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【摘 要】以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2150水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象，通过重庆大学资环学院矿山压力平面应力相似模试验台，进行了相似模拟模型试验的相似材料配比试验研究。相关的研究成果可为云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区深部矿体或类似条件下的矿山地下开采的相似模拟试验奠定基础。
【关键词】缓倾斜薄至中厚磷矿床；相似材料；配比试验
1.引言
由于采矿地质条件的复杂多变，采矿工程力学问题影响因素众多，而且各矿山的开采技术复杂多变，有些问题单凭计算机数值模拟还得不到令人满意的结果。并不能完整准确的反映具体条件与采矿过程中由于采动而引起的岩层运动，所以物理相似模拟实验凭借在反采动过程中岩层运动的准确可靠方面的优势，依然在采矿工程研究过程占据重要地位。近几年来，相似材料模拟技术的发展在某些方面则能弥补计算机模拟的不足。在我国矿业研究过程中，物理相似模拟研究依然在各科研工作中占据重要地位，煤炭、金属矿山和非金属矿山及水工系统已完成大量相似材料试验成果，在实际工程中的成功应用已充分证明了这种技术的实用性。相似材料地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡、地下洞室和采场等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破场、机制等。这些模型可定性或定量地反映天然岩体受力特性和与之相联系的建筑物的相互影响，可与数学模型相互验证。尤其重要的是它可以比较全面真实地模拟复杂的地质构造，发现一些新的力学现象和规律，为建立新的理论和数学模型提供依据[1-5]。
相似材料对模型试验的成功与否起着决定性作用。然而，要获得一种能够全面、正确反映原型物理力学性能的相似材料非常困难。因此，国内外许多从事结构模型试验的单位和个人，都把相似材料的研究作为最重要的内容之一。为了选择合适的材料及配比进行模型试验，相似材料的配比试验研究工作是一个必不可少的关键环节[6-8]。
2.相似材料选取
为了大大简化模型与实际工程物理参数之间的换算，在进行模型试验时，一般均倾向于选择较重的相似材料，从而使模型原型之比能够等于或尽量接近1。选取相似材料时应尽可能满足下列要求：
（1）模型与原型相应部分材料的主要物理、力学性质相似，这样才能将模型上测得的数据换算成原型上求解的数值，相似材料应由散粒体组成；
（2）力学指标稳定，不因大气温度、湿度的变化的影响而较大改变力学性能；
（3）改变配比后，能使得其力学性能指标有较大幅度的变化，以便选择使用；
（4）制作方便，凝固时间短，成本低，来源丰富，最好能重复使用；
（5）便于设置测传感器，在制作过程中没有损伤工人健康的粉尘及毒性等；采用弱胶结性的胶结剂，以降低成型材料的强度；
（6）应采用价廉易得的原材料，以降低材料制作成本和模型试验经费。材料制作工艺力求简化，成型后能快速干燥，以加快模型试验进程。
依据云南磷化集团晋宁磷矿六号坑口的实际地质采矿条件，在综合考虑以上6个原则的基础上选取细河砂、建筑用石膏和碳酸钙作为基本的骨料，配以水泥、软松木、云母、塑料松香、酒精作为辅助材料，硼砂作为缓凝剂，云母粉作为分层材料。
3.配比试验
参照《矿山压力相似模拟实验》和国内外学者进行配比试验的相关知识和研究成果，结合重庆大学资环学院相似模拟实验室的基本仪器配备情况，本次配比试验中主要用到电子秤、水桶、玻璃量筒、配比成型工具（木锤、铁锤、保险薄膜等）、自行制作的标准试件成型仪以及配比完成后进行配比试件测试的岛津AGI-K250材料力学试验机。
