1114 工程科学学报，第37卷，第9期 而确定在不同放矿阶段不同因素对其影响程度.实验 采用极差分析法，以各因素的放出体宽高比在三水平 下的极差作为判断各因素敏感性的标准.如图5所 示，在放矿量达到140t即散体颗粒总质量的约5.4% 之前，放矿口尺寸对放出体形态影响最大，其次为摩擦 系数，颗粒形状对其影响最小：当放矿量超过140t后， 颗粒形状对放出体形态影响最大，其次为放矿口尺寸 和摩擦系数 表3四种因素显著性分析结果 Table 3 Significant analysis results of 4 factors 放矿量： 颗粒形状颗粒尺寸 摩擦系数放矿口尺寸 20 显著 不显著 显著 显著 50 显著 不显著 显著 显著 80 显著 显著 显著 显著 140 显著 不显著 显著 显著 200 显著 不显著 显著 显著 300 显著 不显著 显著 显著 400 显著 不显著 显著 显著 500 显著 不显著 显著 图3九组实验放出体形态.(a)1；(b)2:(c)3:(d)4: 显著 (e)5:(06:(g)7:(h)8:(i)9 2.4模型适宜性与可靠性分析 Fig.3 Nine experimental forms of the isolated extraction zone:(a) 1:(b)2:(c)3:(d)4*:(e)5*:(06:(g)7:(h)8*: Castro等以砾石为介质开展了迄今为止规模最 (i)9# 大的崩落法采矿中矿岩流动特性的三维物理放矿实验 研究，其模型主体结构尺寸为2.5m×3.5m×3.3m 困难.具体而言，当即时放矿量相同时，放出体宽高比 (长×宽×高).该物理实验通过放出标志颗粒在初始 随着颗粒形状不规则的程度增加而减小，表明颗粒形 平衡时的不同位置确定放出体的高度、最大宽度等信 状越不规则放矿越困难，如图4(a)所示；颗粒尺寸在 息，其模型结构及标志颗粒如图6和图7所示.Castro 所研究的取值范围即放矿口尺寸与颗粒尺寸比值在 等通过大型物理放矿实验研究，认为放出体高度 5~11倍范围内对放出体的形态无明显影响，如 (hz)与累计放矿量(m)之间满足以下方程： 图4(b)所示；当即时放矿量相同时，放出体宽高比随 hz(m）=h,(1-e）+cm (1) 摩擦系数的增加而减小，表明颗粒摩擦系数越大放矿 式中，方程系数h。m,及c均为常数：h。和m分别表示 越困难，如图4（℃）所示：当即时放矿量相同时，放出体 随着放矿量的增加，在放出体高度呈指数形式增加的 宽高比随放矿口尺寸的增加而增加，表明放矿口尺寸 阶段结束时放出体高度和质量：c表示放出体高度呈 越大放矿越顺利如图4(d)所示 线性增加阶段的线性增长率. 2.2显著性分析 为进行模型适宜性及可靠性分析，在本模拟实验 本次实验采用方差分析法四以包括重复实验在 中，统计每次实验中达到所设八个放矿量时的放出体 内的两次实验数据的平均值作为分析数据，以95%作 高度，基于Levenberg-Marquardt算法对放出体高度与 为置信概率，对4种因素的相应数据进行显著性检验， 放矿量的关系进行非线性拟合，拟合方程为式(1)，系 分析结果见表3. 数拟合结果见表4（表中各拟合系数右侧括号内的数 如表3所示，在所研究的取值范围内，颗粒形状、 据为相应拟合系数的误差值). 摩擦系数及放矿口尺寸三种因素对放出体形态影响显 表4中各实验的拟合优度R值接近于1，表明 著，而颗粒尺寸对放出体形态无显著影响.显著性分 式(1)对实验观测数据高度拟合，说明实验构建模型 析结果与图4分析结果一致. 能够反映放矿实际情况，即验证了基于P℉C3"程序的 2.3敏感性分析 放矿模型在放出体流动特性影响因素研究中的适宜性 在对上述四种因素进行显著性分析的基础上，分 与可靠性.以4实验为例，图8为放出体高度理论曲 析显著影响放出体形态的三种因素的敏感性大小，从 线与4实验数据对比.工程科学学报，第 37 卷，第 9 期 图 3 九组实验放出体形态． ( a) 1# ; ( b) 2# ; ( c) 3# ; ( d) 4# ; ( e) 5# ; ( f) 6# ; ( g) 7# ; ( h) 8# ; ( i) 9# Fig． 