工程科学学报.第43卷，第2期：205-214.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:205-214,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.003;http://cje.ustb.edu.cn 基于刚性块体模型的近一远场崩落矿岩流动特性 孙浩2)，陈帅军2，高艳华引，金爱兵2四，覃璇，巨有12， 尹泽松12)，李木芽1,2)，赵增山) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室.北京1000832)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000833)北京 城市学院城市建设学部，北京1000834)中国安全生产科学研究院.北京1000125)鲁中治金矿业集团公司，济南271100 ☒通信作者，E-mail:jinaibing@ustb.edu.cn 摘要为进一步揭示远场条件下金属矿山崩落矿岩运移演化机理，综合利用物理试验、数值模拟和理论分析等手段，构建 单口放矿模型开展近-远场崩落矿岩流动特性研究.首次基于离散元软件P℉CD和刚性块体模型构建放矿数值模型，并通过 近场放矿物理试验与模拟结果的对比分析，证明了刚性块体模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性与优越性.在此基础 上，对远场条件下松动体形态变化规律、矿岩流动体系内的应力演化规律及其力学机理进行了量化研究，研究结果表明： 1)近-远场条件下的松动体形态变化均符合倒置水滴理论.在放矿初始阶段，松动体最大宽度随高度增大呈幂函数形式快速 增加：随后，松动体最大宽度随高度增大而近似线性增加.2)崩落矿岩流动过程中存在明显的应力拱效应.随着矿岩散体松 动范围不断扩大，松动体外围一定范围内的垂直应力均呈明显下降趋势，水平应力逐渐增大并在松动区域到达前出现激增现 象：而松动体内的水平应力与垂直应力则急剧下降至较低水平 关键词放矿：近-远场条件：崩落矿岩：流动特性：刚性块体模型 分类号TD853 Research on near/far-field flow characteristics of caved ore and rock based on rigid block model SUN Hao2),CHEN Shuai-jun 2GAO Yan-hud,JIN Ai-bing QIN Xuan U You2),YIN Ze-song2),LI Mu-ya2) ZHAO Zeng-shan) 1)Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Department of Urban Construction,Beijing City University,Beijing 100083,China 4)China Academy of Safety Science and Technology,Beijing 100012,China 5)Luzhong Metallurgy and Mining Group Corporation,Jinan 271100,China Corresponding author,E-mail:jinaibing @ustb.edu.cn ABSTRACT The high mining costs of mines have led to the imbalance between the supply and demand of the total mineral resources in China and the dependence on imports to a large extent.Therefore,it is of great significance to expand the mining scale of mineral resources and reduce the mining costs to improve the self-sufficiency rate of mineral resources and strengthen social support and economic development in China.The caving mining method,especially the block caving method,has the following two main characteristics:one is that caved ores,surrounded by overlying rocks,are drawn from the drawpoint and the other one is that ground 收稿日期：2020-10-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(52004017.51674015)：中国博士后科学基金资助项目(2020M670138):中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目(FRF.TP.19-026A1)基于刚性块体模型的近−远场崩落矿岩流动特性 孙    浩1,2)，陈帅军1,2)，高艳华3)，金爱兵1,2) 苣，覃    璇4)，巨    有1,2)， 尹泽松1,2)，李木芽1,2)，赵增山5) 1) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083    2) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083    3) 北京 城市学院城市建设学部，北京 100083    4) 中国安全生产科学研究院，北京 100012    5) 鲁中冶金矿业集团公司，济南 271100 苣通信作者，E-mail：jinaibing@ustb.edu.cn 摘    要    为进一步揭示远场条件下金属矿山崩落矿岩运移演化机理，综合利用物理试验、数值模拟和理论分析等手段，构建 单口放矿模型开展近−远场崩落矿岩流动特性研究. 首次基于离散元软件 PFC3D 和刚性块体模型构建放矿数值模型，并通过 近场放矿物理试验与模拟结果的对比分析，证明了刚性块体模型在崩落矿岩流动特性研究中的可靠性与优越性. 在此基础 上，对远场条件下松动体形态变化规律、矿岩流动体系内的应力演化规律及其力学机理进行了量化研究. 研究结果表明： 1）近−远场条件下的松动体形态变化均符合倒置水滴理论. 在放矿初始阶段，松动体最大宽度随高度增大呈幂函数形式快速 增加；随后，松动体最大宽度随高度增大而近似线性增加. 2）崩落矿岩流动过程中存在明显的应力拱效应. 随着矿岩散体松 动范围不断扩大，松动体外围一定范围内的垂直应力均呈明显下降趋势，水平应力逐渐增大并在松动区域到达前出现激增现 象；而松动体内的水平应力与垂直应力则急剧下降至较低水平. 关键词    放矿；近−远场条件；崩落矿岩；流动特性；刚性块体模型 分类号    TD853 Research  on  near/far-field  flow  characteristics  of  caved  ore  and  rock  based  on  rigid block model SUN Hao1,2) ，CHEN Shuai-jun1,2) ，GAO Yan-hua3) ，JIN Ai-bing1,2) 苣 ，QIN Xuan4) ，JU You1,2) ，YIN Ze-song1,2) ，LI Mu-ya1,2) ， ZHAO Zeng-shan5) 1) Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Department of Urban Construction, Beijing City University, Beijing 100083, China 4) China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100012, China 5) Luzhong Metallurgy and Mining Group Corporation, Jinan 271100, China 苣 Corresponding author, E-mail: jinaibing@ustb.edu.cn ABSTRACT    The high mining costs of mines have led to the imbalance between the supply and demand of the total mineral resources in China and the dependence on imports to a large extent. Therefore, it is of great significance to expand the mining scale of mineral resources  and  reduce  the  mining  costs  to  improve  the  self-sufficiency  rate  of  mineral  resources  and  strengthen  social  support  and economic  development  in  China.  The  caving  mining  method,  especially  the  block  caving  method,  has  the  following  two  main characteristics: one is that caved ores, surrounded by overlying rocks, are drawn from the drawpoint and the other one is that ground 收稿日期: 2020−10−23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（52004017，51674015）；中国博士后科学基金资助项目（2020M670138）；中央高校基本科研业务费专 项资金资助项目（FRF-TP-19-026A1） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：205−214，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 205−214, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.23.003; http://cje.ustb.edu.cn