我国战略性金属矿开采正向深部迈进,深部矿产与地热资源共采是金属矿深部开采的战略方向,但矿
热共采在国际上没有可借鉴的先例,开采面临资源赋存特征复杂、采场热害难调控、矿热资源难回收、协同开采难保
障等问题。阐述了深部矿井高地温环境和地热资源化利用的难题以及地热与矿产资源的共生特征,论述了深部矿产
和矿井地热协同开发的必要性和可行性,提出了地热与矿产资源协同开发的思路。围绕“变害为利”的指导思想,阐
述了矿山地热与矿产资源协同开发的内涵。基于水源热泵技术、充填埋管技术、溶浸采矿技术与新型矿热协同共采
技术,提出了矿山超前地热开采协同岩层降温技术体系,详细阐述了该模式的关键技术和工艺流程,探讨了深部矿产
资源协同地热开采的重难点及所蕴含的关键科学问题。指出了深部金属矿在矿热协同开发理论与方法上所面临的
主要挑战,展望了从热害控制到热能利用的矿热协同调控系统模式发展,为深部矿热资源的安全、高效、智能共采提
供理论依据与技术保障。面向“十五五”,该领域研究重点为深部多场耦合环境下矿热资源赋存机制精细表征、高温
高应力条件下热能提取与采矿工艺的协同调控、矿热共采系统智能决策与高效运行的关键技术集成等核心难题。研
究成果有助于推动深部矿热协同开发从概念创新走向工程现实,为我国深部资源与能源的自主保障提供重要支撑。

针-针电极脉冲破岩技术作为高压电脉冲破岩领域的重要分支,因其在深地资源开发、硬岩高效破碎等
工程场景中展现出的定向可控性与绿色环保特性,近年来在岩石力学与智能采矿领域备受关注。系统剖析了高压电
脉冲破岩技术的分类体系、作用原理及技术特点,分别从岩石物性微结构效应、水气环境耦合机制及电参数调控规律
3 个方面阐述了针-针电极脉冲破岩技术的研究进展。研究表明:① 岩石内矿物成分及孔隙等微结构在电学、力学和
热学性能方面的差异导致脉冲放电过程中电场强度、应力场和热场分布不均匀,使得岩石内出现不均匀微破裂,最终
导致岩石宏观碎裂;② 等离子通道冲击波在水气介质中的衰减特性与电极形态参数共同决定能量传递效率,存在最
优电极间距与脉冲上升沿时间;③ 深部高应力环境下,岩体储能特性与脉冲参数显著影响破碎模式转变阈值。从发
展趋势与应用前景看,深地环境应用中电脉冲破岩机理研究应该考虑深部岩体高应力以及高液体压力对破岩效率的
影响;电脉冲设备将朝着高能量密度、高频率充放电、小型化和智能调控方向发展,解决高能量密度与体积之间的矛
盾,提升系统的实时监测和精准调控能力。智能算法的应用以及高效能量存储和释放技术的突破,将推动特种破岩
机器人的发展以适应特殊环境井下矿岩钻掘采需求;综合考虑岩石内在特性、应力等外部环境因素,通过优化回路电
阻、电感与等离子通道电阻进行调控,提高电能利用率和破岩效果。

空场嗣后充填采矿法既具有空场法安全、高效和工艺简单的特点,又能有效处理空区和控制岩层移动
变形,已成为中国金属矿床地下开采的主流方法之一。基于阶段(分段)空场嗣后充填采矿法的应用现状,介绍了空
场嗣后充填采矿法回采工艺的特点,阐述了空场嗣后充填采矿法盘区与矿房布置、矿房结构参数、采场底部结构、充
填需求及其对围岩变形抑制的作用机理等方面的研究现状与创新成果,总结了“十四五”期间该方法在采矿方法与工
艺、充填材料与充填技术、以及围岩变形与控制等方面研究与应用中仍存在的不足,并展望了未来发展方向。认为空
场嗣后充填采矿法在“十五五”乃至更长一段时间内的研究与应用应聚焦于:① 在确保回采安全的前提下,推进大结
构参数连续开采研究,以及铲运机出矿+矿卡转运+采区集中溜井放矿相结合的矿石运输工艺研究,提高空场嗣后充
填采矿法的采场生产能力,加速空场嗣后充填采矿法的高效智能化发展;② 以提高工业固废综合利用率、提高回采效
率和降低充填成本为目的,开发早期强度高、强度增长快且抵御爆破冲击能力强的充填体材料,缩短一、二步骤采场
回采的时间间隔,提高阶段的开采强度;③ 以控制地表沉降为目标,建立充填质量评价体系与标准,研究充填材料强
度、充填技术等与控制采场、盘区围岩变形和地表沉降需求的匹配特性,降低生产成本;④ 以实现地表变形与沉降的
有效控制为目的,探索全尾砂胶结充填体沉缩与空区充填接顶的控制技术,提升采矿方法对矿产资源绿色开采的贡
献度;⑤ 以消除不确定因素影响为目标,研发空场嗣后充填采矿的智能化设计与回采过程的智能化管控技术;⑥ 以
实现矿山数智化为目标,提升空场嗣后充填采矿法实施过程中的智能决策与装备水平,最终实现“一键管控”的无人
开采模式。

