散体动力学试验指导书(物理模拟试验E12).docx

散体动力学与放矿
实验指导书

土木与环境工程学院
资源工程系
2015年1月
前言
散体动力学与放矿课程实验是教学的重要环节，为了提高学生对教学内容的感性认识和培养学生的动手能力，根据实验室现有条件，目前为矿业资源工程专业学生编写了《散体动力学与放矿实验指导书》，随着实验室条件的逐步完善，将根据教学大纲要求更好地开发综合性、设计性实验。《散体动力学与放矿实验指导书》是根据实验室目前状况和教学大纲要求，参考有关教材和资料编写而成的。
散体动力学与放矿实验多为演示、验证性实验，但它对学好散体动力学与放矿课程有重要作用，在同学们初步了解书中基本实验技能的基础上，可根据实验室现有条件完成综合性和设计性实验。若同学们能较好掌握指导书中的实验技能，则对从事采矿工程相关工作大有益处。
同学们应认真阅读有关规程及实验室各项规章制度，并在实验中严格执行，具体应做到如下几点：
(1) 学生实验前必须预习实验指导书，明确实验目的和实验方法，了解本次实验所用的仪器、用具及其使用方法。遵守实验纪律，服从指导教师指挥。
(2) 实验前进行分组，每组选组长一人，负责领用实验材料和实验仪器、人员组织和安全工作。
(3) 实验时，学生要严格按照实验指导书或在指导老师的指导下进行实验操作，不能自作主张，乱动实验材料和实验仪器。
(4) 按实验课指定的内容进行实验，各组在指定的实验台（或场地）进行实验，不得动用与本实验无关的其它设备、仪器等。
(5) 实验时，人员进行分工，各人坚守岗位，互相配合，实验过程中坚持遵守定员定量、轻拿轻放，严禁乱丢、乱摔试验材料和仪器，禁止嬉笑打闹。
(6) 实验时遇到疑问，应积极向老师提问，不能盲目进行实验。
(7) 实验完成后要将仪器设备归零关闭，清理试验装置，分拣试验材料，将实验台整理干净。
(8) 实验后，及时整理实验记录，填写实验报告并交指导教师批改。

实验一：放矿物理模拟试验
1实验目的
(1) 掌握放矿物理模拟试验的基本步骤；
(2) 掌握放矿物理模拟试验的观测、数据采集方法；
(3) 掌握放矿物理模拟试验的数据分析方法；
2 实验内容及方案
无底柱分段崩落法采矿的特点是崩落矿石和覆盖层废石直接接触，矿石是在覆盖层废石的包围下从放矿口放出，回采矿石的贫化及损失较大，且较难控制。因此研究不同的结构参数条件下散体矿石和岩石的运动规律和损失贫化规律，可以为优化采场结构参数和降低贫化损失率提供理论和试验依据。
(1)实验原理
无底柱分段崩落法采用的是端部出矿的方式，矿石的损失贫化与矿石的流动规律是直接相关的。
① 放出椭球体
放出椭球体又称为放出体，它是指从采场通过漏斗放出的一定大小的松散矿石体积，该体积的矿石不是从采场内任意形体中流出的，而是从具有近似椭球体形状的形体中流出来的。无底柱分段崩落法崩落矿石和岩石，在重力作用下放出呈现放出椭球体的形状，形成顶点在放矿口、旁边稍向内突出的放出漏斗的形状。对放出椭球体形态的影响因素主要有矿石性质、覆岩厚度、铲装深度与宽度、放矿口尺寸等。散体移动过程放出体形态及各参数间的关系如下图所示：

图1-2 散体移动过程放出体形态及各参数间的关系
a-纵剖面图；b-三维空间图
I-放矿漏斗；II-彩色标志带；
A-Aˊ-松散矿石与松散废石接触面；
1-放出椭球体；2-放出漏斗；3-移动漏斗；4-松动椭球体
② 端部放矿重力流的形状
崩落法中散体矿石和岩石在重力作用下的流动形状，和粒状物料从水平口中放出时的流动形状相同；但由于端壁的存在，重力流的中心线会偏离垂直线一定角度θ，壁面的越粗糙，偏离角θ越大。同时端壁倾角前倾时，偏离角度也增大。