进行配比试验前，首先根据云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口所测得的实际岩石物理力学参数，根据相似模拟原理计算得出所需要的模型材料的强度，然后参考《矿山压力相似模拟实验》和阜新矿院以及焦作矿院一些学者关于模型配比试验研究成果，通过正交试验法设计出46种可能需要的材料模型配比试验方案，最后通过材料试验机进行测试，选取出所需要的材料配比。
将所测各种配比方案下的材料试件的单轴压缩强度进行对边后，最终得出云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口进行模型试验各岩层所需的配比方案，所有岩层均由河砂、碳酸钙和石膏三种配料按照不同的比例配置而成。具体为：第四系砂质粘土覆盖层：6：7：3（质量比，按照河砂、碳酸钙和石膏的顺序）；层状隐晶白云岩：3.8：5：5；中至粗晶白云岩：4：2：8；层状泥质白云岩：4：5：5；含砾石英砂岩：3.8：5：5；富磷矿层：3：2：8；局部含磷杂层：3.8：4：6；低品位磷块岩层：3.2：3：7；灰白色原生白云岩：3.5：3：7；浅灰色原生中厚层状白云岩：3.5：3：7；浅灰色原生中厚层状白云岩：3.5：3.5：6.5。
4.结论
在参考晋宁磷矿6号坑口东采区各相关岩层参数和矿区地质报告的基础上，通过正交配比试验方案，设计出40组材料配比方案，并对各种配比试验方案进行了强度测试，根据材料相似原理，通过对测试结果的比较分析，最终找出了相似模拟模型试验所需的材料配比，为下一步材料相似模拟模型试验做好准备。
参考文献
[1]张文学.我国磷资源开发利用及趋势[J]. 武汉工程大学学报，2011，33（2）：1-5
[2]李耀基，李小双，黄滚.大型磷矿山露天转地下开采技术研究[M].重庆：重庆大学出版社，2011
[3]刘建，冯夏庭，张杰等.三峡工程左岸廠房坝段深层抗滑稳定的物理模拟[J].岩石力学与工程学报，2002，21（7）：993-998.
[4]林韵海.实验岩石力学[M].北京：煤炭工业出版社，1984.
[5]李鸿昌.矿山压力的相似模拟试验[M].徐州：中国矿大出版社，1988.
[6]周君才.地下难采矿体采矿方法研究[J].江苏冶金，1996，12（5）：43-44.
[7]高喜才.露天矿边坡开挖过程变形破坏特征及稳定性实验研究[D].西安：西安科技大学，2006.
[8]吴德伦，黄质宏，赵明阶.岩石力学 [M].重庆：重庆大学出版社，2002.
【关键词】缓倾斜薄至中厚磷矿床；相似材料；配比试验
1.引言
由于采矿地质条件的复杂多变，采矿工程力学问题影响因素众多，而且各矿山的开采技术复杂多变，有些问题单凭计算机数值模拟还得不到令人满意的结果。并不能完整准确的反映具体条件与采矿过程中由于采动而引起的岩层运动，所以物理相似模拟实验凭借在反采动过程中岩层运动的准确可靠方面的优势，依然在采矿工程研究过程占据重要地位。近几年来，相似材料模拟技术的发展在某些方面则能弥补计算机模拟的不足。在我国矿业研究过程中，物理相似模拟研究依然在各科研工作中占据重要地位，煤炭、金属矿山和非金属矿山及水工系统已完成大量相似材料试验成果，在实际工程中的成功应用已充分证明了这种技术的实用性。相似材料地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡、地下洞室和采场等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破场、机制等。这些模型可定性或定量地反映天然岩体受力特性和与之相联系的建筑物的相互影响，可与数学模型相互验证。尤其重要的是它可以比较全面真实地模拟复杂的地质构造，发现一些新的力学现象和规律，为建立新的理论和数学模型提供依据[1-5]。
相似材料对模型试验的成功与否起着决定性作用。然而，要获得一种能够全面、正确反映原型物理力学性能的相似材料非常困难。因此，国内外许多从事结构模型试验的单位和个人，都把相似材料的研究作为最重要的内容之一。为了选择合适的材料及配比进行模型试验，相似材料的配比试验研究工作是一个必不可少的关键环节[6-8]。