废石充填开采作为一种高效的采矿方法被广泛使用,但仍面临充填体自立性差、接顶困难和强度不足
等问题,废石与尾砂料浆协同充填可解决上述问题。传统方法需将井下废石提升至地表,与尾砂料浆混合制备复合
充填体后再输送至井下,工艺复杂且输送难度高。为此,提出了一种废石与尾砂料浆接顶协同充填的新方法,旨在简
化充填过程并提高废石充填体性能。以铁岭红印铁矿为工程背景,通过理论计算与数值模拟,系统评估了该方法在
采场充填效果及地表沉降控制中应用的可行性。重点探讨了废石充填比例对充填体应力分布、顶板位移及地表沉降
的影响。研究表明:提高尾砂料浆比例可显著增强充填体的强度与稳定性;充填体内部以压应力主导,呈“四周小、中
间大”的分布特征。尾砂料浆与废石交界区域易发生应力集中;废石比例提高导致充填体可压缩性显著增强,顶板及
地表支撑减弱,产生更大位移;当废石比例不超过70%时,充填体能够有效控制顶板下沉,避免大范围塑性贯通,且该
条件下地表监测线的最大倾斜变形、曲率、水平变形均在安全规范允许范围内,进一步验证了新充填方法的可行性。
本研究通过优化废石高效利用途径,为矿山废弃物资源化利用和绿色采矿技术研发与应用提供了新的理论依据。

随着传统矿山开采模式带来的生态环境破坏和资源浪费问题日益凸显,绿色矿山建设成为矿业发展的
重要方向。绿色矿山建设是以保护生态环境、降低资源消耗、追求循环经济为目标,旨在实现矿产资源的可持续开发
与利用。科技创新是实现绿色矿山建设的核心之一,是推动矿业向绿色、低碳、可持续方向发展的必由之路。通过分
析科技创新在矿山绿色开采技术、生产智能控制、安全环保管理、资源综合利用等方面的意义,揭示了安全高效开采
技术、可循环利用技术、自动化智能化技术等先进技术在绿色矿山建设中的重要作用。以中钢矿业公司绿色矿山建
设实践为例,展示科技创新深度融入采选工艺、生产智能管控、节能减排、尾矿综合利用、生态环境保护等方面的应用,
促进矿山由劳动密集型粗放模式向智能化管控精细开采模式转变,实现矿产资源高效利用、生态环境有效保护和经
济社会和谐发展。通过理论分析和实践案例相结合的方式,阐述了科技创新在绿色矿山建设中的关键作用和实践成
效,重点分析了科技创新在绿色矿山建设中的应用领域和具体实践,总结了科技创新赋能绿色矿山建设的经验,可为
矿业可持续绿色发展提供参考。

矿岩体的可崩性是决定自然崩落法能否顺利实施的关键因素。为解决可崩性评价方法中部分参数难
以获取、评价分数离散性较大的问题,以岩体质量评价方法(RMR14)为基础,通过对其进行改进,并应用于某铜金矿
可崩性评价分析。首先以RMR14 法为基础,通过对比基本评价参数获取难易程度,认为岩石可变性参数难以获取,
其与岩石单轴抗压强度(USC)之间存在函数关系,相应评分可通过岩石单轴抗压强度得出。其次,通过综合分析各评
价指标权重,对各评价指标与评价得分进行函数拟合,实现连续性取值,解决RMR14 评价分数离散性较大的问题,实
现对RMR14 法的改进。通过3DMine 软件构建基于改进RMR 评价体系的某铜金矿区三维数字化模型,并依据地质
钻孔数据集对该块体模型的每一个块体进行克里格估值,形成评价区域整体可崩性分析模型。最后分别从高程、岩
性角度进行可崩性分级评价,形成多层次全方位的评价体系。研究结果表明:使用改进RMR 法得出某铜金矿整体可
崩性等级为Ⅲ级,改进后RMR 综合评分为52. 97,属于中等可崩级别;与传统RMR14 法相比,改进RMR 法在缺少部
分参数的情况下,能够确保最终评价结果的准确性,为工程岩体质量评价提供了重要参考。

露天坑尾矿回填转地下开采有效提高了露天边坡稳定性,同时解决了尾矿堆存引发的系列环境问题,
但回填的尾矿对于地下开采境界矿柱稳定性有不利影响。针对尾矿回填工况条件下的境界矿柱厚度取值问题,提出
了一种理论计算与数值模拟相结合的境界矿柱厚度科学取值方法。该方法首先通过修正K. B. 鲁别涅伊特计算公
式,将边坡角度和尾矿回填高度2 个因素考虑在内,实现了境界矿柱厚度的初步取值;然后基于修正计算公式所得结
果,结合Rhion-FALC3D 耦合数值模拟方法,建立三维数值模型,通过分析地下回采过程中不同厚度境界矿柱的应力、
位移、塑性区变化规律,实现境界矿柱厚度取值的进一步优选。以某深凹露天铁矿山为例,对所提方法进行了应用与
验证。研究表明:境界矿柱厚度自25 m 至40 m 逐渐增大时,境界矿柱底板的应力与位移呈近似线性降低趋势,位于
境界矿柱范围内的塑性区面积逐渐减小直至完全消失。当境界矿柱厚度超过30 m 时,塑性区不再贯通境界矿柱,此
时境界矿柱内部的最大拉应力小于岩石抗拉强度。因此,最优境界矿柱厚度应为30 m。研究成果可为该类露天矿坑
回填转地下开采方案制定提供参考。

矿岩稳定性分析是矿山安全开采的前提,传统的稳定性分析仅针对较大范围的区域,存在一定的局限
性。而三维数字化技术可以将矿岩进行精细化稳定性分区,从而提高稳定性分析的准确性。因此,采用三维数字化技
术,运用Dimine 软件对某铜矿矿岩三维数字化模型进行了重构,通过收集钻孔RQD 信息,构建了矿区岩层模型以及
包含RQD 信息的矿岩三维模型,并开展了矿岩稳定性精细化分析及工程应用。结果表明:不同区域的矿岩稳定性存
在较大差异,验证了传统分析方法的局限性以及三维重构模型的优越性。将该模型应用于某铜矿7MU 盘区的稳定性
分析与采场设计,提出了针对性设计方案,稳定性较好的盘区北段采场宽度不超过11 m,稳定性较差的盘区南段采场
宽度不超过9 m,显著提升了矿山开采的精细化水平。研究结果为矿山设计与优化提供了新思路,具有重要的工程借
鉴意义。

