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探讨溜井井壁破损特性理论与冲蚀磨损理论的有机结合
摘要：本文在冲蚀磨损理论的支持下，构建岩石冲击井壁破损模型，采用理论与实践相结合的方式，对溜井结构、块度信息、力学性质等井壁破损相关内容进行分析，探究单个矿石与矿石流在运动时的井壁破损特性，尽最大努力为溜井防护设计提供具有参考价值的资料。
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随着冶金矿山行业的飞速发展，各项技术与系统不断完善，在地下采矿中常常采用溜井系统进行矿石运输，在进入溜井后矿石很可能与井壁产生直接冲击，在冲蚀影响下，井壁逐渐破损，甚至出现塌陷事故。对此，本文在冲蚀磨损理论的支持下，采用理论与实践相结合的方式，对井壁破损相关内容进行分析。
1、岩石冲击下井壁破损模型构建
在溜井系统运行过程中，矿石对井壁围岩具有一定的冲蚀力，可构建以下模型，如图1所示。图中，v代表的是冲击速度；α代表的是冲击角度；Fx代表的是矿石与围岩间产生的法向冲击力；Fy代表的是二者产生的切向冲击力。在Fx的影响下，二者相连之处可能发生变形，井壁上出现凹坑。同时，在Fy的影响下，矿石沿着井壁运动，使凹坑扩大。假设切削破坏度与围岩体积损失相同，刨除围岩压密、硬化等特性，研究矿石对井壁造成的破坏[1]。
图1岩石冲击下井壁破损模型
围岩体积损失可用公式表示为：
式中，a代表的是矿石与围岩接触面的半径；L代表的是矿石沿着井壁运动的长度；
2.1 溜井结构
某矿山采用井下溜井开拓，利用矿车将矿石运输到2208卸载站进行卸载，经过初级破碎，再经过溜井运送到2385水平，经箕斗提升至地面，最后通过皮带传送到矿石选厂，各项参数如下：溜槽倾角为45°、溜井直径为4m、平均速度为28m·s-1、速度分布范围在25—31m·s-1之间。
2.2 块度信息
在对井壁冲蚀特性进行研究时，矿石块度作为关键要素不可忽视，针对现场进行的11次爆破爆堆信息进行收集，借助Split-Desktop块度软件对信息进行处理，从而获得矿石的块度信息。由块度分布情况可知，在施工现场中，大多数块度位于50cm以下，块度低于50cm的矿石体积占总矿石体积的91.96%、块度低于40cm的占总矿石体积的85.95%、块度低于30cm的占总矿石的76%、块度低于20cm的占60.56%，块度低于10cm的占38.91%，块度大于100cm的大块几乎很少见。
2.3 力学性质
通过对施工现场进行调查，与力学实验结果相结合，可得出围岩与矿石的力学参数，井壁与矿石的各项数值均不相同，分别为：井壁的弹性模量为0.02GPa，泊松比为0.28，黏聚力为380kPa，内摩擦角为28C，密度为2225k·m-3，摩擦系数为0.35；矿石的弹性模量为46.26GPa，泊松比为0.22，黏聚力与内摩擦角为无，密度为2670kg·m-3，摩擦系数为0.35。
2.4 井壁破损特性
2.4.1 单个矿石冲击的破损特性
随着碰撞频率不断增加，法向速度随之降低。在溜井直径不变的情况下，每次碰撞的间隔均会增加，虽然碰撞前后矿石切向速度逐渐降低，但受重力因素影响，整体切向速度可随之提升，冲击角度降低，法向与切向恢复系数逐渐增加。此外，由于法向速度不断缩减，致使井壁上的凹坑深度与接触半径随之减少，切向速度不断增加，矿石在井壁中的滑移距离加大。当矿石碰撞频率增加后，井壁的体积也会随之减少。
2.4.2 矿石流冲击的破损特性
本文利用MATLAB软件，对矿石速度与块度函数分布情况进行编制，其中速度在取值范围内可采用均匀分布。在计算矿石流轨迹时，可利用分布函数生成块度与速度，并将其带入到上文中构建的模型中，通过计算得出105组相关参数，分别表示105个矿石。在对冲击范围进行探究时，无需对矿石之间相互碰撞因素、井壁破损因素进行分析。经过计算与实验，可得出矿石流冲击之下，不同碰撞处的分布情况，进而探究井壁的破损特性，具体结果如下：碰撞1区范围4.16—4.25m，体积总损失426.91m3，单位长度体积损失4743.44m3；碰撞2区范围15.11—16.02m，体积总损失149.23m3，单位长度体积损失163.99m3；碰撞3区范围56.97—64.34m，体积总损失136.80m3，单位长度体积损失18.59m3。由结果可知，在1区中的碰撞范围相对集中，这意味着矿石流由溜槽进入溜井后，首次冲击的位置不变，单位长度体积损失达到最大，井壁受到严重损耗，为了提高安全系数，应增设缓冲硐室、堆积粉矿等方式进行防护；2区的碰撞范围相对较小，井壁受损情况仍然较大，为了达到经济安全的目标，应安装衬板，使井壁得到切实保护，并定期进行更换；3区的碰撞范围相对较大，单位长度体积的损失为最小，且以磨损为主，站在经济性的角度来看，最好采用钢纤维喷射混凝土防护，防止井壁受到较大的磨损。
3、结语
综上所述，本文在冲蚀磨损理论指导下，构建井壁破损模型，通过实例研究的方式，采用伪随机算法对井壁破损特性进行计算，计算结果可知，矿石与井壁经过3次碰撞后进入矿仓，破损度较大，为了提高安全与经济性，应采取积极有效的防护措施，使溜井得到有效防护，人员与设备安全得到切实保障。
参考文献：
[1]赵昀,叶海旺,雷涛.基于冲蚀磨损理论的溜井井壁破损特性理论研究[J].岩石力学与工程学报,2017(S2).
