露天轉(zhuǎn)地下過程中覆巖移動規(guī)律的研究

露天轉(zhuǎn)地下過程中覆巖移動規(guī)律的研究

0覆蓋層厚度研究在采礦和沉淀過程中，石人溝黑鐵的外部法開始采用空場法開采，并且在暴露和地下采礦之間保留了一條絕緣柱。因此，露天開采后，需要恢復(fù)礦柱。崩塌和落在地面上時(shí)，利用地下部分的微差爆炸形成覆蓋巖石，并利用地下第一部分的底部結(jié)構(gòu)在巖床下釋放這部分礦石。但是,因?yàn)橐藶樾纬筛矌r,所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮要研究覆蓋層的合理厚度。首先,覆蓋層的厚度要滿足放礦工藝的要求;其次,覆蓋層的厚度還要滿足礦山防排水和通風(fēng)的要求。但是,人工強(qiáng)制形成覆蓋層會增加采礦成本,影響礦山的經(jīng)濟(jì)效益,所以,研究覆蓋層的功用,找出滿足生產(chǎn)要求的最小覆蓋層厚度,本著生產(chǎn)安全與避免浪費(fèi)的原則確定合理的覆蓋層厚度,具有重要意義。1覆蓋層界面模擬結(jié)合放出體體積計(jì)算式和二次松散系數(shù),找出放出體高度和松動體高度之間的關(guān)系,以保證當(dāng)放礦到截止品位時(shí),覆蓋層足夠厚,還能夠形成完整的放出體和松動體。進(jìn)行覆蓋層界面移動實(shí)驗(yàn),結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬覆蓋界層面移動。模擬當(dāng)放礦到截止品位時(shí),覆蓋層的界面形狀。進(jìn)行散體滲漏實(shí)驗(yàn)。目的在于找出對于不同的降雨量,水的滲漏深度與時(shí)間的關(guān)系。2次散射系數(shù)ke松動體的形成過程見圖2.1。當(dāng)從底部漏孔放出散體Vf后,其所占空間設(shè)由2Vf范圍內(nèi)散體下落遞補(bǔ),由于散體下移過程中產(chǎn)生二次松散,所以它實(shí)際所遞補(bǔ)的空間為式中Ke為二次松散系數(shù),故在2Vf范圍內(nèi)余下的空間為Δ2=2Vf-KeVf。依此類推,3Vf遞補(bǔ)2Vf以及4Vf遞補(bǔ)3Vf等,一直到余下的空間為零時(shí)不再擴(kuò)展為止。即由此推出:nVf(Ke-1)=KeVf式中,nVf為松動體(Vs),亦即放出散體Vf后的移動范圍,由于松動體形狀也近似是橢球體,故稱之為松動橢球體。松動橢球體與放出橢球體的關(guān)系為:由上式可推導(dǎo)出二次松散系數(shù):二次松散系數(shù)Ke>1,根據(jù)試驗(yàn)得Ke=1.006～1.10。礦巖爆破后產(chǎn)生松散而增大體積,發(fā)生第一次松散,設(shè)一次松散系數(shù)為Kc;出礦時(shí)產(chǎn)生的松散為二次松散系數(shù)Ke。據(jù)試驗(yàn)得知,在礦巖條件和鑿巖爆破參數(shù)等不變的情況下,礦巖的極限松散系數(shù)Kf為一常值,Kf值等于一次松散系數(shù)Kc與二次松散系數(shù)Ke之積,即Kf=KcKe。由于移動場內(nèi)各處移動速度不同,因此各處的松散程度也隨之有所不同。由于當(dāng)前還未解決二次松散與移動速度關(guān)系,故只能采用平均的二次松散系數(shù)Ke。平均二次松散系數(shù)Ke的含義是,散體一旦投入移動后,在移動場內(nèi)各處松散程度都是一樣的。從公式νs=keke-1νfνs=keke?1νf可以確定兩者之間的數(shù)量關(guān)系。只要知道二次松散系數(shù),它們的關(guān)系也就確定下來了。對一般堅(jiān)硬的礦石可取Ke=1.066～1.100,這樣:松動橢球體與放出橢球體高度關(guān)系可從式(2.3)得出?，F(xiàn)取Vs=15V,則而Vs≈π6(1-ε2s)h2s(2.5)Vs≈π6(1?ε2s)h2s(2.5)式中εs——松動橢球體偏心率;hs——松動橢球體高度。于是:hs=3√6νsπ(1-ε2s)(2.6)hs=6νsπ(1?ε2s)??????√3(2.6)同時(shí),近似取:Vs≈π6h3(1-ε2)(2.7)Vs≈π6h3(1?ε2)(2.7)則Vs=15V=15[π6h3(1-ε2)](2.8)Vs=15V=15[π6h3(1?ε2)](2.8)將(2.8)式代入(2.6)式得:hs=2.46h3√1-ε2(1-ε2s)(2.9)hs=2.46h1?ε2(1?ε2s)?????√3(2.9)再將3√1-ε2(1-ε2s)1?ε2(1?ε2s)?????√3近似的取作1,得出;hs=2.46h≈2.5h(2.10)此式表示松動橢球體高為放出橢球體高的二倍半。