为研究冻融作用对不同粒径岩石力学特性的影响,选用0. 125~0. 25 mm、0. 3~0. 5 mm、0. 6~1 mm 3 种
粒径的石英砂为骨料制作类砂岩试样。通过冻融循环和单轴压缩声发射(AE)试验,分析了冻融作用下不同粒径类砂
岩力学特性及其破坏过程中的声发射特征。研究结果表明:① 随着冻融循环次数增加,试样孔隙率逐渐增加,小孔隙
占比减少,大、中孔隙占比增加,弹性模量与单轴抗压强度呈下降趋势,变化幅度与粒径尺寸呈正相关关系;② 声发射
振铃计数总体可划分为平静阶段、缓增阶段、骤增阶段,随着冻融循环次数增加,声发射累计振铃计数呈先增后减的
变化趋势,粗粒试样率先达到极大值;③ 声发射b 值演化呈现出波动上升、剧烈下降、平稳3 个明显阶段,粗、中、细粒
试样的声发射b 值在平稳阶段分别降至0. 8、1. 25 和1. 65,这一现象可以作为相应粒径冻融类砂岩失稳破坏的前兆
预警。

裂隙岩体渗流问题是高放核废料地质处置、深部地质能源开采、水利工程以及深地空间开发利用等大
型岩体工程中急需解决的关键难题。有别于一般均匀孔隙介质,岩石(体)包含着大量非均匀分布的孔隙、裂隙等结
构,其水力传导特性存在显著差异,导致裂隙岩石渗流过程极其复杂。以裂隙砂岩为研究对象,首先采用核磁共振成
像技术获取裂隙砂岩内部微观结构图像,然后基于图像数字化技术分割提取裂隙砂岩的主裂隙、次裂隙和岩石基质
等微结构特性,构建可真实反映复杂裂(孔)隙结构及非均质水力特性的砂岩数值模型,开展了不同渗流条件及裂隙
性状下的裂隙砂岩渗流全过程数值模拟。研究结果表明:裂隙砂岩的渗流速度及出口流量随渗透压力、裂隙开度及
裂隙数量增大而增大,随裂隙粗糙度、交叉角度增大而减小。模拟分析得到的渗透系数与试验结果非常接近且变化
趋势相同,裂隙岩石渗透系数与裂隙开度、裂隙数量呈正相关性,但与裂隙粗糙度、交叉角度呈负相关性。基于核磁共
振图像数字化技术的裂隙砂岩模型可以较好地表征岩石复杂渗流演变特性,为裂隙岩石渗流过程分析提供了可行方
法。研究成果为岩体工程渗流分析与控制提供了分析手段和理论指导。

为推动含铁稀土矿的高效开发,研究了氟碳铈矿在CO 气氛下的热分解行为及其反应机理。结果表明,
氟碳铈矿热分解的主要气体产物为CO₂,释放速率随温度升高而加快,高温有利于反应的迅速进行。氟碳铈矿在CO
气氛下首先生成REOF,随后暴露在空气中进一步氧化为REF₃ 与Ce₇O₁₂ 等产物。热分解显著破坏了颗粒结构,内部
形成了长条状狭缝和大量微孔,孔隙率显著增加,伴随部分颗粒破碎并转化为细粒级产物。等温动力学分析表明,该
过程符合随机成核与随后生长机制(n =2),其机理函数为g(α) = [ - ln(1 - α)]^{1/ 2},反应表观活化能为74. 05±5. 61
kJ/ mol。研究结果为含铁稀土矿的“还原焙烧—磁选—浮选”工艺优化提供了理论支持。

微细粒弱磁性铁矿物的高效回收问题一直是选矿领域关注的重点与难点。本研究聚焦于-20 μm 赤铁
矿在高梯度磁选中捕获效率低下的问题,通过构建人工混合矿的“分散—选择性桥联团聚—高梯度磁捕获”的协同强
化分选方法,系统探究硅酸钠、交联玉米淀粉及矿浆pH 值对分选效率的调控规律,并通过激光粒度分析仪、动电位
仪、紫外分光光度计、矿相显微镜和扫描电镜多尺度表征,阐明界面化学-团聚形貌-磁选行为的关系。试验结果表
明,在交联玉米淀粉用量为15 mg/ L、硅酸钠用量为15 mg/ L、pH= 9 的最佳条件下,铁品位和回收率分别提高了3. 84
和16. 69 个百分点。机理分析表明,适量的硅酸钠能够提高赤铁矿与石英的分散性,但当硅酸钠用量过多会导致赤铁
矿表面吸附位点减少,从而减弱团聚效果;此外,交联玉米淀粉对赤铁矿的团聚作用主要由于其表面静电吸附效应,
然而过量交联玉米淀粉会引发空间位阻效应,促使团聚体内部形成疏松多孔结构并产生分散排斥行为,这种非选择
性团聚行为导致赤铁矿与石英的分离特性减弱,最终造成高梯度磁选分离效率的下降。本研究为“分散—选择性桥
联团聚—高梯度磁捕获”技术提供了理论和技术支撑。

