孙浩等：崩落法采矿中放出体流动特性的影响因素 ·1113· 表1放出体四因素三水平正交试验参数设计 Table 1 Parameter design of the 4-factor and 3-evel orthogonal experiment 实验编号 颗粒形状 颗粒直径/m 摩擦系数 放矿口尺寸/(m×m) 1# 1.0(100%) 0.35 0.20 2.5×2.5 2* 1.0(100%) 0.40 0.50 3.0×3.0 3# 1.0(100%) 0.50 0.80 4.0×4.0 w 1.0(60%),1.5(40%) 0.35 0.50 4.0×4.0 5 1.0(60%),1.5(40%) 0.40 0.80 2.5×2.5 6 1.0(60%),1.5(40%) 0.50 0.20 3.0×3.0 7% 1.0(30%),1.5(70%) 0.35 0.80 3.0×3.0 g 1.0(30%),1.5(70%) 0.40 0.20 4.0×4.0 1.0(30%),1.5(70%) 0.50 0.50 2.5x2.5 1.2模型构建 地描述放出体的位置并计算放出体高度和最大宽度 综合考虑矿山放矿现状及计算机处理能力，数值 等信息. 实验放矿模型尺寸设为12m×10m×15m(长×宽× 高)，孔隙率为0.50，圆形颗粒半径为R=0.175~ 0.25m,非圆形颗粒（长短轴比为1.5）由P℉C知u中的 CLUMP命令生成，其体积与圆形颗粒体积相同.颗粒 黏结采用无黏结模型，颗粒生成采用半径扩大法.每 个颗粒均有各自的编号，即D号.设置若干球形区域 监测相关物理量的变化.图2为模型墙体结构.在删 除图2中代表放矿口的8号正方形底墙后，散体颗粒 将从放矿口不断向下放出，放矿过程随之开始.采用 的墙体及颗粒细观力学参数见表2. 通过编译程序记录模型达到初始平衡状态时每个 颗粒的坐标值及达到不同放矿量时放出颗粒的D号， 结合上述信息即可反演每个放出颗粒在初始平衡时 的位置，这部分颗粒所形成的区域即为放出体.通过 图2模型墙体结构 Fig.2 Wall structure of the model 上述程序可以实现放出体形态的可视化，真实直观 表2墙体及颗粒细观力学参数 Table 2 Meso-mechanical parameters of the walls and particles 墙体 颗粒 法向刚度/(Nm) 切向刚度/(Nm1) 摩擦系数 法向刚度/(N·m1)切向刚度/(Nm1)颗粒密度/(kgm3) 1×109 1×109 0.50 1×103 1×108 2880 2 计算结果分析 留有不排入因素的空列或进行一次重复实验四.本 实验借助PFCD中的SET RANDOM命令调整随机 为研究上述四种因素对放出体形态和放出难易程 数的方式进行一次重复实验，分析研究不同因素对放 度的影响，以及这四种因素对放出体形态和放出难易 出体宽高比r=心z/hz的影响. 程度影响的显著性及其敏感性，验证基于P℉C”程序 2.1影响因素分析 的放矿模型在放出体流动特性影响因素研究中的适宜 图4为颗粒形状、颗粒尺寸、摩擦系数及放矿口尺 性与可靠性，在对放出体形态拟合的基础上运用统计 寸四种因素对放出体宽高比与放矿量关系的影响.如 学知识对数据进行分析处理.图3为九组实验中即时 图所示，放出体的宽高比随放矿量增加均逐渐减小，即 放矿量达到500t时的所得放出体形态. 放出体越来越“细长”，表明随放矿量增加，散体侧向 设计四因素三水平正交试验，为进行方差分析，需 所受切向力逐渐增大，其流动性趣来越差，放矿越来越孙 浩等: 崩落法采矿中放出体流动特性的影响因素 表 1 放出体四因素三水平正交试验参数设计 Table 1 Parameter design of the 4-factor and 3-level orthogonal experiment 实验编号 颗粒形状 颗粒直径/m 摩擦系数 放矿口尺寸/( m × m) 1# 1. 