雲磷集團緩傾斜薄至中厚磷礦體相似材料配比試驗研究
能源環境
作者：蔡彬亭 李小雙
【摘 要】以雲南磷化集團晉寧磷礦6號坑口東采區+2150水平緩傾斜中厚磷礦床為研究對象，通過重慶大學資環學院礦山壓力平麵應力相似模試驗台，進行了相似模擬模型試驗的相似材料配比試驗研究。相關的研究成果可為雲南磷化集團晉寧磷礦6號坑口東采區深部礦體或類似條件下的礦山地下開采的相似模擬試驗奠定基礎。
【關鍵詞】緩傾斜薄至中厚磷礦床；相似材料；配比試驗
1.引言
由於采礦地質條件的複雜多變，采礦工程力學問題影響因素眾多，而且各礦山的開采技術複雜多變，有些問題單憑計算機數值模擬還得不到令人滿意的結果。並不能完整準確的反映具體條件與采礦過程中由於采動而引起的岩層運動，所以物理相似模擬實驗憑借在反采動過程中岩層運動的準確可靠方麵的優勢，依然在采礦工程研究過程占據重要地位。近幾年來，相似材料模擬技術的發展在某些方麵則能彌補計算機模擬的不足。在我國礦業研究過程中，物理相似模擬研究依然在各科研工作中占據重要地位，煤炭、金屬礦山和非金屬礦山及水工係統已完成大量相似材料試驗成果，在實際工程中的成功應用已充分證明了這種技術的實用性。相似材料地質力學模型試驗是根據一定的相似原理對特定工程地質問題進行縮尺研究的一種方法，主要用來研究各種建築物及其地基、高邊坡、地下洞室和采場等結構在外荷載作用下的變形形態、穩定安全度和破場、機製等。這些模型可定性或定量地反映天然岩體受力特性和與之相聯係的建築物的相互影響，可與數學模型相互驗證。尤其重要的是它可以比較全麵真實地模擬複雜的地質構造，發現一些新的力學現象和規律，為建立新的理論和數學模型提供依據[1-5]。
相似材料對模型試驗的成功與否起著決定性作用。然而，要獲得一種能夠全麵、正確反映原型物理力學性能的相似材料非常困難。因此，國內外許多從事結構模型試驗的單位和個人，都把相似材料的研究作為最重要的內容之一。為了選擇合適的材料及配比進行模型試驗，相似材料的配比試驗研究工作是一個必不可少的關鍵環節[6-8]。
2.相似材料選取
為了大大簡化模型與實際工程物理參數之間的換算，在進行模型試驗時，一般均傾向於選擇較重的相似材料，從而使模型原型之比能夠等於或盡量接近1。選取相似材料時應盡可能滿足下列要求：
（1）模型與原型相應部分材料的主要物理、力學性質相似，這樣才能將模型上測得的數據換算成原型上求解的數值，相似材料應由散粒體組成；
（2）力學指標穩定，不因大氣溫度、濕度的變化的影響而較大改變力學性能；
（3）改變配比後，能使得其力學性能指標有較大幅度的變化，以便選擇使用；
（4）製作方便，凝固時間短，成本低，來源豐富，最好能重複使用；
（5）便於設置測傳感器，在製作過程中沒有損傷工人健康的粉塵及毒性等；采用弱膠結性的膠結劑，以降低成型材料的強度；
（6）應采用價廉易得的原材料，以降低材料製作成本和模型試驗經費。材料製作工藝力求簡化，成型後能快速幹燥，以加快模型試驗進程。
依據雲南磷化集團晉寧磷礦六號坑口的實際地質采礦條件，在綜合考慮以上6個原則的基礎上選取細河砂、建築用石膏和碳酸鈣作為基本的骨料，配以水泥、軟鬆木、雲母、塑料鬆香、酒精作為輔助材料，硼砂作為緩凝劑，雲母粉作為分層材料。