图1-2 端部放矿椭球缺示意图
H-分段高度；L′-崩矿步距；h-进路高度
③ 端部放矿的废石混入
端部放矿矿岩的移动规律如下图所示，放矿初始放出体在崩落矿石爆堆里发育，这时放出的都是纯矿石。随着放矿过程的持续进行，放出体尺寸逐渐增大，当放出体的顶部高度发育达到上分段的脊部残留矿石与岩石的接触面，此时如果继续放矿则顶部岩石就会进入放出体，混入在矿石内一同放出，造成出矿贫化。
同理，当放出体沿进路方向到达正面垂直矿岩接触面时，如果继续放矿则正面的废石就会混入到放出矿石内造成矿石贫化；侧面的废石混入的情况也是相同的道理。因此，无底柱分段崩落采矿法放矿时，贫化的原因主要是放出体顶部、前方和两侧的废石混入矿石内造成的。

图1-4 端部放矿废石混入过程
1-崩落的矿石；2-崩落的岩石
(2)试验方案
① 放矿试验中出矿所用的工具为模拟铲运机，其铲斗是用铝合金板制作，在回采巷道宽度内依次均匀地进行铲装，根据试验需要，进行定量出矿。
② 放矿试验中，需要确定最终截至放矿的极限体积贫化率。试验中采用控制岩矿比来放矿，首次出现岩矿比高于控制比率，并不能立即停止放矿，若连续出现指定次数（通常为3次）则认为已经到达放矿要求的贫化率。
③ 模拟放矿试验过程中，需要用废石经常补充模型中放出的矿岩的体积，保证各回采巷道出矿过程中有稳定的覆盖岩层厚度与静压力，使放矿条件始终接近无底柱分段崩落法的放矿条件。
④ 试验数据的提取。无底柱分段崩落法各分段的回采，是由上而下依次进行出矿，各回采巷道在出矿的过程中，始终会有大量矿石残留。一部分的残存矿石可在下分段回采出矿中进行回收，根据试验中布置的分段个数，最终计算出回收率和贫化率。
⑤ 试验中要注意消除由于操作上的不稳定和工作方法的不同，对试验结果所产生的影响，保证试验得出的数据准确。
(3)实验步骤
① 试验材料的选择：按照几何相似的理论，应选择合理尺寸的散体颗粒，用以模拟放矿的过程。
② 散体模型的铺设：根据所模拟的原型，按照设计的相似比关系，铺设模型，包括需要放出的矿层及相应的散体覆岩层。铺设过程中，应铺设一定数量的标志层，或布置标志点。
③ 放矿试验及数据采集：按照放矿试验的顺序进行放矿，主要记录不同阶段的放出矿量和混入废石的数据，了解矿石放出和废石混入的发展过程。试验过程中应进行相应的素描或使用数码相机采集影像数据。
(4) 试验数据
表2-1 试验参数
参数项目
现场参数
实验室模拟参数
模拟比例

分段高度

放矿步距

端壁倾斜角

进路尺寸（高×宽）

覆岩厚度

表2-2放矿试验统计数据表
称量次数
放出矿废总量/g
放出矿石量/g
放出废石量/g
放出正面红色废石量/g
放出岩矿比
1

2

3

4

5

6

表2-3 装矿量、回收指标统计
原始总装矿量/kg
剔除矿量/kg
实际装矿量/kg
放出矿岩总量/kg
回收矿石量/kg
放出废石量/kg
回收率/%
贫化率/%
回贫差/%

3 实验设备及材料
主要设备有破碎机、放矿动力学试验系统等。

图3-1 破碎机 图3-2 电动磁选仪

图3-3 出矿称重电子秤 图3-4 装矿称重电子秤

图3-5 放矿动力学试验系统 图3-6 试验装矿图
4 实验报告要求
在实验报告中，应写明实验目的、方法、原理、方案等基本情况。测量结果以图表形式表示。
(1) 实验报告内容应包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验仪器及材料、实验方法及步骤、实验结果及分析、实验总结及体会；
(2) 实验报告书写认真，字迹工整，按时完成并上交实验报告；
(3) 将测得的实验数据以表格形式表示。

5 实验注意事项
(1) 试验在实验室指导老师的帮助下完成，需要提前申请；
(2) 实验中注意保护测量仪器设备，防止损坏；
(3) 使用完毕后要进行必要的清理维护。