·1252· 工程科学学报，第37卷，第10期 放矿口间距等采场结构参数设计，从而影响损失率、贫 1 数值试验实现过程 化率等矿石回收指标.在采用崩落法采矿的大型矿山 生产实践中，一般采用多放矿口放矿，因此多放矿口条 1.1单分段放矿试验设计 件下崩落矿岩流动特性一直是放矿领域研究的重点 崩落矿岩的流动特性是指崩落矿岩散体颗粒的流 之一- 动规律，具体内涵包括不同颗粒性质、边界条件、采场 目前，放矿理论主要有椭球体放矿理论B网、随机 结构尺寸、放矿方式等因素对放出体形态、松动体形 介质放矿理论5以及基于Bergmark-Roos方程切的 态、残留体形态及位置、崩落矿岩接触面移动规律等的 放矿理论三种，这些理论大多描述单一放矿口条件下 不同影响，从而导致对矿石贫损指标的不同影响.一 崩落矿岩流动特性.而Melo等s在二维及三维条件 般而言，多放矿口条件下，放出体和残留体的形态与位 下建立了多放矿口运动学模型，但其推导的颗粒移动 置、崩落矿岩接触面的移动规律以及放矿过程中发生 迹线方程为非线性微分方程，难以确定解析解且结论 的损失与贫化，与采场的结构参数及放矿方式密切 直观性不佳. 相关回 多放矿口条件下的物理放矿试验对放矿研究极 为研究多放矿口条件下崩落矿岩的流动特性， 为关键.目前，国内外学者已进行大量多放矿口物理 在众多采场构成要素中，本文考虑的易于矿山调整 放矿试验研究.例如：任凤玉@和吴俊俊四通过多 的主要结构参数为放矿口尺寸、放矿口间距及崩落 漏孔放矿相似模拟试验对散体放出规律进行研究， 矿石层高度，主要放矿方式为平面放矿及立面放矿. 从试验中了解了漏孔对放矿的影响及相邻漏孔之间 图1为多放矿口条件下放矿的主要参量.如图1所 的影响情况.上述研究对矿山采场结构的参数设计 示，心z和w分别表示放出体及松动体的宽度，h 及矿山经济效益的提高具有重要意义.Laubscher四 和hz分别表示放出体及松动体的高度，D、L和H分 通过以砂粒为介质的物理放矿试验研究建立了获得 别表示放矿口尺寸、放矿口间距及崩落矿石层高度， 长期而广泛认可的放矿相互作用理论，得出在多放 原先位于同一水平层面的散体移动后形成的漏斗状 矿口同时放矿的条件下，各放矿口间距尽量不要超 凹坑为放出漏斗，而残留在放矿口之间的矿石为矿 过松动体(isolated movement zone,IMZ)最大宽度的 石残留. 1.5倍。Castro圆依据以砾石为介质的大规模三维物 理放矿试验研究，发现放矿口间距大于松动体最大 松动体 宽度时各松动体之间不会发生明显的相互作用.上 述物理放矿试验研究成果不仅为此后放矿理论研究 提供了宝贵的试验数据，更极大地影响和推动了放 放出漏斗 脊部残留 矿领域研究工作的发展. 放出体 放矿数值模拟技术的应用也愈来愈广泛4-.基 于有限单元法(FEM)、离散单元法(DEM)、元胞自动 17 机理论(CA)、流体力学(FM)等方法和理论的放矿模 型或软件都得到了不同程度的使用和发展.其中，离 散单元法是以牛顿第二运动定律为基础建立颗粒运动 D 与引起运动的力这两者之间的关系a.两个或更多 图1多放矿口条件下放矿的主要参量 颗粒之间通过接触点或接触面上的法向及切向力而产 Fig.1 Major parameters of draw in the multiple draw-point condition 生相互作用.基于离散元理论的PFC（particle flow code)软件进行放矿试验及放矿方案选择方便灵活且 针对上述三种影响因素，对放出体高度设计三因 具有反复试验的功能，能够从细观角度对崩落矿岩这 素三水平的9组正交模拟试验，且每组试验分为各放 一散体材料的移动规律进行本质性的分析和描 矿口同时放矿即平面放矿与依次放矿即立面放矿两 述一，直观地表明矿石移动、回收与残留以及岩石 种，因此共进行18(9×2)组模拟试验. 混入过程.因此，本文借助基于颗粒元理论的PFCD程 每次模拟试验分别记录如40、200、400,8001等不 序，构建多放矿口模型探究放出体(isolated extraction 同放矿量时的放出体高度h·此外，本次正交模拟试 zone,EZ)）与残留体的形态和位置，崩落矿岩接触面 验采用低贫化放矿方式-0.为降低偶然性，当每个 移动规律以及采场结构参数、放矿方式等因素对崩落 放矿口放出五个废石颗粒即停止放矿.正交试验参数 矿岩流动特性及矿石损失率的影响. 设计见表1.工程科学学报，第 37 卷，第 10 期 放矿口间距等采场结构参数设计，从而影响损失率、贫 化率等矿石回收指标． 