李涛等：基于离散元理论的自然崩落法放矿细颗粒渗移过程研究 *1511· 为放矿几何模型.为便于观察放矿过程中矿岩的运移 2模拟结果及讨论 情况，特在图1(b)中将矿石以不同颜色分层区分：红 色颗粒为废石层，高度为10m,内含废石细颗粒；其下 2.1颗粒数量比影响 部为矿石，每层高度在4.5m左右.颗粒间的接触模型 根据美国材料与试验协会(American Society for 为Hertz--Mindlin模型，其中矿石与废石颗粒的材料特 Testing and Materials,ASTM)对粗细颗粒的粒径分 性及细观力学参数见表2. 类标准，相对于单向尺寸大于1m的岩石，小于0.02m 表1放矿模型几何参数 的块体可视为细颗粒.为充分考虑粗细颗粒数量比 Table 1 Geometric parameters of the ore drawing model n=n。/nr(n和n,分别为粗细颗粒数量)对细颗粒渗移 高 宽， 厚， 放矿口长， 运动的影响，在细颗粒直径为0.02m的情况下，分别 倾角， 参数 H/m W/m T/m Wo/m 8/() 取数量比n为0.5：1、1：1及1.5：1.当放矿口处出现废 石层细颗粒，即放矿出现贫化时，三组模型内的矿石放 数值 38 19.25 4 58 出情况见图2. 表2颗粒材料属性 Table 2 Material properties of particles 颗粒 密度，p/(kgm)泊松比，p 剪切模量，G/MPa摩擦系数，4法向刚度，kw/(N·m1) 切向刚度，ks/(Nm1) 矿石 2760 0.25 50 0.25 1×108 1×103 废石 2700 0.27 0.25 1×108 1×10 EDEM EDEM EDEM (a) (b) (e) 图2不同数量比n时初始放矿贫化状态.(a)n=0.5:(b)n=1:(c)m=1.5 Fig.2 Initial ore drawing dilution states at different amount ratios n:(a)n=0.5;(b)n=1:(c)n =1.5 图3为粗细颗粒数量比分别为0.5：1、1：1和1.5：1 量比n=1,细颗粒直径为0.02m,粗细颗粒直径比 的情况下，矿岩放出质量分数与细颗粒放出质量分 中，=d./d,(d和d,分别为粗、细颗粒直径)分别取50、 数之间的关系曲线.通过曲线可知，初始放矿贫化时 70及90进行模拟，达到初始放矿贫化时的状态见 矿岩放出量分别占模型内矿岩总量的43%、57%及 图4. 66%.结合图2可得出，随着粗细颗粒数量比不断 图5为不同直径比时矿岩放出质量分数与细颗粒 增大，即模型内废石细颗粒相对含量不断减少，出现 放出质量分数关系曲线.根据曲线可知，在直径比中 初始放矿贫化时已放出矿岩量不断增大 分别为50、70及90的情况下，出现放矿贫化时已放出 2.2颗粒直径比影响 的矿岩量分别占矿岩总量的57%、53%及44%，即随 矿石的破碎程度对放矿影响很大，崩落的矿块过 着直径比中的不断增大，细颗粒的渗移作用越来越明 大或过小均会造成矿石的损失贫化.为讨论矿石崩落 显，从而越来越容易引起放矿提前贫化 快度对废石层细颗粒渗移运动的影响，取粗细颗粒数李 涛等: 基于离散元理论的自然崩落法放矿细颗粒渗移过程研究 为放矿几何模型． 为便于观察放矿过程中矿岩的运移 情况，特在图 1( b) 中将矿石以不同颜色分层区分: 红 色颗粒为废石层，高度为 10 m，内含废石细颗粒; 其下 部为矿石，每层高度在 4. 5 m 左右． 颗粒间的接触模型 为 Hertz--Mindlin 模型，其中矿石与废石颗粒的材料特 性及细观力学参数见表 2． 表 1 放矿模型几何参数 Table 1 Geometric parameters of the ore drawing model 参数 高， H/m 宽， W/m 厚， T /m 放矿口长， W0 /m 倾角， θ /( °) 数值 38 19. 25 4 4 58 2 模拟结果及讨论 2. 1 颗粒数量比影响 根据美 国 材 料 与 试 验 协 会( American Society for Testing and Materials，ASTM) ［15］对粗细颗粒的粒径分 类标准，相对于单向尺寸大于 1 m 的岩石，小于 0. 02 m 的块体可视为细颗粒． 为充分考虑粗细颗粒数量比 n = nc /nf ( nc和 nf分别为粗细颗粒数量) 对细颗粒渗移 运动的影响，在细颗粒直径为 0. 02 m 的情况下，分别 取数量比 n 为 0. 5∶ 1、1∶ 1及 1. 5∶ 1． 当放矿口处出现废 石层细颗粒，即放矿出现贫化时，三组模型内的矿石放 出情况见图 2． 表 2 颗粒材料属性 Table 2 Material properties of particles 颗粒 密度，ρ /( kg·m3 ) 泊松比，ν 剪切模量，G/MPa 摩擦系数，μ 法向刚度，kN /( N·m － 1 ) 切向刚度，kS /( N·m － 1 ) 矿石 2760 0. 25 50 0. 25 1 × 108 1 × 108 废石 2700 0. 27 48 0. 25 1 × 108 1 × 108 图 2 不同数量比 n 时初始放矿贫化状态． ( a) n = 0. 5; ( b) n = 1; ( c) n = 1. 5 Fig． 2 Initial ore drawing dilution states at different amount ratios n: ( a) n = 0. 5; ( b) n = 1; ( c) n = 1. 5 图 3 为粗细颗粒数量比分别为 0. 5∶ 1、1∶ 1和 1. 5∶ 1 的情况下，矿岩放出质量分数与细颗粒放出质量分 数之间的关系曲线． 通过曲线可知，初始放矿贫化时 矿岩放出量分别占模型内矿岩总量的 43% 、57% 及 66% ． 结合图 2 可得出，随着粗细颗粒数量比 n 不断 增大，即模型内废石细颗粒相对含量不断减少，出现 初始放矿贫化时已放出矿岩量不断增大． 2. 2 颗粒直径比影响 矿石的破碎程度对放矿影响很大，崩落的矿块过 大或过小均会造成矿石的损失贫化． 为讨论矿石崩落 块度对废石层细颗粒渗移运动的影响，取粗细颗粒数 量比 n = 1，细颗粒直径为 0. 02 m，粗细颗 粒 直 径 比 Φd = dc /df ( dc和 df分别为粗、细颗粒直径) 分别取 50、 70 及 90 进 行 模 拟，达到初始放矿贫化时的状态见 图 4． 图 5 为不同直径比时矿岩放出质量分数与细颗粒 放出质量分数关系曲线． 根据曲线可知，在直径比 Φd 分别为 50、70 及 90 的情况下，出现放矿贫化时已放出 的矿岩量分别占矿岩总量的 57% 、53% 及 44% ，即随 着直径比 Φd的不断增大，细颗粒的渗移作用越来越明 显，从而越来越容易引起放矿提前贫化． ·1511·