隔離層下單漏斗放礦力鏈演變的參數敏感性分析

在協(xié)同開(kāi)采理念的指導下，筆者于2010年提出一種新的采礦方法[1]，即大量放礦同步充填無(wú)頂柱留礦采礦法(簡(jiǎn)稱(chēng)同步充填留礦法) 該方法在放礦前預先于礦石堆上鋪設柔性隔離層，然后從回風(fēng)巷道充填廢石，最后利用隔離層實(shí)現充填料與礦石同步下沉，進(jìn)而從宏觀(guān)和細觀(guān)角度研究同步充填留礦法放礦過(guò)程散體介質(zhì)體系的流動(dòng)規律和接觸力特性 研究發(fā)現，顆粒物質(zhì)由大量離散的固體顆粒相互接觸作用并形成復雜的體系[2]，在形態(tài)上包含固相、液相和氣相三種 其中，固相和液相屬于密集顆粒體系，對外界呈現出敏感性、非線(xiàn)性響應以及自組織行為等復雜的力學(xué)特性 采場(chǎng)內的礦石同樣是由大量形態(tài)各異的固體顆粒組成，顆粒間密集分布，并且顆粒間的接觸力通常大于間隙氣體或液體，在傳遞荷載中起主要作用 顆粒相互接觸、擠壓，接觸力沿著(zhù)顆粒進(jìn)行傳遞，從而形成準直線(xiàn)分布的鏈狀路徑(即力鏈)[3-5] 不同的力鏈相互交織，進(jìn)而構成一個(gè)完整的力鏈網(wǎng)絡(luò )并非均勻地貫穿于顆粒體系 礦石顆粒在流動(dòng)時(shí)，力鏈不斷進(jìn)行著(zhù)斷裂重組的過(guò)程，其對外界條件的變化極其敏感，散體介質(zhì)體系內任何一個(gè)參數發(fā)生變化，都可能影響力鏈網(wǎng)絡(luò )的完整性和穩定性 針對力鏈復雜多變的演化特性與作用機理，國內外學(xué)者開(kāi)展了一系列的研究，并取得了豐碩的研究成果 在力鏈演變規律方面，周勇等[6]基于散體介質(zhì)雙軸加載光彈物理試驗裝置和相似材料模擬試驗，研究綜放開(kāi)采過(guò)程中覆巖斷裂的演化特征與非連續覆巖關(guān)鍵層力鏈結構變化規律的關(guān)聯(lián)性，并提取了力鏈作為采場(chǎng)覆巖礦壓變化的判據 孫其誠等[7]以單軸壓縮數值模擬試驗為例，深入分析了土體顆粒骨架結構與力鏈形態(tài)之間的關(guān)系，指出強力鏈是決定顆粒體系宏觀(guān)力學(xué)行為的關(guān)鍵因素 徐正紅[8]構建了不同粒徑的力鏈壓曲變形分析模型，由模型提出物理和理論意義明確的塑性演化準則，并對力鏈模型進(jìn)行了優(yōu)化及參數影響效應分析 FANG等[9]通過(guò)光彈試驗直觀(guān)地觀(guān)察了模型中力鏈的分布狀態(tài)，討論了應力拱的成拱機理，還在試驗裝置下方安裝兩根鋼柱引起局部變形，并指出模型的幾何參數和應力狀態(tài)都會(huì )影響應力拱的形成 在離散元法應用方面，YANG等[10]研究了破碎顆粒材料在單向壓縮過(guò)程中接觸力和配位數的分布規律，發(fā)現顆粒內部接觸力的分形分布是導致顆粒分形尺寸分布逐漸變化的主要因素 張煒等[11]利用離散元法模擬了金屬粉末的高速壓制過(guò)程，并對比了不同壓制狀態(tài)下的力鏈的