为实现高效提纯制备高纯铁精矿,以磁铁矿与石英为研究对象,通过纯矿物浮选、人工混合矿浮选及实
际矿石浮选试验确定最佳药剂组合及浮选工艺条件,并结合红外光谱、Zeta 电位及接触角检测探究药剂选择性吸附机
制。在纯矿物浮选试验中,4 种复配阳离子捕收剂均对磁铁矿和石英浮选行为产生影响显著。其中捕收剂KDL2 在
pH=6、用量为150 mg/ L 的条件下效果最好,磁铁矿和石英的回收率差值达到最高65. 16 个百分点。在人工混合矿试
验中,KDL2 使精矿TFe 品位提升至70. 31%,满足高纯铁精矿要求;采用“1 粗1 精”流程处理实际矿石,在磨矿细度为
-0. 074 mm 占90%、pH 值为6、KDL2 用量为1 000 g/ t 的条件下,可获得TFe 品位70. 75%、回收率63. 13%的高纯铁精
矿。红外分析表明,KDL2 主要通过氢键与石英表面作用,在磁铁矿表面仅为较弱的物理吸附。Zeta 电位测试显示,
KDL2 使石英零电点偏移量为2. 98,磁铁矿仅为0. 60。接触角结果表明,KDL2 使石英接触角增至72. 66°,显著提高
石英表面疏水性,而磁铁矿仅增加至24. 12°。结果表明,复配阳离子捕收剂KDL2 具备优异的选择性吸附能力,能有
效实现磁铁矿与脉石石英的高效分离,有效提升铁精矿品位,满足高纯铁精矿生产需求。为提高磁铁矿精矿品位及
实现高纯铁精矿的高效反浮选提纯提供了一定的理论依据和技术参考。

甘肃平川某酸性磁铁矿精矿粒度较粗,TFe 品位65. 60%,主要杂质成分SiO2 含量4. 68%。为了确定该
铁精矿加工生产超纯铁精矿的可能性,在进行工艺矿物学研究的基础上开展了选矿试验研究。结果表明:① 试样中
的主要铁矿物磁铁矿中的铁占总铁的96. 77%;主要脉石矿物榍石、钠长石、石英等与磁铁矿总体关系简单,大量可见
磁铁矿单体,偶见脉石矿物单体,磁铁矿与脉石矿物的关系既有连生也有包裹,大多数连生体的接触面较平直,易解
离;磁铁矿的纯度非常高,仅有少量斑点状Si 和Al 元素分布,杂质元素Si、Al、Ca、Mg 主要分布在脉石矿物中,这些工
艺矿物学特征表明试样具备制备超纯铁精矿的潜力。② 试样在磨矿细度为-0. 038 mm 占95%的情况下,采用1 粗2
精三次弱磁选(磁场强度分别为128、88、60 kA/ m)、1 粗2 精开路反浮选流程处理,获得了产率33. 39%、铁品位
71. 76%、SiO2 含量0. 28%的超纯铁精矿,以及产率56. 48%、铁品位70. 14%、SiO2 含量1. 20%的高纯铁精矿,试验取
得了理想的分选指标,大大提高了现场铁精矿的经济价值。

针对铜锌分离难题,开展了组合抑制剂作用下超声处理对铜锌浮选分离的影响研究,着重研究了在组
合抑制剂条件下超声预处理功率和时间对黄铜矿和闪锌矿可浮性和浮选分离的影响,通过Zeta 电位、红外和XPS 检
测分析探讨了超声波预处理促进铜锌浮选分离的作用机理。结果表明:在适宜超声预处理条件下,改善了组合抑制
剂对黄铜矿浮选的不利影响,但未改变组合抑制剂对闪锌矿的抑制作用,从而提高了黄铜矿和闪锌矿的分离选择性。
机理研究表明,超声预处理能使黄铜矿表面Zeta 电位差异增大,并可选择性解吸吸附在黄铜矿表面的组合抑制剂,使
黄铜矿表面暴露出更多的铜硫活性位点,而对闪锌矿表面组合抑制剂的解吸作用较弱,从而提高了黄铜矿与闪锌矿
的分离选择性。

滇西某低品位含金银铜铅锌多金属硫化矿原矿铜、铅、锌、硫含量分别为0. 42%、0. 58%、0. 60%、
11. 18%,伴生Au、Ag 品位分别为1. 73、34. 66 g/ t,矿石中主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、方铅矿及铁闪锌矿,各金属
硫化矿物赋存状态复杂、嵌布粒度偏细。伴生金、银分别以含银自然金及辉银矿为主,嵌布粒度微细,与主要金属矿物
赋存关系极为复杂,该矿石属铁闪锌矿型复杂难选低品位铜铅锌多金属硫化矿,综合回收难度较大。为高效综合开
发利用该矿石资源,进行了全面的铜-铅-锌-硫全优先浮选工艺流程试验研究。在磨矿细度-0. 074 mm 占90%的条
件下,全优先浮选闭路试验可获得铜精矿Cu 品位27. 25%、Cu 回收率82. 40%,铅精矿Pb 品位47. 33%、Pb 回收率
79. 16%,锌精矿Zn 品位45. 79%、Zn 回收率79. 37%,硫精矿S 品位48. 88%、S 回收率83. 20%,主要有价元素铜、铅、
锌、硫均得到高效回收,各金属矿物分离较为彻底,精矿杂质互含低,伴生元素金、银总回收率分别为85. 71%、
85. 18%,回收指标较为优良,可为该资源的开发与利用提供技术支撑。

