亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        地表塌陷區(qū)膏體回填控制顆粒流數(shù)值模擬

        2014-10-31 02:36:30張友志吳愛祥王洪江閆其盼
        金屬礦山 2014年7期
        關(guān)鍵詞:礦山測(cè)量

        張友志 吳愛祥 王洪江 李 濤 孫 偉 閆其盼

        (北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院,北京100083)

        采礦塌陷區(qū)易誘發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害并造成生態(tài)破壞,嚴(yán)重威脅地表建筑穩(wěn)定性和人員安全[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國因采礦引起的塌陷區(qū)有180多處,塌陷坑1 600多個(gè),塌陷面積達(dá)1 150 km2之多。礦產(chǎn)資源開發(fā)帶來的塌陷及其環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害,已經(jīng)給礦區(qū)及礦業(yè)城市的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重的影響[2]。尾砂作為一種廉價(jià)的礦山廢料,大量用于礦山充填,既可以解決礦山充填材料的來源問題,又解決了礦山工業(yè)廢料造成環(huán)境污染和占用耕地的問題[3]。目前處理礦山地表塌陷區(qū)的通常做法為采用礦山廢棄物(煤矸石、粉煤灰、廢石等)直接對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行回填處置,但易造成回填體大規(guī)模塌陷、井下泥石流、地下水污染等次生災(zāi)害,引起礦石損失貧化。針對(duì)以上塌陷區(qū)處置方式的弊端,提出將礦山廢棄物(尾砂、廢石等)制備成混合處置體,采用柱塞泵通過管道泵送至塌陷區(qū)進(jìn)行回填,以期達(dá)到有效控制活動(dòng)塌陷區(qū)、實(shí)現(xiàn)井下安全、高效開采的目的。

        顆粒流法是一種新興的數(shù)值分析方法,在離散元理論基礎(chǔ)上由 P.A.Cundall和 O.Strack[4]提出,廣泛應(yīng)用于巖石類材料基本特性、顆粒物質(zhì)動(dòng)力響應(yīng)、巖石類介質(zhì)破裂及其發(fā)展等基礎(chǔ)性問題的研究[5],適用于礦區(qū)采空區(qū)中的巖體斷裂、坍塌、破碎和流動(dòng)問題。該方法從微觀角度出發(fā),通過采用離散單元法來模擬圓形顆粒介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用,由平面內(nèi)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程來確定每一時(shí)刻顆粒的位置和速度,能夠自動(dòng)模擬介質(zhì)基本特性隨應(yīng)力環(huán)境的變化,實(shí)現(xiàn)巖土體對(duì)歷史應(yīng)力-應(yīng)變記憶特性的模擬(屈服面變化、Kaiser效應(yīng)等),自動(dòng)反映介質(zhì)的連續(xù)非現(xiàn)行應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、屈服強(qiáng)度和此后的應(yīng)變軟化或硬化過程等。目前,顆粒流法已廣泛應(yīng)用于巖石力學(xué)行為研究[6-10],但在地表塌陷區(qū)回填處置方面的應(yīng)用并不多見。

        本研究以某礦地表塌陷區(qū)處置為工程背景,并基于顆粒流理論和PFC2D程序,采用Fish語言編制命令流,對(duì)塌陷區(qū)擬采用的回填工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出不同回填工藝下混合處置體在塌陷坑底部采礦活動(dòng)過程中的運(yùn)移變化規(guī)律,研究結(jié)果可作為地表塌陷區(qū)回填處置的參考依據(jù)。

        1 工程概況

        某礦細(xì)脈帶礦體自開采以來,井下貫通地表形成的塌陷坑已有10余個(gè),塌陷坑相互嵌套,形狀各異。如果不加處理,地表塌陷區(qū)仍有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì),最大回填量將達(dá)到236.9萬m3。同時(shí)該礦年產(chǎn)礦石量達(dá)220萬t,尾礦產(chǎn)率96%。大量的尾礦以10%的濃度被排往尾礦庫,使尾礦庫的安全與環(huán)保的壓力增大,并消耗大量的生產(chǎn)用水。另外,該礦地表碎石坑尚有35萬m3的碎石,還有-3 mm的重介質(zhì)尾礦砂,均可以用于回填塌陷區(qū)。為了充分利用廢石、尾礦等工業(yè)固體廢棄物,擬通過向尾礦中添加碎石的方式制備膠結(jié)與非膠結(jié)2種回填處置體,對(duì)地表塌陷區(qū)進(jìn)行回填處理,達(dá)到消除塌陷區(qū)的目的,實(shí)現(xiàn)地表安全保障與環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。

