喷浆技术作为巷道锚喷支护的主要手段,目前已被广泛应用于矿山掘进支护中。 喷浆作业在搬运、上 料、搅拌及喷射环节均会产生粉尘,是矿山开采过程中的主要尘源之一。 针对目前喷浆粉尘控制技术的研究,利用 CiteSpace 软件对近 50 a 文献开展计量分析,从发文量、作者、机构、关键词共现、聚类、时区等方面对研究热点进行了 归类统计。 研究表明:我国对喷浆技术的研究起步相对较晚,发展历程呈现阶段性特征。 ① 萌芽探索阶段,20 世纪 70 年代喷射混凝土设备研发实现突破,喷浆技术逐渐在矿井巷道、边坡支护实现应用,但技术设备仍不成熟。 ② 成 长发展阶段,进入 80 年代后,湿喷工艺开始得到推广,但由于对安全作业的重视程度不足,粉尘危害严重、生产事故频 发。 ③ 成熟增长阶段,21 世纪初,国家对安全生产和职业病明确立法,喷浆作业的粉尘问题得到业内学者的持续关 注和研究,喷浆粉尘控制研究在这一时期得到发展。 2010 年后,对喷浆机实用性的改进成为主流,文献量快速增长。 ④ 疫情低谷阶段,2018—2022 年,受疫情和科研周期影响,文献量明显下滑,但长远预测,喷浆粉尘控制领域相关研究 的广度及深度仍有较大发展空间,业内重视程度会越来越高。 核心作者之间存在广泛的合作关系,非核心作者分布 广泛且独立性较强。 对喷浆粉尘控制的研究队伍以高校为主,未形成各地区机构的广泛合作。 英文文献不论是作者 还是机构都与中文文献高度重合,国内学者研究多侧重于工程应用。 国外学者主要侧重于湿式混凝土管道输送规律 及射流结构特征等方面。 从关键词的演进可以看出现有研究正向喷浆设备优化改进,喷射混凝土在新材料、新环境 中的应用等方向进行深度探索,研究方向不断增加。 在此基础上,进一步讨论了目前喷浆粉尘控制领域研究遇到的 挑战,并展望了未来发展趋势。 认为该领域存在的挑战在于:明晰喷浆产尘降尘机理,研发智能化精准湿式喷浆技术, 开发便携喷浆装备,强化技术工人职业化培训以及壮大研究团队,加强“产—学—研—用”协同发展、协同攻关等。 下 一步可通过各类试验和数值模拟分析明晰喷浆产尘降尘机理,融合人工智能机器视觉等新兴智能化技术发展喷浆粉 尘精准控制方案,加强物料长距离管道输送减阻及无尘化射流理论研究,拓展多领域、多行业喷浆防尘技术应用,推 进喷浆粉尘防治规范化和标准化等,深化对矿山喷浆粉尘控制方面的研究。 

针对普通型浆体易干缩影响加固效果且仅对被支护岩体提供黏结作用的缺陷,提出了膨胀型浆体“先 挤后黏”的注浆加固思路。 系统开展了膨胀型浆体性能、膨胀型浆体—岩体力学特性和膨胀型浆体应用试验 3 个部 分研究。 首先,介绍了膨胀型浆体体积膨胀率、膨胀应力发育特征及其膨胀机理,分析了不同约束条件、约束应力对其 膨胀及强度等性能的影响规律,并探讨了膨胀型浆体力学强度提升和凝结时间调控方法。 然后,采用理论分析、试验 研究等方法,研究了浆—岩复合岩体强度模型和剪切力学机制。 最后,采用数值模拟和现场试验等方法,探索了膨胀 型浆体在急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固和砂浆注浆锚杆支护方面的应用效果,揭示了其注浆加固力学作用机 理。 结果表明:① 膨胀型浆体具有较好的体积膨胀率和膨胀应力,在不同约束条件下的最大体积膨胀率分别为 36. 96%、20. 22%及 3. 89%,试样单轴抗压强度分别为 2. 53、8. 82、13. 55 MPa。 浆体膨胀发育所受的约束条件越多,体 积膨胀率越小,强度越高。 ② 膨胀型浆体和普通型浆体裂隙注浆加固下的浆—岩复合岩体剪切强度分别为 2. 95 MPa 和 2. 26 MPa,膨胀型浆体裂隙注浆加固的浆—岩复合岩体试样剪切强度提高了 30. 53%。 ③ 采用膨胀型浆体注 浆加固的急倾斜层状岩体巷道顶板的最终位移量低于普通型浆体注浆时。 膨胀型浆体注浆时,顶板两侧应力较大, 且顶板应力整体上显著大于普通型浆体注浆后的顶板应力。 ④ 添加一定量膨胀型浆体后砂浆能对锚杆产生 2. 03 ~ 8. 26 MPa 的径向膨胀应力,较普通砂浆锚杆极限抗拔力最大提升了 59. 8%,具有更好的锚固效果。 以上研究表明,膨 胀型浆体具有较好的体积膨胀效果,在有限空间内虽然体积膨胀受限但浆体能具有更高的力学强度,能有效提高被 支护岩体的整体抗压强度和抗剪强度,在含断层采场顶板和注浆锚杆支护中都具有较好的试验效果。 本研究可为地 下岩土工程注浆加固技术研发与应用提供良好的技术借鉴和理论支撑。 