针对传统高碱浮选工艺中伴生金回收率低的问题,本研究提出基于低碱环境的新型抑制剂浮选体系,
通过对比不同抑制剂(CB、WY289、WY289-1)的性能,确定CB 在低碱环境(pH= 9. 0)下表现最优,其粗选铜回收率达
88. 39%,金回收率显著提升至74. 09%。进一步优化石灰与CB 的配比(1500 g/ t 石灰+8 g/ t CB),闭路试验结果表
明,抑制剂浮选工艺可获得铜品位19. 84%、铜回收率84. 12%、金品位2. 75 g/ t、金回收率57. 26%的精矿。较传统高
碱工艺(pH=10. 1)金回收率提高6. 24 个百分点。研究表明,低碱度抑制剂CB 在提升伴生金回收率方面具有显著潜
力,为低碱浮选工艺的优化提供了理论依据和实践参考。

白钨矿与共生脉石矿物方解石由于具有相似的表面活性位点和物理化学性质,导致二者浮选分离困
难。为寻找白钨矿浮选中方解石的高效、环保抑制剂,通过单矿物浮选和人工混合矿浮选试验,探讨了木质素磺酸钠
羧甲基化改性物(SLS)选择性抑制方解石的效果,并通过紫外全谱扫描(UV-Vis)、吸附量测试、Zeta 电位测试、傅里叶
变换红外光谱(FTIR)测试和X 射线光电子能谱(XPS)测试探究其选择性抑制机理。浮选试验结果表明,在一定条件
下2. 5 mg/ L 的SLS 可以使白钨矿与方解石的浮选回收率差值从改性前的63. 40 个百分点提高至72. 28 个百分点,浮
选分离效果显著强于改性前;UV-Vis 分析结果表明,羧甲基化改性后药剂在π-π∗ 跃迁波长范围内的共轭结构处发
生明显变化;吸附量、Zeta 电位测定结果表明,SLS 对方解石具有选择性吸附效果,吸附量大且作用强烈;FTIR、XPS 分
析结果表明,SLS 分子结构中的大量活性基团与方解石表面的活性位点Ca2+发生化学螯合作用使方解石受到抑制,达
到高效分离白钨矿与方解石的目的。

本研究针对磷灰石与白云石浮选分离中存在的药剂作用选择性差、分离效率低等关键性技术难题,通
过超声波对磷灰石和白云石表面进行预处理,并引入腐植酸钠作为抑制剂,实现了磷灰石和白云石的选择性分离。
单矿物试验结果表明,矿物经超声预处理后再进行浮选,磷灰石浮选回收率从61. 61%提升至91. 17%,而白云石回收
率维持在0. 5%,有效扩大了两者的可浮性差异;人工混合矿试验的磷灰石回收率为70. 12%,白云石回收率低至
8. 23%,取得了较好的分选效果。基于吸附量测试、Zeta 电位测试、红外光谱和SEM-EDS 测试结果分析表明,超声预
处理可有效清洁矿物表面,并加速磷灰石表面PO3-
4 、F-和白云石表面CO2-
3 溶解,从而使磷灰石暴露出更多Ca 活性位
点、白云石暴露出更多Ca、Mg 活性位点。由于磷灰石与腐植酸钠之间吸附较弱,预处理后其表面新产生的活性位点
大部分被油酸钠占据,腐植酸钠吸附量较少;而腐植酸钠通过化学键合强烈吸附于白云石表面,新产生的活性位点被
腐植酸钠占据,抑制后续油酸钠吸附,实现了两者的高效分离。

探究多因素作用下相邻隧道爆破开挖的振动时空演化特征及保障围岩稳定性的安全振动速度阈值,对
于更准确地预测和控制爆破振动,以及提高隧道施工的安全性和高效性具有重要意义。依托八达岭长城站进站层设
备硐室爆破开挖现场实测振动数据,通过VMD-WT 降噪、振动速度频谱分析和数值计算方法研究了相邻隧道不同部
位的振动时空演化特征,并通过建立峰值振动速度与应力峰值关系确定了安全振动速度阈值。结果表明:背爆侧的
振动速度普遍小于迎爆侧,且迎爆侧拱腰处的峰值振动速度最大;在相同的纵向距离(12. 5 m)条件下,迎爆侧拱腰处
峰值振动速度(2. 29 cm/ s)约为迎爆侧拱肩处峰值振动速度(1. 12 cm/ s)的2 倍。采用VMD-WT 方法对现场实测数
据中含有噪声的爆破振动信号进行分解,经过滤波并进行HHT 变换后,得出迎爆侧的能量衰减速度普遍慢于背爆侧,
迎爆侧拱腰处的能量优势频带主要分布在41~100 Hz。最后基于最大拉应力理论得到确保围岩稳定性安全振动速度
阈值为16. 925 cm/ s,即最大等效应力不超过1. 1 MPa 时围岩不会发生破坏。研究结果对于类似工程中控制爆破振动
效应及保障施工安全具有一定的参考意义。

地下矿山呈现深部、大规模的发展态势,随着越来越多装备的投入,复杂约束条件下的多装备调度将会
是保证矿山高效生产的关键。针对多装备协同调度问题,提出了一种基于贪心算法的多装备协同调度模型。首先以
装备、条带的总等待时间最短为目标构建调度模型,并根据任务先序关系分解原始模型;然后利用贪心算法解算子模
型,最后根据模型的时间关系整合子模型的解算结果,获得最终的调度方案。以谦比希东南矿体的生产数据为模型
基础,最终获得12 组贪心算法解算结果和2 组遗传算法的优化结果。结果表明:贪心算法的计算时间仅3 s,相较于
遗传算法可以更快地获得解算结果;贪心组合策略③&⑥的总完工时间、装备总等待时间和铲运机平均等待时间较其
他组合策略均最短,装备的生产能力也最强。因此结合组合策略3&6 的贪心算法可用于求解多类型、多装备的协同
调度问题,并且能够快速地获得最佳协同调度方案,提高装备的时间利用率,降低生产成本。

