基于刚性块体模型的近-远场崩落矿岩流动特性

孙浩^1,2，陈帅军^1,2，高艳华³，金爱兵^1,2，覃璇⁴，巨有^1,2，尹泽松^1,2，李木芽^1,2，赵增山⁵

1. 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室2. 北京科技大学土木与资源工程学院3. 北京城市学院城市建设学部4. 中国安全生产科学研究院5. 鲁中冶金矿业集团公司

摘 要：为进一步揭示远场条件下金属矿山崩落矿岩运移演化机理,综合利用物理试验、数值模拟和理论分析等手段,构建单口放矿模型开展近-远场崩落矿岩流动特性研究.首次基于离散元软件PFC3D和刚性块体模型构建放矿数值模型,并通过近场放矿物理试验与模拟结果的对比分析,证明了刚性块体模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性与优越性.在此基础上,对远场条件下松动体形态变化规律、矿岩流动体系内的应力演化规律及其力学机理进行了量化研究.研究结果表明:1)近-远场条件下的松动体形态变化均符合倒置水滴理论.在放矿初始阶段,松动体最大宽度随高度增大呈幂函数形式快速增加;随后,松动体最大宽度随高度增大而近似线性增加.2)崩落矿岩流动过程中存在明显的应力拱效应.随着矿岩散体松动范围不断扩大,松动体外围一定范围内的垂直应力均呈明显下降趋势,水平应力逐渐增大并在松动区域到达前出现激增现象;而松动体内的水平应力与垂直应力则急剧下降至较低水平.

关键词：放矿;近-远场条件;崩落矿岩;流动特性;刚性块体模型;