        2 PFC2D數(shù)值模擬

        在PFC2D的數(shù)值模擬中,顆粒和黏結(jié)體的相關(guān)參數(shù)與通常意義上的宏觀參數(shù)存在較大的區(qū)別,巖石試件的力學(xué)參數(shù)不能直接輸入到軟件中,只有通過模擬力學(xué)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行大量的數(shù)值模擬試驗(yàn),根據(jù)數(shù)值試驗(yàn)的結(jié)果才能得到顆粒或者膠結(jié)材料的微觀參數(shù)。當(dāng)數(shù)值模擬的試件力學(xué)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)室的宏觀參數(shù)基本相符時(shí),即可得到顆粒的微觀參數(shù)[11-14]。只有將微觀參數(shù)輸入程序進(jìn)行計(jì)算,才能使數(shù)值模擬與實(shí)際情況相符。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模型中表土層、穩(wěn)定層、擾動(dòng)帶及膠結(jié)和非膠結(jié)處置體的宏觀參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定,各類巖層的宏觀、微觀參數(shù)見表1。

        表1 巖層宏觀和微觀參數(shù)對(duì)照Table 1 Contrast of rock macro and microscopic parameters

        以T110塌陷區(qū)為模擬對(duì)象進(jìn)行建模:模型長70 m,高84 m,塌陷坑深度為40 m。針對(duì)T110塌陷區(qū)的回填情況,擬采取完全膠結(jié)回填、完全非膠結(jié)回填、10 m厚度分層回填、20 m厚度分層回填及5 m、15 m厚度交替回填這5個(gè)方案對(duì)回填情況進(jìn)行模擬。原始塌陷坑如圖1所示,以完全膠結(jié)回填為例,回填效果模型如圖2所示。

        圖1 原始塌陷坑Fig.1 Original collapse pit

        圖2 完全膠結(jié)回填效果模型Fig.2 Effect model of fully cemented backfill

        不同回填方式的初始模型建成后,開始對(duì)塌陷坑底部的采礦活動(dòng)進(jìn)行模擬。按照該礦的年采礦量對(duì)塌陷坑底部礦石進(jìn)行采出模擬,同時(shí)在回填體表層設(shè)置一系列監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)回填體的沉陷位移進(jìn)行監(jiān)測(cè),在塌陷坑底部設(shè)置測(cè)量圓對(duì)回填體與塌陷坑的接觸狀況及應(yīng)力分布狀況進(jìn)行測(cè)量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)及測(cè)量圓布置情況見圖3。

        圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)及測(cè)量圓布置Fig.3 Layout schematic of monitoring point and measuring round

        3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

        以完全膠結(jié)回填、完全非膠結(jié)回填和5 m、15 m厚度交替回填為例,塌陷坑底部采礦活動(dòng)結(jié)束后,不同回填方式下的處置體及塌陷坑運(yùn)移情況分別如圖4~圖6所示。

        圖4 完全膠結(jié)回填方案運(yùn)移情況Fig.4 Migration situation of fully cemented backfill scheme

        圖5 完全非膠結(jié)回填方案運(yùn)移情況Fig.5 Migration situation of completely non-cemented backfill scheme

        圖6 5 m、15 m交替回填方案運(yùn)移情況Fig.6 Migration situation of 5 m and 15 m alternative backfill scheme

        3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉陷位移測(cè)量

        塌陷區(qū)內(nèi)處置體在回填過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度下陷的情況,通過對(duì)處置體表層顆粒在重力方向的位移變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),可在很大程度上對(duì)處置體整體下陷情況做出評(píng)判,從而對(duì)回填方案的優(yōu)劣情況做出評(píng)判。各方案在圖3中5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉陷位移曲線見圖7。

        從圖7中可以得出:

        (1)塌陷區(qū)內(nèi)回填處置體在底部開挖過程中出現(xiàn)不均勻下降的現(xiàn)象,其中處置體與塌陷區(qū)邊幫接觸處的沉陷位移量較大,這是由于回填處置體和塌陷區(qū)邊幫接觸處不易形成穩(wěn)定的膠結(jié)層造成的。另外處置體中心有較大沉陷位移量,這與工程實(shí)際也是相吻合的。

        (2)完全膠結(jié)回填方案中處置體沉陷位移量最小,中心沉陷位移量為1.1 m,完全非膠結(jié)回填方案的沉陷位移量最大,中心沉陷位移量為2 m。分層回填方案的中心沉陷位移量在1.3~1.35 m,三者相差不大。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),優(yōu)先推薦5、15 m分層交替回填方式。