矿山事故隐患智能判别是制约矿山安全智能化转型的关键工程难题,传统矿山事故隐患识别方法面临
应用范围受限、语义推理能力不足的双重挑战,难以满足矿山安全领域智能化管理需求。分析了目标检测与知识图
谱在矿山安全领域独立应用的局限性,结合两者的技术优势,提出了一种基于信息融合的联合应用框架,将视觉感知
结果结构化映射为知识图谱的语义节点,建立“矿山图像—知识图谱—隐患推理”的闭环认知链条,实现矿山事故隐
患智能识别推理。首先,根据行业标准建立矿山实体三级分类体系,构建矿山实体知识图谱并将安全规程转换为
Cypher 规则库,为事故隐患推理提供依据;其次,改进YOLOv8n 模型并引入SE 注意力机制,提高矿山实体识别精度,
结合矿山事故推理规则库实现矿山事故隐患识别推理;最后,设计实现了基于B/ S 架构的矿山事故隐患识别推理原
型系统,将识别推理结果可视化展示并进行典型场景应用。研究表明:该框架中的目标检测方法针对矿山复杂场景
中的14 类关键实体平均识别精度达到71%。原型系统中的矿山事故隐患识别推理模块可自动推理当前场景是否存
在事故隐患,验证了该框架针对复杂场景中的矿山事故隐患进行识别推理的可行性,为矿山事故隐患智能判别提供
了新思路。

深井开采已成为地下矿山的发展趋势,随着开采深度增加,井下高温热害问题日渐凸显,不仅影响作业
人员身心健康,同时也降低了人员设备作业效率。因此,科学准确评价井下热害程度成为开展深井热害治理的必要
前提和关键环节。针对热害评价过程中的不确定性因素对评价结果造成的失真,提出了基于未确知测度理论的深井
热害综合评价模型。首先,在热源分析与热量计算的基础上,从客观条件、干预治理和主观感受3 个方面建立了热害
综合评价指标体系。其次,确定了深井热害等级和评价指标体系各指标分级并利用灰色相关分析方法完成了模糊层
次分析法—熵权法的组合权重计算。最后,引入未确知测度理论构建了深井热害综合评价模型,完成了评价体系不
同层级未确知测度向量计算,最终得到评价目标的综合未确知测度向量并利用置信度判别准则实现了热害评价。将
该模型应用于国内某地下矿山不同中段作业面热害评价,得到了井下各中段工作面热害程度和变化情况。研究成果
解决了深部热害要素与评价尺度的不确定性问题,实现了定性与定量、主观与客观相结合的综合评价,有效提高了井
下热害评价结果的科学性。

依托郑洛高速公路ZLGSTJ-2 标段工程米河煤矿区某路基段施工工程,针对丘陵破碎地带采空区上覆岩
层结构存在地下空洞、裂缝和塌陷等对临近高速公路建设及运营构成的潜在重大安全隐患问题,通过力学平衡分析
法计算了高速公路荷载作用下采空区临界深度,进而对采空区上覆岩层结构稳定性进行了评价。并结合数值模拟分
析了不同因素对上覆岩层结构稳定性的影响,提出了合适的采空区注浆加固措施。结果表明:在地表新增荷载作用
下最大采宽处采空区临界深度为111. 07 m,大于该段采空区深度,反映出上覆岩层处于不稳定状态;采空区的埋深及
宽度与上覆岩层的竖向位移呈正相关,煤层倾角则呈负相关;地表新增荷载会加剧上覆岩层应力变化,增大变形程
度,导致顶板产生开裂、垮落现象;采用全充填注浆法进行处置后,芯样试验得出所取浆液结石体的单轴抗压强度均
大于0. 6 MPa,注浆效果检测指标均符合要求。

澄合二矿地处渭北澄合矿区,矿井深部开采受奥陶系灰岩岩溶裂隙强含水层水害威胁严重。随着矿井
浅部资源消耗殆尽,矿井的开采水平不断延深,工作面底板隔水层承受的水压增大,隔水层底板厚度减小,矿井安全
回采受到影响。针对矿井开采过程中存在的底板水害问题,使用水平定向钻孔技术注浆改造奥灰顶部含水层。为进
一步提高注浆改造奥灰含水层工程的可靠性,考虑到底板破坏带尚具备一定的阻隔水能力且底板岩层的力学性质对
阻隔水能力存在影响,提出通过改进的突水系数法计算奥灰岩层顶部注浆治理层位,结合浆液扩散的理论半径设计
钻孔布置方案。在注浆完成后,分析了注浆情况,并开展了物探和钻探综合评价治理效果和带压开采的可行性。结果
表明:奥灰含水层顶部富水性强,但注浆后被改造为相对隔水层,切断了工作面与奥灰含水层之间的水力联系,验证
孔最大涌水量达8 m³ / h,注浆改造效果良好,可以实现工作面的安全带压开采。

