普朗铜矿井下冰碛补给型泥石流启动机理试验研究.pdf

Vo l . 10 , No . 7 Jul y 2020 第10卷第7期 2 0 2 0年7月 有色金属工程 No n ferro us Met a l sEn gin eerin g doi 10・ ・ 3969/j・ ・ issn. 2095-1744. 2020. 07. 016 普朗铜矿井下冰磧补给型泥石流启动机理试验研究 牛向东1,谢晋谊1,侯克鹏1,李争荣2,汪德文3,梁 维4 （1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明6500932云南迪庆有色金属有限责任公司，云南迪庆674400； 3.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明650051； 4. 贵州理工学院 矿业工程学院，贵阳550003） 摘要强降雨是诱发普朗铜矿井下冰磧补给型泥石流灾害的重要因素，以现场调查和室内模拟试验为研究手段，对普朗铜矿不 同降雨强度条件下的井下冰磧补给型泥石流的启动机理进行研究。研究结果表明1）强降雨为井下冰磧补给型泥石流形成提供 水动力条件井下泥石流；降雨强度；启动机理;试验研究 中图分类号TD853P642. 23 文献标志码A 文章编号2095-1744（2020）07-0100-07 Experimental Study on the Start-up Mechanism of Moraine-supplied Debris Flow in the Prang Copper Mine NIU Xia n gd o n g1 , XIE Jin yi1 , HOU Kepen g1 , LI Zh en gro n g2 , WANG Dewen3 , LIANG Wei4 1. Sc h o o l o f La n d a n d Reso urc es En gin eerin g,Kun min g Un iversit y o f Sc ien c e a n d Tec h n o l o gy ,Kun min g 650093,Ch in a； 2. Yun n a n Diq in g N2d urin g t h e pro c ess o f pure o re min in g,surfa c e mo ra in e d o es n o t fo rm a c h a n n el in t h e o re l a yer, un d er d ifferen t ra in fa l l in t en sit ies a n d t h ere wil l be n o fo rma t io n o f d o wn h o l e d ebris fl o w 3Th efo rma t io n o fc h a n n el sbysurfa c emo ra in in t h eo rel a yerisa prereq uisit efo rt h efo rma t io n o fd o wn h o l e 收稿日期收稿日期2020-03-09 基金项目基金项目贵州省科技计划项目贵科合LH字016*107贵州省教育厅青年科技人才成长项目黔教合KY字016*27 贵州理工学院 高层次人才科研启动经费项目XJGC20190633 Fun d Guizh o u Sc ien c e a n d Tec h n o l o gy Pl a n n in g Pro gra mGuizh o u Sc ien c e LH [2016] 7107； Yo ut h Sc ien c e a n d Tec h n o l o gy Ta l en t Gro wt h Pro jec t o f Guizh o u Ed uc a t io n Depa rt men t Guizh o u Ed uc a t io n KY [2016* 227 ； High -Level Ta l en t s Sc ien t ific Resea rc h Fun d in g o f Guizh o u In st it ut e海 ，气候寒冷，年 4 o 最高气温25. 4 ，最彳一27. 4 ；雨季〜10月）降 雨 全年降水量的87.1，降雨较为集中且年 f 降雨量619. 9 LLo井下泥石流的发生与 降雨量 的关系密切水 井下泥石流的重要组 分，又 发井下泥石流的动力条件和搬运介质。 4 井下冰磧补给型泥石流室内相似模 拟试验研究 4.1室内相似试验模型设计室内相似试验模型设计 为研究普朗铜矿自然崩落法均衡放矿过程中， 井下冰磧补给 石流的启动机理，采用 比 130丿 模型装置 模型装置 长X 宽X高75 clX45 clX150 cl；放矿模型试验系 统主要由储水装置、放矿装置和降雨装置三部分组 成，见图4〜6。 