        3.2 回填體在底部開挖后的應(yīng)力分布

        圖8為回填模型在塌陷坑底部礦石開挖后的接觸力分布情況。顆粒間接觸力的大小與線條粗細(xì)成正比例關(guān)系。從圖8中可以看出,模型中穩(wěn)定層兩側(cè)的顆粒間接觸力均以豎向壓力作用為主,說明在模擬計(jì)算過程中,擾動(dòng)帶內(nèi)顆粒間存在一定的空隙空間,顆粒間的接觸力較小,而穩(wěn)定層內(nèi)顆粒間接觸力則相對(duì)較大。此外,在圖8中的淺色標(biāo)記區(qū)域內(nèi),顆粒間的接觸力以橫向作用力為主,形成一個(gè)橫向應(yīng)力拱,并與穩(wěn)定層顆粒共同構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的力學(xué)拱結(jié)構(gòu),這對(duì)阻止塌陷區(qū)持續(xù)下陷、維持塌陷區(qū)的穩(wěn)定性起到了重要的穩(wěn)固作用。因而在接觸力分布圖中,塌陷區(qū)下方橫向力越明顯,說明顆粒間橫向壓力作用越大,形成的橫向應(yīng)力拱也越穩(wěn)固,對(duì)維持塌陷區(qū)的穩(wěn)定性也就越有利。

        圖8 回填模型在底部礦石開挖后的接觸力分布情況Fig.8 Distribution of contact force after ore being excavated at bottom

        3.3 回填體與塌陷坑離層分析

        隨著塌陷坑內(nèi)處置體的不斷下移,處置體與塌陷坑底部巖層不一定能夠良好接觸,從而在接觸處可能會(huì)產(chǎn)生一定的離層空間。接觸處離層現(xiàn)象形成的空洞會(huì)對(duì)處置體的均勻下移起到阻礙作用,從而致使塌陷坑內(nèi)處置體不能連續(xù)均衡穩(wěn)定下移,對(duì)塌陷坑的穩(wěn)定性造成影響。離層空間的大小是通過離層因子來判定的,在PFC2D中離層因子可通過對(duì)測(cè)量圓內(nèi)的孔隙率進(jìn)行測(cè)量獲得,從而對(duì)不同方案的離層程度進(jìn)行分析與評(píng)判:離層因子值較小,則說明測(cè)量圓內(nèi)部顆粒分布比較均勻,即處置體顆粒與塌陷坑底部接觸較為良好;而離層因子值較大則說明塌陷坑底部與處置體接觸不佳。5個(gè)回填方案離層因子的測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

        表2 各回填方案離層因子Table 2 Separation factor of each backfill scheme

        從表2中可以得出:

        (1)完全膠結(jié)回填方案的離層因子最大,離層因子值為0.18,完全非膠結(jié)回填方案的離層因子最小,值為0.12。

        (2)方案3、4、5 的離層因子分別為0.15、0.16 和0.148,三者相差不大。

        4 結(jié)論

        (1)塌陷坑底部礦石的開采會(huì)對(duì)塌陷處回填體造成影響,使之產(chǎn)生位移,完全膠結(jié)回填方案中回填處置體受到的影響最小,沉陷位移也最小,分層回填方案效果次之,完全非膠結(jié)回填方案位移最大,控制處置體位移的能力也最差。

        (2)膠結(jié)作用下,回填處置體與周圍巖體形成新的應(yīng)力分布體系,所形成的橫向連續(xù)應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)可以阻止塌陷區(qū)下陷,從而對(duì)地表塌陷區(qū)穩(wěn)定性起到較好的控制作用。

        (3)回填處置體與塌陷坑底部巖層之間形成的離層空間對(duì)處置體的整體穩(wěn)定均衡下移起到阻礙作用,膠結(jié)回填層厚度不小于5 m、非膠結(jié)回填層厚度5~15 m時(shí),塌陷坑的穩(wěn)定性最佳。

        [1] Olivier D,Harlalka A.Numerical study of the soil-structure interaction within mining subsidence areas[J].Computers and Geotechnics,2010,37:802-816.

        [2] Hu R L,Yue Z Q,Wang L C,et al.Review on current status and challenging issues of land subsidence in China[J].Engineering Geology,2004,76:65-77.

        [3] 劉同有.充填采礦技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001.Liu Tongyou.Filling Mining Technology and Application[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2001.