为解决大宗矿泥、赤泥的无害化、资源化问题,以脱水矿泥、赤泥为研究对象,通过配施生物有机肥与复
合肥和盆栽种植玉米,并分析基质的理化性质、肥力状况、重金属等指标,探讨肥料-玉米协同作用对赤泥-矿泥土壤
化成土重构及其重金属的影响。结果显示,生物有机肥与复合肥配施显著促进了玉米生长,其株高和根长均明显高
于对照组;赤泥-矿泥土壤化处置使基质的容重从1. 1 g/ cm³ 降至0. 9 g/ cm³,孔隙度从60%提升至65%,物理结构得
到改善,微观上出现球状形态,形成团聚体且连通性变好。生长60 d,赤泥-矿泥土壤化处置基质的pH 和EC 值分别
降至7. 72、476. 9 μS/ cm,均符合相关标准;有机质和碱解氮含量提升至《全国第二次土壤普查养分分级》中的第五级,
有效磷、速效钾含量保持在三级、二级,较对照处理最高分别提升了0. 13、0. 08、6. 28 和2. 51 倍;玉米对赤泥-矿泥土
壤化处置使基质的Cr、As、Pb、Hg 重金属生物转运和富集系数最高分别为0. 78、0. 721,均小于1,显示这些重金属未向
玉米植株转移、富集。Pearson 相关性结果显示,pH 值显著影响基质磷、钾养分有效性和Cr、As、Pb、Hg 重金属的钝化。
本研究结果可为赤泥、矿泥土壤化生态修复提供参考。

为了验证冻融作用下生物炭-蓝藻结皮对矿区土壤镉(Cd)淋溶迁移行为的影响,本研究采用室内冻融
循环和模拟降水的方法进行土柱淋溶试验,分析了土壤淋溶液pH、电导率(EC )、Cd2+ 累计释放量、垂直迁移速率以及
纵向迁移量,同时采用Hydrus-1D 模拟土壤中Cd2+长期迁移过程。结果表明,冻融作用会使淋溶过程中土壤淋溶液的
pH 和Cd2+累计释放量升高;冻融循环增加了Cd2+的垂直迁移速率,裸土(CK)、生物炭(B)、蓝藻结皮(C)和蓝藻结皮
+生物炭组(CB)在10~20 cm 土层中Cd2+含量与冻融前相比分别增加了9. 90%、6. 94%、5. 49%和3. 97%,生物炭-蓝
藻结皮协同使用可缓解冻融循环带来的不利影响。在未来20 年时间跨度内,冻融循环前生物炭-蓝藻结皮协同使用
能有效地阻控Cd2+在淋溶作用下的向下迁移。经历冻融循环后CB 组对Cd2+ 的阻控能力下降,淋溶4 a 及以后,Cd2+
的含量超过《地下水质量标准》规定的Ⅲ类水质中Cd2+的标准限值,需建立长期的监测体系。

为分析比较回归模型法(RM)和物种敏感性分布法(SSD)在推导云南个旧某渣场农用地铅镉有效态安
全阈值方面的适用性,以渣场周边农用地土壤为对象,通过盆栽试验,探究小白菜重金属含量对污染土壤中铅镉含量
的响应关系,采用RM 法和SSD 法推导农用地土壤Cd 和Pb 有效态安全阈值,进行分析比较。结果表明:土壤中Cd
和Pb 的全量和有效态含量均与小白菜中Cd 和Pb 含量呈正相关,土壤和小白菜中Cd 和Pb 有效态含量与pH 呈显著
负相关,与有机质和阳离子交换量呈正相关。RM 法推导出土壤中Cd 和Pb 有效态阈值分别为0. 68 和204. 8 mg/ kg,
SSD 法推导求出土壤Cd 和Pb 有效态阈值分别为2. 02 和388. 60 mg/ kg。采用RM 法推导的有效态阈值判断,农用地
土壤中Cd 和Pb 有效态含量全部位于A、D 和F 区域内,即土壤不超标且小白菜不超标以及土壤超标且小白菜超标的
区域,正确率较高。运用SSD 法推导求出有效态阈值判断,土壤中Cd 和Pb 有效态含量位于D 和F 区域内,即土壤不
超标而小白菜超标以及土壤超标且小白菜超标的区域,正确率较低。故RM 法推导的有效态安全阈值更能反映云南
个旧某渣场周边农用地土壤Cd 和Pb 有效态含量的实际情况,可为该区域Cd 和Pb 污染农用地土壤修复评价提供借
鉴和指导。

黔北某典型锰矿集中区因长期开采活动的影响,矿区及周边农用地已出现不同程度的重金属污染。为
科学支撑后续生态修复与环境管理,本研究以区域内十余座锰矿山及二十余处废弃矿渣堆为基础,在周边农用地系
统采集了362 件表层土壤样品。在测定Mn、Hg、Cd、As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn 等重金属元素含量的基础上,采用地累积指
数法和改进内梅罗污染指数法评估污染程度,并结合相关性分析、聚类分析、绝对主成分得分-多元线性回归(APCSMLR)
模型以及空间分析方法,综合解析土壤重金属的污染特征与来源。结果表明:研究区土壤中9 种重金属的平均
含量均高于贵州省土壤背景值,显示出一定程度的富集现象,其中,Mn、Cd、Cr、Cu、Ni 和Zn 的空间分布与矿渣堆放区
域高度吻合,其高浓度区主要集中于矿渣堆积范围附近,表明其富集主要受矿业活动影响;而Hg、As 和Pb 的空间格
局则偏离矿渣分布特征,呈现出与农业活动、交通运输等人为主导过程相关的分布趋势,反映出非矿源输入的显著作
用。源解析结果显示,土壤重金属主要来源于三类污染源:矿业活动排放源、农业活动与交通排放源以及复合污染源,
其贡献率分别为40. 23%、30. 57%和29. 20%。具体而言,Ni、Cr、Cu、Mn、Zn 和Cd 主要源自矿业活动;其中,Cu 还受到
成土母质的一定影响,Mn 和Cr 可能部分来源于农业活动及地质背景,Cd 的来源较为复杂,农业活动、交通运输及成
土母质均有不同程度贡献,Zn 亦受到交通运输和成土母质的叠加影响。Hg、As 和Pb 则以交通活动为主要来源,同时
As 和Pb 还受到农业活动的显著输入,体现出多途径复合输入的特征。