图4室内相似试验模型底部结构放矿口设计图 Fig. 4 Design drawing of the ore opening at the bottom of the indoorsimilar8es8model 第7期牛向东等普朗铜矿井下冰磧补给型泥石流启动机理试验研究103 图5 室内相似试验模型设计图 Fig. 5 Design drawing of indoor similar test model 图6室内相似试验模型装置实物图 Fig. 6 Physical picture of a similar device model in alabora8ory 4.2试验所使用矿石和地表冰磧物颗粒粒径分布试验所使用矿石和地表冰磧物颗粒粒径分布 泥石流室内 模拟试验 用矿石 和冰 磧物颗粒按照1 30 比筛分，模型试验 用 的矿石颗粒粒径不超过2. 3 c m,冰磧物试验颗粒粒 径见表2 o 表2泥石流室内相似模拟试验冰磧物颗粒粒径径列表 Table 2 List of moraine particle size for debris flow indoor similarsimulationtests Surfa c e mo rt a r pa rt ic l e size /mm Differen t pa rt ic l e size c o n t en t o f t il l s/ Mo ra in epa rt ic l e size used in t h et es t /mm 2060. 210.7 20〜219. 67 0.7 〜0.07 2〜0. 075 15.550.07 〜0.0025 “0. 0754. 56“0. 002 5 4.3室内相似试验降雨强度确定室内相似试验降雨强度确定 冰磧物在不同暴雨强度下泥石流物源启动机制 不同，为模 降雨强度下井下泥石流启动条件, 试验水 通过 制器来控制不同降雨强度o 矿区19752010年间除去2006和2007年，日最 大降雨量72. 2 mm1977-7-29,日最小降雨量23. 7 mm1976-7-12,日平均降雨量37. 7 mm。根据试 验相似比则室内试验采用降雨强度见表3 表3室内试验所使用的降雨强强度列表 Table 3 The list of rainfall intensity used in laboratory tests Number o f t ria l s Ac t ua l d a il y ra in fa l l in t en sit y/ mm h_1 Tes t ra in fal in t en sit y/ ml mind1 Th e first t es t72.2 0.563 Th esec o n d .es.37. 7 0.293 Th e.h ird .es.23. 70. 186 4.4室内相似试验现象及过程室内相似试验现象及过程 文章篇幅限制,只展示室内降雨强度 0. 563 mL/min时的试验现象和过程，相似试验采用 均衡 式,， 口按照35、 4 5、2 5顺序依次放矿，3 5放矿口各循环放矿漏斗 见图7o由于35、45和25放矿口每个循环放出 的矿石量都不一样,为使各个放矿口放出的矿石量、 表冰磧 和水 有可比性,对试验 进行 “归一化”处理,见表4和图8o 104有色金属工程第10卷 表4 降雨强度0. 563 mL/min时的归一化处理试验数据 Table 4 The normalized test data at a rainfall intensity of 0. 563 mL/min Dra in in g fun n el n umberTo t a l ma t eria l rel ea s ed P*o po *t io n o fd *y o *e*el ea sed P*o po *t io n o fd *y mo *a in e*el ea sed Pro po rt io n o f wa t er rel ea sed 351.0000.8480.0000 . 152 451.0000.8650.0000 . 135 251.0000.8350.0000 . 165 351.0000.6250.269.1 6 451.0000.589 0.276 0 . 135 251.000 0.578 0.295 0 . 127 351.000 0.427 0.392 0 . 181 451.0000.4360. 3790 . 185 251.0000.4480. 3750 . 178 351.0000.4290. 396 0 . 175 451.0000.4030. 4490 . 148 251.000 0.279 0. 