        [4] Cundall P A,Strack O.Particle Flow Code in 2D[M].Minnesota:Itasca Consulting Group,Inc.,1999.

        [5] 吳順川,周 喻,高 斌.卸載巖爆試驗(yàn)及PFC3D數(shù)值模擬研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,29(S2):4082-4088.Wu Shunchuan,Zhou Yu,Gao Bin.Study of unloading tests of rock burst and PFC3Dnumerical simulation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29(S2):4082-4088.

        [6] 王培濤,楊天鴻,柳小波.邊孔角對(duì)無底柱分段崩落法放礦影響的顆粒流數(shù)值模擬研究[J].金屬礦山,2010(3):12-16.Wang Peitao,Yang Tianhong,Liu Xiaobo.Particle flow numeral simulation investigation on influence of lateral opening angle on ore drawing with sublevel pillarless caving[J].Metal Mine,2010(3):12-16.

        [7] 劉增輝,高 謙,李 欣,等.回填廢石層下放礦損貧預(yù)測(cè)及顆粒流數(shù)值分析[J].金屬礦山,2011(2):5-8.Liu Zenghui,Gao Qian,Li Xin,et al.Ore dilution prediction of ore drawing below backfilling of waste rock layer and particle flow numerical analysis[J].Metal Mine,2011(2):5-8.

        [8] Potyondy D O,Cundall P A.A bonded-particle model for rock[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2004,41(8):1329-1364.

        [9] Potyondy D O,Cundall P A.Simulating stress corrosion with a bonded-particle model for rock[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2007,44(5):677-691.

        [10] Wang C,Tannant D D,Lilly P A.Numerical analysis of the stability of heavily jointed rock slopes using PFC2D[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2003,40:415-424.

        [11] Jeoungseok Y.Application of experimental design and optimization to PFC model calibration in uniaxial compression simulation[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2007,44:871-889.

        [12] Okan S,Nuri A A.Numerical simulation of rock cutting using the discrete element method[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2011,48:434-442.

        [13] Tawadrous A S,DeGagn D.Prediction of uniaxial compression PFC3Dmodel micro-properties using artificial neural networks[J].International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics,2009,33:1953-1962.

        [14] Kazerani T,Zhao J.Micromechanical parameters in bonded particle method for modeling of brittle material failure[J].International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics,2010,34:1877-1895.

        猜你喜歡
        礦山測(cè)量
        《金屬礦山》2022年征訂啟事
        四大“礦山修復(fù)”方法
        在礦山里耕耘(國畫)
        神劍(2021年3期)2021-08-14 02:30:08
        智能化礦山建設(shè)在中小型礦山的應(yīng)用探討
        昆鋼科技(2021年2期)2021-07-22 07:47:06
        我國礦企海外十大礦山簡介
        把握四個(gè)“三” 測(cè)量變簡單
        滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量和計(jì)算
        滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量與計(jì)算
        測(cè)量的樂趣
        測(cè)量
        好大好硬好爽免费视频| 亚洲第一幕一区二区三区在线观看| 亚洲国产精品综合久久网络 | 人妻丰满熟妇av无码区hd| 久久人妻av不卡中文字幕| 午夜av天堂精品一区| 无码字幕av一区二区三区 | 97在线视频免费| 女同性恋看女女av吗| 丰满少妇被猛烈进入高清播放| 边做边流奶水的人妻| 欧美日韩国产亚洲一区二区三区| 日韩av一区二区在线观看| 色狠狠一区二区三区中文| 国产免费一区二区在线视频| 亚洲成熟丰满熟妇高潮xxxxx| 欧美精品久久久久久久自慰| 国产对白刺激在线观看| 中文字幕34一区二区| 夫妇交换性三中文字幕| 日韩中文字幕欧美亚洲第一区| 日韩av一区二区三区精品| 国产日产韩国av在线| 天天燥日日燥| 色拍拍在线精品视频| 日日摸日日碰人妻无码老牲| 国产自产在线视频一区| 亚洲av片无码久久五月| 国产精品久久毛片av大全日韩| 国产农村妇女毛片精品久久久| 东京道一本热码加勒比小泽| 国产精品人成在线观看免费| 男女裸交无遮挡啪啪激情试看 | 男人进去女人爽免费视频| 二区在线视频| 国产午夜视频高清在线观看| 久久精品国产99久久无毒不卡| 人人妻人人澡人人爽曰本| 精品黄色av一区二区三区| 国产一区二区三区在线蜜桃| 久久久久香蕉国产线看观看伊|