[2]王其飞.金山店铁矿主溜井内矿石运移及井壁磨损特征研究[D].武汉科技大学,2018.
王允祥.基于冲蚀磨损理论的溜井井壁破损特性理论研究[J].华东科技(综合),2020(1):0001-0001.
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针对城市地下管线测量成果图精度评定中人工量测费时耗力的问题，提出利用ArcGIS模型构建器、Python开发语言，根据成果质检中精度评定规则设计处理工作流程，建立模型工具的方法，应用于管线成果精度评定工作。通过实例验证，ArcGIS模型构建器的使用可以实现一次构建，多人共享，重复使用，达到简化工作流程，提高工作效率的目的。
2023-07-10
莱布尼茨恰恰试图从科学上创立动力学,并且从存在论上为其奠基。”[4]261究其缘由,笛卡尔实则将广延而非力作为物质的本性,这也就是笛卡尔与莱氏的最大分歧。莱氏跃出笛卡尔式的机械论,凭借的是近代医学的有机论,蕴含知觉和欲望等内在活力的有机体就成为了莱氏后期单子论的前奏。
2020-10-19
我们生活在科技突飞猛进的时代,我们整体性地被技术所“包裹”,而逐渐疏离自然。人工智能、赛博技术、基因技术等现代科技的急速发展,使得人的寿命在不断延长,以至于人们认为永生不是不可想象的。人们能够设想并希望自己永生。美国导演伍迪•艾伦曾说:“我不想靠我的作品达到不朽,我想要靠着不死来达到不朽。
2020-10-19
讲到科学技术哲学,我想不管是在行的,还是比较生疏的,都一定会把它和科学哲学、技术哲学联系在一起,这是没有错的,望文生义就能搞定。但是在中国,科学技术哲学除了与科学哲学、技术哲学有很紧密的联系,不可忽视的是,它还有自己独特的传统。它是一个有中国特色的、有很深历史底蕴的学科。我想就这个问题谈一些情况和自己的想法。
2020-10-19
进入20世纪后半叶，迅猛发展了半个多世纪的科学哲学，随着自身演化发展的逻辑变迁和跨学科研究思潮的外在冲击，处于转型之中。尚处于转型中的科学哲学，一方面以逻辑经验主义为代表的“公认观点”暴露出越来越多的局限性，甚至有人宣布了它的失败[1];另一方面，各种学派萌生以各自不同的视角探索新的研究进路。
2020-06-30
在科学从中古时代向近代转变的关头，有两位杰出的哲学家积极倡导近代科学方法，对推动科学的发展起到重要作用，一个是英国的弗兰西斯•培根（1561—1626），一个是法国的笛卡尔（ReneDescartes,1596—1650，法国哲学家、数学家、物理学家，17世纪欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一）。
2020-06-30
技术与资本之间的关系问题,学界已有一些研究成果。有学者认为技术与资本的关系是“资本‘绑架’了技术,技术迫于资本的势力而‘入伙’”[1]199,但对于技术转化为资本的“资本化”路径问题,仍需进一步深入研究。从技术到资本经历了怎样一个“资本化”过程?技术以效率最大化为目标,资本则最大限度地获取剩余价值,因此技术与资本“存在着逻辑关系上的共契”[2]295。
2020-06-20
科学实在论和反实在论之争是一个经久不衰的话题。通常认为,双方争论的焦点在于科学理论是否是真的,或者近似真的,但这一粗略的概括已经不适用于近年来兴起的新一轮交锋,因为双方的注意力已经转向了如何看待历史上和当前成功理论中的关键结构或特征,以及科学史中的理论继承和更替现象。
2020-06-20
程序的影响。从PI程序开始,萨伽德就注意到了计算机智能和人类智能的相似之处,他将人类思维比作计算机程序,将人类的思维结构比作数据结构,将人类的思维过程比作计算机算法,萨伽德这种运用心理学和计算机(或者人工智能)研究科学哲学的方法为科学哲学的认知转向奠定了基础。
2020-06-11
在科学与意识形态的关系问题上,哲学家们主要采取了三种进路,一是认为科学技术承担了意识形态的功能进而成为社会控制的手段(如法兰克福学派的技术批判立场);二是强调科学仅仅是众多意识形态之一,因而并不具有认识论的优先性(如费耶阿本德的“科学宗教”);三是考察特定社会意识形态对科学内容的渗透(如爱丁堡学派的利益分析模式)。
2020-06-11我要评论
期刊名称：大众科学
期刊人气：1031
主管单位：当代贵州期刊传媒集团
主办单位：当代贵州期刊传媒集团
出版地方：贵州
专业分类：科学
国际刊号：1002-6908
国内刊号：52-1049/N
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创刊时间：1980年
发行周期：月刊
期刊开本：16开
见刊时间：4-6个月
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2020-04-30
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