5900 . 131 351.0000.2690. 6210 . 11 0 451.000 0.275 0 . 5780 . 147 251.000 0.376 0 . 4670 . 157 351.0000.5380 . 3430 . 119 451.0000.586.3 10 . 114 251.0000.5920 . 2810 . 126 351.0000.699.2 30 . 0 98 aTest materials bPicture of the f irst cycle cPicture of the second cycle stacked chart of the 3 discharge hopper of the 3 discharge hopper dPicture of the third cycle e Picture of the f orth cycle f Picture of the f if th cycle of the 3 discharge hopper of the 3 discharge hopper of the 3 discharge hopper 图7 3*放矿口各循环放矿漏斗图 Fig. 7 The 3 * discharge funnel chart of each cycle 4.5室内相似试验结果分析室内相似试验结果分析 分析表4和图8试验数据，随放矿时间推移，每 个放矿循环3 5放矿口、4 5放矿口和2 5放矿口中 Draining f unnel number 图8放出单位质量物料的矿石、冰磧物和 水的质量百分比与时间关系图 Fig. 8 The relation between the masspercentageof ore, moraineandwaterreleasedperunitmasofmaterialandtime 1） 放出单位质量物料的矿石质量（百分比）的放 出规律最初放出的矿石都 石，放出的矿石量 多；随着时间的 ，矿石中就会有越来越多的 表冰磧 出，放出的矿石 少；等 表冰 磧物基本快要放完 会有一 的矿石放出，放 出的矿石 会 。 。 2） 放出单 料的地表冰磧物质量（百分 比）的放出 最初放出的矿石都 石，没有 地表冰磧物放出，放出的地表冰磧 为0；随着时 的 ， ， 口 就会有 来 多的 表冰磧 物放出，放出的地表冰磧 ；等 表冰 第7期牛向东等普朗铜矿井下下冰磧补给型泥石流启动机理动机理试验研究 1 0 5 磧物快要放完时，放出的地表冰磧物量又会逐渐 减少。 3）放出单位质量物料的水的质量（百分比）基本 不存在可循的变化规律，放出水的质量（百分比）具 有一定的随机性。 5 井下冰磧补给型泥石流启动机理 纯矿石放矿过程中，地表冰磧物不会在矿石层 中形成通道，在0 . 563. 293和0 . 186 ml /min室内 降雨强度时，都只满足形成泥石流三个条件中的物 源条件和水动力条件，不满足形成泥石流的地形条 件，都不会形成井下泥石流。 随着地表冰磧物量从放矿口中逐渐增多，冰磧 物在矿石层中形成通道，为泥石流的形成提供了有 利地形条件，同时满足泥石流形成的三个条件，会形 成井下泥石流。当室内降雨强度0 . 563 mL/min 时，地表冰磧物和水的稀释混合物将从矿石层中的 通道由放矿口迅速涌出，形成具有较大能量的泥石 流；当室内降雨强度0 .293 mL/min时，地表冰磧物 和水的黏稠混合物只有在矿石放出过程中才会由放 矿口流出，有泥石流发生的潜能；当室内降雨强度 0 . 186 mL/min时，少量雨水和地表冰磧物混合形成 黏稠性较大混合物，并与矿石粘在一起，导致放矿工 作困难，难以将地表冰磧物放出，不会形成井下泥石 流。由此可知，地表冰磧物在矿石层中形成通道是 井下泥石流启动的前提条件。 6 结论 通过分析室内降雨强度为0.563、0 . 293和 0. 186 mL/min时井下泥石流启动机理的试验，可 以得出以下有益结论 1） 强降雨是井下冰磧补给型泥石流形成的重要 水动力条件，放矿过程中持续强降雨会促使地表冰 磧 在 石层 形 动通道， 为形 有一 能 量的井下泥石流提供有利地形条件。 2） 石 过程 ， 表冰磧 会在 石层 形 通道， 在 降雨强 下 会有井下 泥石流的形成；地表冰磧物在矿石层中形成通道是 井下泥石流形成的前提。 3） 有地表冰磧物放出时，室内降雨强度 .563 mL/ min 时 会 形 有 能 的 石 ， 0 . 293 mL/min时会有泥石流发生的潜能， 0 . 186 mL/min时不会形成井下泥石流。 参考文献 [1] 张炜光.控制矿山泥石流沟谷水土流失的防治对 策[J].世界有色金属，2 0 197215-218. 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