钒金属具有优异的物化性能,素有“现代工业味精”之称。随着钒矿在新能源、未来产业及新兴产业中
的战略价值日益突出,我国作为全球钒矿重要的生产和消费国对其重视程度显著提升,战略定位从传统冶金原料逐
步升级为支撑国家能源转型与产业安全的核心矿产资源。“十四五”期间更是将钒矿列入“战略性矿产资源”名录,凸
显出其不可替代性。河南省是我国钒矿资源的重要富集区,在全国分布格局中位居第六位,是我国新能源电池、钢铁
合金等领域的重要原料来源地之一,其钒矿资源的形成与分布具有显著的时空规律,但长期受研究程度偏低、开发利
用不足及国际价格波动等多重因素制约,系统性综合研究仍较为欠缺。因此,在全面收集河南省钒矿地质资料的基
础上,结合近5 a 的研究成果,系统总结了该省钒矿床资源概况、矿床类型、地层特征及开发利用现状,并深入剖析了
典型矿床赋矿层位、矿体特征、矿床成因及成矿规律。研究表明:① 河南省钒矿矿床类型主要为沉积型、沉积变质型2
种,成矿时代为新太古代、新元古代及早古生代;② 赋矿地层为太华群赵案庄组、栾川群煤窑沟组、宽坪群谢湾组及寒
武系水沟口组,其中水沟口组黑色岩系为河南省最主要的赋矿层位,主要岩性为杂色泥岩、碳质泥岩、硅质岩夹泥岩
及硅质岩等;③ 成矿环境主要为贫氧—缺氧环境下的海相沉积,成矿作用受多期次作用综合控制,成矿物质主要受陆
源碎屑沉积、热液喷流作用及生物吸附等多重作用影响;④ 在全国三级成矿区带划分的基础上,进一步厘定出2 个成
矿亚带(Ⅳ级)和8 个矿集区(Ⅴ级),成矿亚带分布与矿化强度一致,具有自北向南由弱变强的特征;⑤ 通过综合分
析矿集区成矿前景,在寒武系水沟口组地层初步圈定3 个找矿靶区,经稀疏工程验证,其矿化程度较高,找矿潜力较
大,预期可提交1 处大型及2 处中型钒矿矿产地,预估V₂O₅ 推断资源量约149. 71×10⁴ t。研究成果对于深化对河南
省钒矿成矿规律的认识、实现找矿突破及资源高质量开发利用具有较好的参考意义。

针对传统矿山遥感图像目标检测中目标尺度变化大、特征提取不充分、检测精度不高等问题,提出了一
种融合生成对抗网络( Generative Adversarial Network,GAN)和循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)的矿山
遥感图像目标检测方法。该方法首先利用改进的GAN 生成高质量的矿山目标样本,扩充训练数据集;再设计双向
RNN(Bi-RNN)网络提取时序特征,并与卷积神经网络提取的空间特征进行融合;最后采用Faster R-CNN 检测框架实
现目标检测。在包含露天采场、排土场、尾矿库等典型矿山目标的试验数据集上验证了该算法性能。结果表明:该法
平均检测精度达到92. 7%,比Faster R-CNN 提高了4. 3 个百分点;对小目标的检测召回率提升明显,由85. 6%提升至
91. 2%;检测速度达到115 帧/ s,为矿山安全监测和环境评估提供了新的技术手段。

锂是重要的战略性矿产资源,但高性能盐湖提锂膜材料的开发面临重大挑战。研究采用天然层状矿物
蒙脱石为原料制备了一种新型的二维蒙脱石锂镁分离薄膜,并用电渗析技术、X 射线衍射(XRD)、原子力显微镜
(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学测试、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)探究了二维蒙脱石薄膜的分离性能与机
理。结果表明:二维蒙脱石薄膜对我国不同地区的典型盐湖原卤均具有良好的锂镁分离性能,锂镁分离选择性均能
达到10 以上,其中对西台吉乃尔盐湖原卤的锂镁分离选择性达到14. 45,锂镁分离性能优于商业电渗析薄膜。二维
蒙脱石薄膜内具有更加丰富的水环境,有利于削弱薄膜离子分离过程中的浓差极化现象。此外,二维蒙脱石薄膜的
通道高度(0. 53 nm)较锂镁离子的水合直径更小,锂镁离子均需去水化通过薄膜,而镁离子较锂离子去水化难度更
大,因而可以实现锂镁离子的高选择性分离。

为研究钢渣骨料碳化动力学及其体积稳定性,采用包头本地的转炉钢渣碳化不同时间,计算钢渣的固
碳量,利用一级动力学方程(PFO)、二级动力学方程(PSO)分别建立钢渣骨料碳化动力学模型,分析碳化钢渣骨料的
矿物组成、微观结构和体积稳定性的变化规律,并制备水泥砂浆试件进行压蒸试验,研究不同碳化钢渣掺量(10%、
30%、50%、70%)下试件的体积稳定性。结果表明:钢渣骨料碳化动力学符合PSO 模型,且钢渣粗骨料的拟合效果优
于钢渣细骨料;碳化8 h 后,钢渣的体积稳定性达到较优水平,细骨料压蒸粉化率下降至3. 36%、浸水膨胀率下降至
0. 85%,粗骨料压蒸粉化率下降至1. 42%、浸水膨胀率下降至0. 79%;碳化钢渣在水泥砂浆中的最高替代率显著提升,
细骨料(0. 16~4. 75 mm)最大替代率由30%提升至50%,粗骨料(4. 75~9. 5 mm)最大替代率由10%提升至30%。