在采用崩落法采矿的大型矿山 生产实践中，一般采用多放矿口放矿，因此多放矿口条 件下崩落矿岩流动特性一直是放矿领域研究的重点 之一［1--2］． 目前，放矿理论主要有椭球体放矿理论［3--4］、随机 介质放矿理论［5--6］以及基于 Bergmark--Ｒoos 方程［7］的 放矿理论三种，这些理论大多描述单一放矿口条件下 崩落矿岩流动特性． 而 Melo 等［8--9］在二维及三维条件 下建立了多放矿口运动学模型，但其推导的颗粒移动 迹线方程为非线性微分方程，难以确定解析解且结论 直观性不佳． 多放矿口条件下的物理放矿试验对放矿研究极 为关键． 目前，国内外学者已进行大量多放矿口物理 放矿试验研究． 例如: 任凤玉［10］和吴俊俊［11］通过多 漏孔放矿相似模拟试验对散体放出规律进行研究， 从试验中了解了漏孔对放矿的影响及相邻漏孔之间 的影响情况． 上述研究对矿山采场结构的参数设计 及矿山经济效益的提高具有重要意义． Laubscher ［12］ 通过以砂粒为介质的物理放矿试验研究建立了获得 长期而广泛认可的放矿相互作用理论，得出在多放 矿口同时放矿的条件下，各放矿口间距尽量不要超 过松动体( isolated movement zone，IMZ) 最大宽度的 1. 5 倍． Castro ［13］依据以砾石为介质的大规模三维物 理放矿试验研究，发现放矿口间距大于松动体最大 宽度时各松动体之间不会发生明显的相互作用． 上 述物理放矿试验研究成果不仅为此后放矿理论研究 提供了宝贵的试验数据，更极大地影响和推动了放 矿领域研究工作的发展． 放矿数值模拟技术的应用也愈来愈广泛［14--15］． 基 于有限单元法( FEM) 、离散单元法( DEM) 、元胞自动 机理论( CA) 、流体力学( FM) 等方法和理论的放矿模 型或软件都得到了不同程度的使用和发展． 其中，离 散单元法是以牛顿第二运动定律为基础建立颗粒运动 与引起运动的力这两者之间的关系［16］． 两个或更多 颗粒之间通过接触点或接触面上的法向及切向力而产 生相互 作 用． 基 于 离 散 元 理 论 的 PFC ( particle flow code) 软件进行放矿试验及放矿方案选择方便灵活且 具有反复试验的功能，能够从细观角度对崩落矿岩这 一散 体 材 料 的 移 动 规 律 进 行 本 质 性的分析和描 述［17--18］，直观地表明矿石移动、回收与残留以及岩石 混入过程． 因此，本文借助基于颗粒元理论的 PFC3D 程 序，构建多放矿口模型探究放出体 ( isolated extraction zone，IEZ) 与残留体的形态和位置，崩落矿岩接触面 移动规律以及采场结构参数、放矿方式等因素对崩落 矿岩流动特性及矿石损失率的影响． 1 数值试验实现过程 1. 1 单分段放矿试验设计 崩落矿岩的流动特性是指崩落矿岩散体颗粒的流 动规律，具体内涵包括不同颗粒性质、边界条件、采场 结构尺寸、放矿方式等因素对放出体形态、松动体形 态、残留体形态及位置、崩落矿岩接触面移动规律等的 不同影响，从而导致对矿石贫损指标的不同影响． 一 般而言，多放矿口条件下，放出体和残留体的形态与位 置、崩落矿岩接触面的移动规律以及放矿过程中发生 的损失与贫化，与采场的结构参数及放矿方式密切 相关［3］． 为研究多放矿口条件下崩落矿岩的流动特性， 在众多采场构成要素中，本文考虑的易于矿山调整 的主要结构参数为放矿口尺寸、放矿口间距及崩落 矿石层高度，主要放矿方式为平面放矿及立面放矿． 图 1 为多放矿口条件下放矿的主要参量． 如图 1 所 示，wIEZ和 wIMZ分别表示放出体及松动体的宽度，hIEZ 和 hIMZ分别表示放出体及松动体的高度，D、L 和 H 分 别表示放矿口尺寸、放矿口间距及崩落矿石层高度， 原先位于同一水平层面的散体移动后形成的漏斗状 凹坑为放出漏斗，而残留在放矿口之间的矿石为矿 石残留． 图 1 多放矿口条件下放矿的主要参量 Fig． 1 Major parameters of draw in the multiple draw-point condition 针对上述三种影响因素，对放出体高度设计三因 素三水平的 9 组正交模拟试验，且每组试验分为各放 矿口同时放矿即平面放矿与依次放矿即立面放矿两 种，因此共进行 18 ( 9 × 2) 组模拟试验． 每次模拟试验分别记录如 40、200、400、800 t 等不 同放矿量时的放出体高度 hIEZ ． 此外，本次正交模拟试 验采用低贫化放矿方式［19--21］． 为降低偶然性，当每个 放矿口放出五个废石颗粒即停止放矿． 正交试验参数 设计见表 1． ·1252·