3 Nine experimental forms of the isolated extraction zone: ( a) 1# ; ( b) 2# ; ( c) 3# ; ( d) 4# ; ( e) 5# ; ( f) 6# ; ( g) 7# ; ( h) 8# ; ( i) 9# 困难． 具体而言，当即时放矿量相同时，放出体宽高比 随着颗粒形状不规则的程度增加而减小，表明颗粒形 状越不规则放矿越困难，如图 4( a) 所示; 颗粒尺寸在 所研究的取值范围即放矿口尺寸与颗粒尺寸比值在 5 ～ 11 倍 范 围 内 对 放 出 体 的 形 态 无 明 显 影 响，如 图 4( b) 所示; 当即时放矿量相同时，放出体宽高比随 摩擦系数的增加而减小，表明颗粒摩擦系数越大放矿 越困难，如图 4( c) 所示; 当即时放矿量相同时，放出体 宽高比随放矿口尺寸的增加而增加，表明放矿口尺寸 越大放矿越顺利如图 4( d) 所示． 2. 2 显著性分析 本次实验采用方差分析法［23］以包括重复实验在 内的两次实验数据的平均值作为分析数据，以 95% 作 为置信概率，对 4 种因素的相应数据进行显著性检验， 分析结果见表 3． 如表 3 所示，在所研究的取值范围内，颗粒形状、 摩擦系数及放矿口尺寸三种因素对放出体形态影响显 著，而颗粒尺寸对放出体形态无显著影响． 显著性分 析结果与图 4 分析结果一致． 2. 3 敏感性分析 在对上述四种因素进行显著性分析的基础上，分 析显著影响放出体形态的三种因素的敏感性大小，从 而确定在不同放矿阶段不同因素对其影响程度． 实验 采用极差分析法，以各因素的放出体宽高比在三水平 下的极差作为判断各因素敏感性的标准． 如图 5 所 示，在放矿量达到 140 t 即散体颗粒总质量的约 5. 4% 之前，放矿口尺寸对放出体形态影响最大，其次为摩擦 系数，颗粒形状对其影响最小; 当放矿量超过 140 t 后， 颗粒形状对放出体形态影响最大，其次为放矿口尺寸 和摩擦系数． 表 3 四种因素显著性分析结果 Table 3 Significant analysis results of 4 factors 放矿量/t 颗粒形状 颗粒尺寸 摩擦系数 放矿口尺寸 20 显著 不显著 显著 显著 50 显著 不显著 显著 显著 80 显著 显著 显著 显著 140 显著 不显著 显著 显著 200 显著 不显著 显著 显著 300 显著 不显著 显著 显著 400 显著 不显著 显著 显著 500 显著 不显著 显著 显著 2. 4 模型适宜性与可靠性分析 Castro 等［24］以砾石为介质开展了迄今为止规模最 大的崩落法采矿中矿岩流动特性的三维物理放矿实验 研究，其模型主体结构尺寸为 2. 5 m × 3. 5 m × 3. 3 m ( 长 × 宽 × 高) ． 该物理实验通过放出标志颗粒在初始 平衡时的不同位置确定放出体的高度、最大宽度等信 息，其模型结构及标志颗粒如图 6 和图 7 所示． Castro 等通过 大 型 物 理 放 矿 实 验 研 究，认 为 放 出 体 高 度 ( hIEZ ) 与累计放矿量( m) 之间满足以下方程: hIEZ ( m) = h0 ( 1 － e － m/mh ) + cm． ( 1) 式中，方程系数 h0、mh及 c 均为常数; h0和 mh分别表示 随着放矿量的增加，在放出体高度呈指数形式增加的 阶段结束时放出体高度和质量; c 表示放出体高度呈 线性增加阶段的线性增长率． 为进行模型适宜性及可靠性分析，在本模拟实验 中，统计每次实验中达到所设八个放矿量时的放出体 高度，基于 Levenberg-Marquardt 算法对放出体高度与 放矿量的关系进行非线性拟合，拟合方程为式( 1) ，系 数拟合结果见表 4 ( 表中各拟合系数右侧括号内的数 据为相应拟合系数的误差值) ． 表 4 中各实验的拟合优度 Ｒ2 值接近于 1，表明 式( 1) 对实验观测数据高度拟合，说明实验构建模型 能够反映放矿实际情况，即验证了基于 PFC3D 程序的 放矿模型在放出体流动特性影响因素研究中的适宜性 与可靠性． 以 4# 实验为例，图 8 为放出体高度理论曲 线与 4# 实验数据对比． ·1114·