·896· 工程科学学报，第38卷，第7期 120 有部分指数性质 5空腔形态演化规律 100 .拟合曲线 5.1空腔形成机理 80 空腔形成是由于隔离层下沉速率滞后于隔离层下 60 方矿石速率，且充填废石的载荷不足以使隔离层下沉 而与下方矿石充分接触，从而易致使隔离层在最低点 放山体曲线 40 位置出现隔离层与下方矿石分离 放矿时隔离层流动速率滞后于隔离层下方矿石流 20 动速率，空腔形成的起始位置可用速度场进行解释，现 作如下假设： 20 40 (1)视降落漏斗母线与隔离层最初水平线交点为 rlem 假想颗粒： 图4放矿终止时右侧放出体曲线与拟合曲线对比 (2)视隔离层起始运动阶段对散体移动规律不产 Fig.4 Comparison between the right curve of the draw ore body and 生影响，仍为矿废直接接触模型： the fitting curve at the end of ore drawing (3)矿石最高层位移动后散体移动为无膨胀散 4松动体形态演化规律 体，各点密度保持不变： (4)不考虑充填废石冲击荷载作用 试验中矿石从漏斗中放出，只有靠近漏斗部分矿 根据随机介质放矿理论无膨胀散体移动流轴上速 石参与运动.矿石运动范围可以通过试验模型看出. 度方程5-，可将模型中流轴速度表示为 透过PC板记录出现松动的标记颗粒，在绘图板上绘 制出标记颗粒位置，将标记颗粒光滑连接，连接范围内 -9 TBH (4) 的矿石就是对应松动体，如图5所示. 式中，心：为散体垂直下降速度，9为单位时间放出矿石 量，α和B为散体流动性质和放出条件有关常数，H为 矿石高度. 设隔离层起始高度为H,隔离层与紧挨隔离层下 表面矿石间距为d,则紧挨隔离层矿石高度为H2- dm由假设条件和式(4)可求得隔离层的速度v,和紧 挨隔离层下方矿石速度2如下： TBH' (5) 9 2=- πB(H2-d) (6) 1一最终松动体：2一终止时隔离层：3一后期过度松动体：4一临 用式(5)除以式(6)得 界松动体：5一前期过度松动体 图5隔离层条件下松动体形状 (7) Fig.5 Shape of the loosen ore body under the condition of an isola- 由式(7)可知：当矿石最高层位刚发生移动时，漏 tion layer 斗母线与隔离层最初水平线交点处假想颗粒流动速度 由图5可知，松动体还未发展到最高层位前，其形 小于紧挨隔离层下方矿石速度，因隔离层阻断了回填 成规律与崩落矿岩松动体形成规律一致，均保持完整 废石与矿石间的联系，在隔离层底部出现微小空隙：随 近似椭球体.直至松动体发展至临界松动体，隔离层 着隔离层逐渐下沉，隔离层制约作用逐渐明显，二者速 开始下沉，松动体在上部形成一个缺口，松动体形态整 率差逐渐增大，而使微小空隙在试验后期逐渐呈现为 体呈现为喇叭形状，其上部为指数曲线，下部为部分近 宏观空腔 似椭球体.喇叭形状松动体随隔离层的下沉逐渐向外5.2空腔边界特性 扩展，上部形态曲线拉长，下部形态曲线缩短，直至最 空腔边界为隔离层中间向外围逐渐扩展的波 后松动体的形成.在本试验条件下，最终松动体在48 动形式，其边界点系是矿石与隔离层间存在接触且 cm以下形态是椭球体的一部分，在48cm以上形态具 法向应力为零点的集合.试验中在隔离层下降深工程科学学报，第 38 卷，第 7 期 图 4 放矿终止时右侧放出体曲线与拟合曲线对比 Fig． 4 Comparison between the right curve of the draw ore body and the fitting curve at the end of ore drawing 4 松动体形态演化规律 试验中矿石从漏斗中放出，只有靠近漏斗部分矿 石参与运动． 矿石运动范围可以通过试验模型看出． 透过 PC 板记录出现松动的标记颗粒，在绘图板上绘 制出标记颗粒位置，将标记颗粒光滑连接，连接范围内 的矿石就是对应松动体，如图 5 所示． 1—最终松动体; 2—终止时隔离层; 3—后期过度松动体; 4—临 界松动体; 5—前期过度松动体 图 5 隔离层条件下松动体形状 Fig． 5 Shape of the loosen ore body under the condition of an isola￾tion layer 由图 5 可知，松动体还未发展到最高层位前，其形 成规律与崩落矿岩松动体形成规律一致，均保持完整 近似椭球体． 直至松动体发展至临界松动体，隔离层 开始下沉，松动体在上部形成一个缺口，松动体形态整 体呈现为喇叭形状，其上部为指数曲线，下部为部分近 似椭球体． 喇叭形状松动体随隔离层的下沉逐渐向外 扩展，上部形态曲线拉长，下部形态曲线缩短，直至最 后松动体的形成． 在本试验条件下，最终松动体在 48 cm 以下形态是椭球体的一部分，在 48 cm 以上形态具 有部分指数性质． 5 空腔形态演化规律 5. 1 空腔形成机理 空腔形成是由于隔离层下沉速率滞后于隔离层下 方矿石速率，且充填废石的载荷不足以使隔离层下沉 而与下方矿石充分接触，从而易致使隔离层在最低点 位置出现隔离层与下方矿石分离． 放矿时隔离层流动速率滞后于隔离层下方矿石流 动速率，空腔形成的起始位置可用速度场进行解释，现 作如下假设: ( 1) 视降落漏斗母线与隔离层最初水平线交点为 一假想颗粒; ( 2) 视隔离层起始运动阶段对散体移动规律不产 生影响，仍为矿废直接接触模型; ( 3) 矿石最高层位移动后散体移动为无膨胀散 体，各点密度保持不变; ( 4) 不考虑充填废石冲击荷载作用． 根据随机介质放矿理论无膨胀散体移动流轴上速 度方程［15--16］，可将模型中流轴速度表示为 vz = － q πβHa ． ( 4) 式中，vz 为散体垂直下降速度，q 为单位时间放出矿石 量，α 和 β 为散体流动性质和放出条件有关常数，H 为 矿石高度． 设隔离层起始高度为 H2，隔离层与紧挨隔离层下 表面矿石间距为 dH，则紧挨隔离层矿石高度为 H2 － dH ． 由假设条件和式( 4) 可求得隔离层的速度 v1 和紧 挨隔离层下方矿石速度 v2 如下: v1 = － q πβHa 2 ， ( 5) v2 = － q πβ ( H2 － dH ) a ． ( 6) 用式( 5) 除以式( 6) 得 v1 v2 ( = H2 － dH H ) 2 a ＜ 1． ( 7) 由式( 7) 可知: 当矿石最高层位刚发生移动时，漏 斗母线与隔离层最初水平线交点处假想颗粒流动速度 小于紧挨隔离层下方矿石速度，因隔离层阻断了回填 废石与矿石间的联系，在隔离层底部出现微小空隙; 随 着隔离层逐渐下沉，隔离层制约作用逐渐明显，二者速 率差逐渐增大，而使微小空隙在试验后期逐渐呈现为 宏观空腔． 5. 2 空腔边界特性 空腔边界 为 隔 离 层 中 间 向 外 围 逐 渐 扩 展 的 波 动形式，其边界点系是矿石与隔离层间存在接触且 法向应力 为 零 点 的 集 合． 试 验 中 在 隔 离 层 下 降 深 · 698 ·