溜井中物料运动特征及其对井壁的损伤演化机理

In the duration of metal mineral resources development at home and abroad, the deformation and failure of the orepass wall, caused by the complex engineering geological environment and the using environment of the orepass, has become one of the technical problems of the serious impact on the normal production of the mine and caused significant economic losses. Until to now, the research findings on the movement characteristics, the mechanical feature of movement of ore and rock in the orepass, and the damage evolution and evolution mechanism of the orepass wall, cannot yet solve the problem of deformation failure of orepass wall fundamentally. Intending to use theoretical analysis, physical simulation experiment combined with wireless positioning electronic label tracer technology and discrete element numerical simulation analysis method, Comprehensive use of kinematical mechanics, impact dynamics, damage theory and ore drawing theory, et al, this research project will study on the characteristics of motion and moving of the ore and rock in orepass, the property of lateral pressure acting on the orepass lining issued from the granular materials; study on the mechanism of impact shear and friction damage of the ore and rock acting on the orepass wall. Also, the research will set up a theoretical model for damage and failure of the orepass wall under the action of impact and shear stress, a theoretical model for damage and failure of the wall of ore bin under the action of friction. It will acquire the relationship among the height of the orepass, the motion feature of ore or rock and the deformation and destruction characteristics of the orepass wall acted by the impact and shear stress, the relationship among the height of the ore storage in the ore bin, the moving velocity of the ore or rock and the friction damage characteristics of the orepass wall. The research findings can enrich and advance the orepass theory and provide scientific basis for the design, reinforcement, use and maintenance of orepass system.

国内外金属矿产资开发过程中，复杂的工程地质环境和使用环境所导致溜井井壁变形失稳破坏，已成为严重影响矿山正常生产和造成重大经济损失的技术难题之一。目前对溜井中物料的运动特征、运动力学特性及其对井壁的损伤机理与演化过程的研究成果，尚不能从根本上解决井壁的变形失稳破坏问题。本项目拟采用理论分析、物理模拟实验和离散元数值模拟等方法，结合无线定位电子标签示踪技术，综合运用运动力学、冲击动力学、损伤力学、损伤理论和放矿理论等，系统研究矿岩在溜井中的运动特征与移动规律、散体物料对井壁的侧压力作用特征；研究矿岩对井壁的冲击剪切和磨擦损伤机理，构建井壁受冲击、剪切和摩擦作用下的损伤破坏模型，以获得溜矿段高度、矿岩运动特征和井壁冲击剪切作用下的变形破坏特征之间的关系，以及溜井中贮矿高度、矿岩移动规律和井壁磨损特征之间的关系。研究成果可丰富和完善溜井放矿理论，为溜井的设计、加固与使用维护提供科学依据。

溜井是金属矿山多阶段运输中实现矿岩高效低成本下向运输的关键工程，溜井堵塞与井壁变形破坏是国内外矿山溜井工程应用中频发的突出问题。项目以溜井中物料的运动特征与规律为主线，通过理论研究、实验研究和数值模拟等，对溜井堵塞与井壁变形破坏的影响因素与特征、机理与规律进行研究，取得了以下创新性成果：.1、弄清了矿岩在溜井溜矿段中的运动规律，查明了影响矿岩运动规律及其与井壁产生碰撞的因素，建立了矿岩块的运动轨迹方程及其冲击井壁的冲击范围计算模型，揭示了矿岩块冲击井壁必需满足的基本条件与规律，为从溜井结构设计和矿山生产管理角度，解决因矿岩冲击引起的井壁变形破坏问题提供了科学的理论依据。.2、弄清了溜矿段中矿岩运动过程中的能量演化过程与耗散特征，揭示了井壁产生变形破坏的力学机制，并建立了井壁破坏类型的矿岩冲击角评判标准，以及冲击切削作用下井壁体积损失量的计算方法。为定量分析井壁破坏方式和程度提供了有效方法。.3、研发了一种模拟斜冲击的实验装置与方法，并通过对砂岩试件的斜冲击试验和数值模拟分析，发现了斜冲击下试件的损伤演化过程及特征、裂纹扩展规律，揭示了试件的应变演化、能量耗散特征与损伤机理，以及冲击角度对它们的影响规律。为斜冲击问题研究提供了新方法。.4、发现并阐明了矿岩颗粒及其与井壁间的点、线、面三种不同接触方式对井内储料空隙率的影响和在散体变形压力传递中所起的重要作用。.5、弄清了井内储料在卸矿冲击和重力压实作用下的空隙率变化特征，及其对储料流动性和井壁侧压力的影响，揭示了空隙率随时间和储矿高度变化的特征及其机理，并建立了空隙率随储矿高度变化的关系模型。.6、揭示了重力压实下井壁侧压力的演化特征及其机理；发现了Janssen 公式在计算井壁侧压力方面存在缺陷。.7、弄清了矿岩散体在溜井储矿段内的运移规律及其影响因素，建立了矿岩运移速度、位移和轨迹的预测模型，并对其进行了可靠性分析验证结果表明预测模型有较高的可靠性。