3覆蓋層界面的移動計(jì)算機(jī)的模擬3.1仿真概率場方程崩落法放礦計(jì)算機(jī)仿真方法,最早由加拿大學(xué)者DavidJolley于1968年提出,仿真模型是把礦巖堆體劃分成大小相等、形狀規(guī)則的模塊,用模塊之間從上向下的隨機(jī)遞補(bǔ)運(yùn)動來模仿崩落礦巖的流動過程。采用D.Jolley遞補(bǔ)模型進(jìn)行仿真時(shí),移動帶內(nèi)每一部位上仿真模塊的移動狀態(tài)與實(shí)際散體的移動狀態(tài)在統(tǒng)計(jì)意義上保持一致,這樣才能保證仿真放出體形態(tài)及其大小與實(shí)際一致。因此,應(yīng)以移動場相似作為計(jì)算機(jī)仿真的準(zhǔn)則。結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和隨機(jī)模擬,應(yīng)用顆粒移動跡線方程、放出體方程和移動體方程,模擬放礦到截止品位時(shí)的覆蓋層界面形狀。仿真概率場方程,又稱空位擴(kuò)散方程,是計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)學(xué)模型,用以下仿真概率場方程作為本次計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)學(xué)模型(1)放出口附近(z＜α√4(3-θ)R2/β)(z＜4(3?θ)R2/β???????????√α)不受邊壁條件影響時(shí)式中R——漏孔半徑;α,β——散體流動參數(shù);θ——出口速度分布系數(shù);(2)當(dāng)遇直立壁邊界條件時(shí)zL——散體有效移動范圍與直壁相交點(diǎn)高度:zL=α√2x2D9β;zL=2x2D9β????√α;xD——直壁到放出口中心距離,端部放礦時(shí)xD=0,無限邊界條件時(shí)xD=∞;g(z)——移動概率最大值點(diǎn)偏離放出口軸線距離:g(z)=Κ1+x2D(z-zL)α2;g(z)=K1+x2D(z?zL)α2;k——壁面影響系數(shù);α1,β1——散體流動參數(shù),取決于散體流動性質(zhì)、流動空間條件與入出條件,端部放礦時(shí)α>α1、β<β1,底部漏孔放出時(shí)一般α=α1、β=β1;A——直壁切余函數(shù)(3)當(dāng)遇傾斜壁邊界條件時(shí)式中u=RD+Rg+(z-zJ)ctgθ,θ為礦體傾角;α,β,α1,β1,α2,β2——散體流動參數(shù);α1,β1——垂直斜壁方向的散體流動參數(shù);α2,β1——沿斜壁方向的散體流動參數(shù);當(dāng)受下盤斜壁影響時(shí),g=u=0,α1=α2,β1=β2;Rg——流軸到斜壁距離;zL——不受上、下盤斜壁影響區(qū)高度;zJ——過渡區(qū)最大高度;RD——z=zJ水平剖面上沿x軸方向斜壁位置坐標(biāo)值;RD以及zL、zJ意義見圖3.1;Ai——斜壁影響系數(shù);Ai=?i∫Τiexp(-u2)du√π(i=1,2),設(shè)xD、xP分別表示上、下盤斜壁到放出口中心水平距離,則當(dāng)僅受上盤斜壁影響時(shí),當(dāng)僅受下盤斜壁影響時(shí),Τ1=Τ2=∞?φ1=φ2=x-p+zctgθ√β1zα1,當(dāng)同時(shí)受上、下盤斜壁影響時(shí),3.2覆蓋層覆蓋層覆蓋層覆蓋層覆蓋層界面無凹坑以留礦法的漏斗底部結(jié)構(gòu)為例,觀察放礦過程中覆蓋界面的變化情況,和計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果作比較。當(dāng)放礦到截止品位時(shí),為了避免覆蓋層界面出現(xiàn)凹坑,使雨水集中匯入,形成集中滲流,造成雨水下滲速度太快,使覆蓋層失去延緩洪峰的作用,從而造成降雨過后,井下排水壓力增大,甚至使井下不能進(jìn)行正常生產(chǎn),應(yīng)保證覆蓋層最終的界面形狀呈凸起狀或保持水平。4散體粒級配比和材料的確定散體滲漏實(shí)驗(yàn)在本課題研究中占有相當(dāng)重要的位置。散體的滲漏系數(shù)隨散體的顆粒大小,孔隙比等有很大關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)方案為對散體不同的粒級配比,分別做實(shí)驗(yàn),測出隨散體粒級配比不同,當(dāng)降雨量變化時(shí),滲漏深度和時(shí)間的關(guān)系。取石人溝鐵礦爆破巖堆散體,測它的粒級組成,按照相似理論的要求,取相似材料,測出隨著降雨量的不同,滲漏深度和時(shí)間的關(guān)系?，F(xiàn)場實(shí)測的塊度組成資料見表4。按照某一降雨量做散體滲漏實(shí)驗(yàn)測得的一組數(shù)據(jù)見