崩落法放矿损失贫化是一个突出问题,而传统的连续介质力学放矿理论和当前的计算机仿真放矿技术由于理论的局限性及软件的适用性等缺陷,已不能适应当前放矿技术发展的需要。为探究崩落法放矿过程中的散体矿岩运移规律,本文采用物理实验、数学建模、理论分析、数值模拟及工程调控等手段,围绕崩落法放矿散体矿岩运移规律及放矿参数优化进行了初步研究,主要研究工作包括: 

(1)开展不同粒径条件下的自由面斜槽颗粒流实验。设计了自由面斜槽颗粒流当量粘度测试装置,探究了自由面斜槽颗粒流的屈服应力、流层结构及颗粒流的质量分布与速度分布规律,基于连续介质假设推导了细颗粒流似非牛顿流体本构关系模型。

(2)推导并求解LBM-DEM耦合框架理论模型。基于Chapman-Enskog展开式分析了 LBM宏细观变量的统一关系,演绎了不同边界条件下的LBM密度分布函数求解方法,将Bingham-FPFM模型引入到LBM-DEM耦合框架,并通过经典算例验证了 LBM-DEM耦合程序的精度与稳定性。

(3)实现基于LBM-DEM耦合框架的崩落法放矿数值模拟。探究了废石细颗粒的渗移规律,分析了矿岩块度及含水率对单漏斗放出体形态的细观影响,探讨了放矿场内速度及应力分布规律。

(4)完成崩落法立体放矿及平面放矿物理实验。根据覆岩条件下单漏斗放矿实验,探究了单漏斗放矿过程中放出体(IEZ)及放矿松动体(IMZ)形态的发育规律,开展了多漏斗放矿条件下的均匀放矿及斜面放矿散体矿岩运移规律研究。

(5)建立Bergmark-Roos放矿理论修正模型。基于Bergmark-Roos方程的基本原理,结合LBM-DEM耦合放矿模拟结果,对Bergmark-Roos方程进行了修正,从力学角度建立了散体矿岩的运移数学模型,并建立了放矿口宽度非零情况下的塑性及运动学放出体数学模型。

(6)优化崩落法矿山放矿控制技术及放矿参数。基于推导的Bergmark-Roos 放矿理论修正模型,结合铜矿峪矿生产参数进行了崩落法放矿模拟,并根据最小矿岩接触面原则进行了不等量均匀放矿模型验证。