0 ( 100% ) 0. 35 0. 20 2. 5 × 2. 5 2# 1. 0 ( 100% ) 0. 40 0. 50 3. 0 × 3. 0 3# 1. 0 ( 100% ) 0. 50 0. 80 4. 0 × 4. 0 4# 1. 0 ( 60% ) ，1. 5 ( 40% ) 0. 35 0. 50 4. 0 × 4. 0 5# 1. 0 ( 60% ) ，1. 5 ( 40% ) 0. 40 0. 80 2. 5 × 2. 5 6# 1. 0 ( 60% ) ，1. 5 ( 40% ) 0. 50 0. 20 3. 0 × 3. 0 7# 1. 0 ( 30% ) ，1. 5 ( 70% ) 0. 35 0. 80 3. 0 × 3. 0 8# 1. 0 ( 30% ) ，1. 5 ( 70% ) 0. 40 0. 20 4. 0 × 4. 0 9# 1. 0 ( 30% ) ，1. 5 ( 70% ) 0. 50 0. 50 2. 5 × 2. 5 1. 2 模型构建 综合考虑矿山放矿现状及计算机处理能力，数值 实验放矿模型尺寸设为 12 m × 10 m × 15 m( 长 × 宽 × 高) ，孔 隙 率 为 0. 50，圆 形 颗 粒 半 径 为 Ｒ = 0. 175 ～ 0. 25 m，非圆形颗粒( 长短轴比为 1. 5) 由 PFC3D［21］中的 CLUMP 命令生成，其体积与圆形颗粒体积相同． 颗粒 黏结采用无黏结模型，颗粒生成采用半径扩大法． 每 个颗粒均有各自的编号，即 ID 号． 设置若干球形区域 监测相关物理量的变化． 图 2 为模型墙体结构． 在删 除图 2 中代表放矿口的 8 号正方形底墙后，散体颗粒 将从放矿口不断向下放出，放矿过程随之开始． 采用 的墙体及颗粒细观力学参数见表 2． 通过编译程序记录模型达到初始平衡状态时每个 颗粒的坐标值及达到不同放矿量时放出颗粒的 ID 号， 结合上述信息即可反演每个放出颗粒在初始平衡时 的位置，这部分颗粒所形成的区域即为放出体． 通过 上述程序可以实现放出体形态的可视化，真实直观 地描述放出体的位置并计算放出体高度和最大宽度 等信息． 图 2 模型墙体结构 Fig． 2 Wall structure of the model 表 2 墙体及颗粒细观力学参数 Table 2 Meso-mechanical parameters of the walls and particles 墙体 颗粒 法向刚度/( N·m － 1 ) 切向刚度/( N·m － 1 ) 摩擦系数 法向刚度/( N·m － 1 ) 切向刚度/( N·m － 1 ) 颗粒密度/( kg·m － 3 ) 1 × 109 1 × 109 0. 50 1 × 108 1 × 108 2880 2 计算结果分析 为研究上述四种因素对放出体形态和放出难易程 度的影响，以及这四种因素对放出体形态和放出难易 程度影响的显著性及其敏感性，验证基于 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，在对放出体形态拟合的基础上运用统计 学知识对数据进行分析处理． 图 3 为九组实验中即时 放矿量达到 500 t 时的所得放出体形态． 设计四因素三水平正交试验，为进行方差分析，需 留有不排入因素的空列或进行一次重复实验［22］． 本 实验借助 PFC3D［21］中的 SET ＲANDOM 命令调整随机 数的方式进行一次重复实验，分析研究不同因素对放 出体宽高比 r = wIEZ /hIEZ的影响． 2. 1 影响因素分析 图 4 为颗粒形状、颗粒尺寸、摩擦系数及放矿口尺 寸四种因素对放出体宽高比与放矿量关系的影响． 如 图所示，放出体的宽高比随放矿量增加均逐渐减小，即 放出体越来越“细长”，表明随放矿量增加，散体侧向 所受切向力逐渐增大，其流动性越来越差，放矿越来越 ·1113·