2.相似材料选取
为了大大简化模型与实际工程物理参数之间的换算，在进行模型试验时，一般均倾向于选择较重的相似材料，从而使模型原型之比能够等于或尽量接近1。选取相似材料时应尽可能满足下列要求：
（1）模型与原型相应部分材料的主要物理、力学性质相似，这样才能将模型上测得的数据换算成原型上求解的数值，相似材料应由散粒体组成；
（2）力学指标稳定，不因大气温度、湿度的变化的影响而较大改变力学性能；
（3）改变配比后，能使得其力学性能指标有较大幅度的变化，以便选择使用；
（4）制作方便，凝固时间短，成本低，来源丰富，最好能重复使用；
（5）便于设置测传感器，在制作过程中没有损伤工人健康的粉尘及毒性等；采用弱胶结性的胶结剂，以降低成型材料的强度；
（6）应采用价廉易得的原材料，以降低材料制作成本和模型试验经费。材料制作工艺力求简化，成型后能快速干燥，以加快模型试验进程。
依据云南磷化集团晋宁磷矿六号坑口的实际地质采矿条件，在综合考虑以上6个原则的基础上选取细河砂、建筑用石膏和碳酸钙作为基本的骨料，配以水泥、软松木、云母、塑料松香、酒精作为辅助材料，硼砂作为缓凝剂，云母粉作为分层材料。
3.配比试验
参照《矿山压力相似模拟实验》和国内外学者进行配比试验的相关知识和研究成果，结合重庆大学资环学院相似模拟实验室的基本仪器配备情况，本次配比试验中主要用到电子秤、水桶、玻璃量筒、配比成型工具（木锤、铁锤、保险薄膜等）、自行制作的标准试件成型仪以及配比完成后进行配比试件测试的岛津AGI-K250材料力学试验机。
进行配比试验前，首先根据云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口所测得的实际岩石物理力学参数，根据相似模拟原理计算得出所需要的模型材料的强度，然后参考《矿山压力相似模拟实验》和阜新矿院以及焦作矿院一些学者关于模型配比试验研究成果，通过正交试验法设计出46种可能需要的材料模型配比试验方案，最后通过材料试验机进行测试，选取出所需要的材料配比。
将所测各种配比方案下的材料试件的单轴压缩强度进行对边后，最终得出云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口进行模型试验各岩层所需的配比方案，所有岩层均由河砂、碳酸钙和石膏三种配料按照不同的比例配置而成。具体为：第四系砂质粘土覆盖层：6：7：3（质量比，按照河砂、碳酸钙和石膏的顺序）；层状隐晶白云岩：3.8：5：5；中至粗晶白云岩：4：2：8；层状泥质白云岩：4：5：5；含砾石英砂岩：3.8：5：5；富磷矿层：3：2：8；局部含磷杂层：3.8：4：6；低品位磷块岩层：3.2：3：7；灰白色原生白云岩：3.5：3：7；浅灰色原生中厚层状白云岩：3.5：3：7；浅灰色原生中厚层状白云岩：3.5：3.5：6.5。
4.结论
在参考晋宁磷矿6号坑口东采区各相关岩层参数和矿区地质报告的基础上，通过正交配比试验方案，设计出40组材料配比方案，并对各种配比试验方案进行了强度测试，根据材料相似原理，通过对测试结果的比较分析，最终找出了相似模拟模型试验所需的材料配比，为下一步材料相似模拟模型试验做好准备。
参考文献
[1]张文学.我国磷资源开发利用及趋势[J]. 武汉工程大学学报，2011，33（2）：1-5
[2]李耀基，李小双，黄滚.大型磷矿山露天转地下开采技术研究[M].重庆：重庆大学出版社，2011
[3]刘建，冯夏庭，张杰等.三峡工程左岸廠房坝段深层抗滑稳定的物理模拟[J].岩石力学与工程学报，2002，21（7）：993-998.
[4]林韵海.实验岩石力学[M].北京：煤炭工业出版社，1984.
[5]李鸿昌.矿山压力的相似模拟试验[M].徐州：中国矿大出版社，1988.
[6]周君才.地下难采矿体采矿方法研究[J].江苏冶金，1996，12（5）：43-44.
[7]高喜才.露天矿边坡开挖过程变形破坏特征及稳定性实验研究[D].西安：西安科技大学，2006.
[8]吴德伦，黄质宏，赵明阶.岩石力学 [M].重庆：重庆大学出版社，2002.