出体发育较宽但总体说来, 两者的差异量不大,可认为两种矿石的流动特性 是一致的 1. 2 端部放矿散体的流动参数 端部出矿时,由于出矿口有效流动尺寸与端 壁面的双重影响,沿进路方向与垂直进路方向的 散体流动参数值不等,此时放出量Q与放出高度 Z之间的关系为 Q β β1Aπ ω1 Z ω1 H 6 式中,ωαα 1 2 ; ZH为放出体垂直高度; A为端 壁切余系数, A 1 2 1 π∫ Kβ 0 e - t2d t ;α,β为沿进 路方向散体流动参数;α1,β1为垂直进路方向散 体流动参数; K为壁面影响系数 由于参数多且彼此关系复杂,需用放出体形 态确定各参数值本试验用 “达孔量” 法测定放出 体形态根据放出体的定义,达孔量的等值面,即 为放出体的外表面因此,测定出散体堆内达孔量 场,进而绘出达孔量的等值面,即可确定出放出体 的形态,如图3所示 图3 端部出矿时放出体形态 Fig. 3 The loosing body shape with the side port moving 放出体曲面方程为 y2 β1z α 1 x - kz α 2 βz α ω1ln H/ z 7 007东北大学学报自然科学版 第24卷 式7符号意义同式6用式7对图3放出体回 归拟合,得端部放矿的散体流动参数值 α 11467 1,β 01258 3α1 01983 9,β1 01810 0, K 0112 2 结果分析 2. 1 沿进路轴线方向和垂直进路轴线方向的散 体流动参数分析 实验测得,白银铜矿的沿进路轴线方向的散 体流动参数α 11467 1,β 01258 3;而垂直进路 轴线方向的散体流动参数 α 01893 9,β 01810 0;端壁影响系数K 0112沿两个方向散 体流动参数值的差异,主要是由出矿口引起的出 矿口对散体移动规律的影响程度,对于某些宏观 物理量,如放出量与移动带宽度等,用散体流动参 数值反映包含出矿口的影响,即可满足计算精 度要求;但对于一些细观物理量,如散体在出矿口 附近的流动状态等,则需要作为独立参数引入计 算式限于篇幅,笔者将另文专述 2. 2 白银铜矿采场结构参数的实验建议值 白银铜矿应用无底柱分段崩落法开采厚矿体 时,采场结构进路垂直矿体走向,上下分段呈菱形 布置矿石按步距崩落后,用WJD2115铲运机从 进路端部口铲出,进路断面尺寸宽 高 310 m 310 m正常回采时,一个步距一个步距地崩矿,一 个步距一个步距地放矿,每个步距崩落的矿石至 少有两个面正面与顶面接触废石,一般都是三 个面顶面、 正面与侧面接触废石,这样矿岩动态 接触面积大,废石混入源多,当放矿方式与采场结 构不当时,容易造成较大的矿石损失与贫化白银 铜矿矿石损失贫化值的大小主要取决于采场结构 和放矿方式对崩落矿岩移动规律的适应程度通 过本次实验,根据散体流动规律和现场放出口的 尺寸,计算出放出体高度为11182 m ,放出体最大 宽度为9142 m建议采场结构参数优化为分段高 度12 m原先为10 m ,进路间距10 m原先为8 m ,放矿方式采用低贫化放矿,特别是采用优化 后的结构参数,建议见到废石后停止本分段放矿, 转入下一回采分段,在矿体最下分层采用截止品 位放矿,从而减少矿石的贫化,最大限度提高矿石 回采率 3 结 语 1白银铜矿西部浸染状矿石和东部块状矿 石的散体流动特征大体一致由1∶100相似比的 物理模拟实验测得不受边界条件约束时,浸染状 矿石的散体流动参数α 01983 9,β 11029 8;块 状矿石的散体流动参数α 01930 2,β 11203 9 矿石流动受到固体断壁制约时,散体流动参数为 沿进路方向α 11467 1,β 01258 3;垂直进路方 向α1 01983 9,β 1 01810 0, K 0112根据此实 验结果和现场条件,建议白银铜矿分段高度为12 m ,进路间距为10 m ,崩矿步距112 m 2采用低贫化放矿方式和与之相适应的采 场结构参数,依靠限制废石漏斗的破裂来提高采 出矿石的质量,依靠改善矿石移动空间条件和设 置回收进路来提高采出矿石的数量,这是低贫损 开采模式的精髓,该模式已经在白银铜矿、 北铭河 铁矿、 厂坝铅锌矿等得到推广使用,并初步取得了 效果 参考文献 [ 1 ]任凤玉随机介质放矿理论及其应用[M]北京冶金工 业出版社, 1994. 56 - 77 Ren F Y.Theory of random medium and its application [ M]. 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Shenbu Copper Mine , Baiyin Nonferrous Metal Company , Baiyin , 710090 ,China. Correspondent WANG Shu2hong , E2mail shwang mail. neu. Abstract According to the mechanical charactersof mineral ,stochastic theory was used to set up a physical model about mineral moving. The mineral moving parameters without any boundary condition restrict and with the side port moving were measured. The shape of blasted ore2rock movingdrawn body was researched. The results show that it is better to optimize the shape of ore2rock mass according to the structure parameter of the stope.The physical simulation can effectively reduce the ore dissipation and the ore dilution. The structure parameters of the stope disagreeing with the rule of broken ore2rock movement are the main factors of ore lose. Based on the simulation result in2spot ,a new caving without bottom pillar was used. It is shown that the ore lose was reduced effectively ,the mineral resource had been recovered and economic overall return was encouraging and satisfactory. Key words the flowing of loosening body; low dilution; ore drawing; structure parameters of the stope; model experiment Received January15,2003 待发表文章 摘 要 预 报 通用的支持虚拟企业B2B的使能系统模型 申德荣,于 戈,张荣武,宋宝燕 采用松散耦合Web服务的思想,融合RosettaNet、UDDI、ebXML主流B2B规范的优势、 基于系统提供的服务组件, 提出了一个通用的支持企业动态联盟按需构建B2B的使能系统模型详细描述了系统平台模型、 联盟使能平台模型、 商 务执行策略模型和基于UDDI核心数据结构的元数据存储模式最后,给出了基于该模型的原型系统 基于动态投入产出的管理信息系统的分析与设计 翟 丁,张庆灵,陈跃鹏,杨 帆 本系统以某矿山企业为背景,探讨了企业动态投入产出信息系统的设计问题提出动态投入产出MIS系统设计原则 给出了动态投入产出系统的数学模型,分析企业初始投入与消费增长率之间的关系以软件工程为指导,结合模型的特点, 得到动态投入产出MIS的设计方法使企业达到快速适应市场、 开拓市场、 进而把握市场的目的 207东北大学学报自然科学版 第24卷