[发明专利]一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种露天转地下开采的模型试验中用到的矿岩相似材料，特别涉及一种兼顾矿体和上下盘围岩体相似材料和断层模拟材料的实验模型。

背景技术

露天转地下开采是国内外露天矿山发展的必然趋势。开采过程中，高陡露天边坡与地下开采相互影响和制约，高陡露天边坡的存在影响着地下开采的安全，地下开采同样会影响边坡工程的稳定。其相互影响机理是保证矿山安全生产的基础和理论依据，而物理模型试验是其研究的重要手段。物理模拟试验技术是根据相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的有效手段，可以比较全面地、真实地模拟复杂地下工程结构、复杂地质构造、复杂地下岩层组合关系。模型材料的选取是模型试验中最重要的基础性环节，岩石相似材料应满足重度大、强度和变形模量低、弹塑性与岩体相似的要求，要找到完全相似的模型材料十分困难，通常根据需要研究的课题性质，经过大量实验和分析，寻找满足主要参数相似的材料。

目前对露天转地下开采的物理模型研究较少，且现有的模型材料或多或少具备以下缺点：如模型材料强度过大无法满足小比例尺工程实体相似比、模拟岩体类型较为单一、制作工艺较为复杂、材料成本高及来源不便等。另外在对露天转地下开采的模模拟中必须要考虑到天然断层的模拟，且主要从摩擦系数和粘结力两方面考虑。国外许多研究者采用清漆掺润滑脂及滑石粉粘结层面的方法进行模拟，此类方法模拟的结构面具有较高的摩擦系数和粘结力，但由于温度变化及喷涂工艺对其粘结性能的影响，成果离散度大，稳定性差。长科院、清华大学等单位用不同光滑度的纸张等来模拟断层结构面，模拟效果较好，但纸张易吸潮，因此只适用于干燥条件下的断层模拟。

发明内容

本发明提供了一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料，解决了上述背景技术中的不足，其制备成本低廉、工艺简单。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种露天转地下开采模型试验矿岩相似材料，至少包括矿体和上下盘围岩体相似材料以及断层模拟材料，其中矿体和上下盘围岩体相似材料由主骨料、胶结剂和添加剂混合后固化而成，主骨料包括重晶石粉和石英砂，以及铁矿粉、还原铁粉两者中的一种，胶结剂为不饱和树脂和石膏，添加剂至少包括甘油和水，所述的矿体和上下盘围岩体相似材料中各组分的质量百分比为：

所述的断层模拟材料为聚丙烯薄膜，断层模拟材料粘结于矿体和上下盘围岩体相似材料上。

当矿体和上下盘围岩体相似材料模拟大理岩时，所述的矿体和上下盘围岩体相似材料各组分以及各组分的质量百分比为：

当矿体和上下盘围岩体相似材料模拟长闪岩时，所述的矿体和上下盘围岩体相似材料各组分以及各组分的质量百分比为：

当矿体和上下盘围岩体相似材料模拟铁矿体时，所述的矿体和上下盘围岩体相似材料各组分以及各组分的质量百分比为：

所述的断层模拟材料通过白乳胶粘结于矿体和上下盘围岩体相似材料上。

本发明提供的露天转地下开采模型试验矿岩相似材料有以下优点：

1、为有效模拟围岩的自重应力场，本发明配方中使用了重度较大的还原铁粉、重晶石粉和铁矿粉，以及密度较小的石英砂和石膏，因而相似材料的重度分布范围较大，可以有效模拟不同深度处岩矿体的自重应力场。

2、本发明的模型材料物理力学参数小且参数变化范围较广，因此模型材料可以满足不同种类岩矿材料的相似要求。

3、成型后的材料试块易于切割和粘结，因此可以拼接成不同形状尺寸的试验整体模型。

4、发明的模型材料具有性质稳定、制作工艺简单、养护周期短、材料来源广泛且价廉无毒副作用等优点，具有较高的实用性。

5、本发明中，采用聚丙烯薄膜模拟断层材料，聚丙烯薄膜具有质轻、无毒、无臭、防潮、机械强度高，尺寸稳定性好、高透明度、光泽好、阻隔性好、抗冲强度高、耐低温等优点，它的综合性能优于防潮玻璃纸、聚乙烯( PE )薄膜、PET薄膜，是一种理想的断层模拟材料。

本发明以实际铁矿露天转地下开采工程实际为依托，研制出各类岩矿及断层相似材料，研制成果是露天转地下模型试验研究的基础，对揭示崩落法与地下开采相互影响机理具有重要的支撑作用，可供交通、水利水电、矿山等领域的高陡边坡模型试验研究借鉴。

附图说明

图1为实施例1中所制得的矿岩相似材料的单轴压缩应力应变曲线图；

图2为实施例2中所制得的矿岩相似材料的单轴压缩应力应变曲线图；