分层道作为下向进路回采过程中的关键通道,其结构参数合理性是保证采场作业安全和回采效率的关 键因素。 因此,为实现采场安全高效回采,需统一各工区分层道的结构参数,并对其进行优化。 综合使用简支梁模型、 Winkler 模型和收敛变形现场监测试验方法,研究分层道宽度、充填体接顶高度对其稳定性的影响,确定分层道结构参 数的最佳理论值,并结合现场试验验证理论分析结果的可靠性。 结果表明:随着分层道顶板充填不接顶高度和宽度 减小,顶板最大拉应力逐渐减小、综合安全系数逐渐增加,不接顶高度对分层道稳定性更为敏感;分层道顶板弯矩最 大值出现在跨中,两帮矿岩可变形基础支承顶板处仍存在弯矩,随着帮内深度和不接顶高度增加逐渐降低;分层道监 测面(宽度 4. 80~ 5. 08 m)平均收敛速率最大值为 0. 072~ 0. 174 mm/ d,变形速率较小且逐渐趋于 0. 02 mm/ d,分层道 总体稳定;分层道宽度≤5 m 时具有较好的稳定性,宽度为 5. 0~ 5. 4 m 时处于欠稳定状态,有必要采取有效支护措施 维持其稳定性。 实际生产中应严格控制分层道宽度并提升充填接顶质量以保障回采作业安全。 

为解决强采动大采高厚砂岩组顶板围岩片帮失稳难题,以榆树湾 20113 工作面回风顺槽煤柱片帮控制 为例,总结分析片帮破坏特征及主控影响因素,给出了基于 MATLAB 图像处理技术的钻孔裂隙分形维数破裂度定量 表征方法,对比模拟研究了 4 种不同优化支护方案下的围岩位移场演化规律,针对性提出了以“强力控顶、高阻护帮、 斜拉工字钢+锚网耦合控表”为核心的煤柱片帮控制方法,并进行了现场工业性试验。 研究结果表明:① 片帮类型多 样(高帮楔体削落型+中部鼓帮型+“S”形)、破坏深度广、支护锚固失效严重是煤柱片帮的主要特征;② 厚砂岩组叠加 效应、煤体强度低、矿压显现异常及柱体压杆效应显著是诱发煤柱片帮的主控因素;③ “液压支架工作阻力强化+锚 网索+锚索工字钢梁”联合支护技术为最优支护方案,采用该方案后巷道顶底板及两帮移近量仅分别为 143 mm 和 181 mm,相较于原支护方案分别降低了 70%与 72%,松动圈范围为 0. 524~ 0. 613 m,煤柱表面无较大开裂裂纹,锚固煤体 完整程度大幅提高,支护效果良好,有效解决了大采高厚砂岩组顶板围岩片帮失稳难题。 

由于深部大断面硐室断面尺寸大、应力水平高,使得硐室围岩控制难度加大,通过对顺和煤矿-702 m 水 平主排水泵房围岩变形破坏特征实测及失稳原因分析,研究了深部大断面硐室围岩裂隙不同注浆液扩展规律与影响 机制,提出了深部大断面硐室“高强注浆锚索+壁后注浆”加固方案,并进行了现场工业试验。 结果表明:深部大断面 硐室围岩松动圈呈非规则形态,围岩松动范围较大,近巷道围岩破碎程度高,两帮松动范围最大、顶板次之、底板较小, 不同位置岩体破碎特征差异较大;大断面硐室围岩失稳原因为应力水平高、围岩强度低、裂隙水浸入、支架结构差与 底板无支护,裂隙扩展发育至贯穿是围岩失稳的主控因子;注浆压力对围岩裂隙中浆液扩散影响大于水灰比,水灰比 与注浆压力越大,浆液扩散半径越大,且浆液切向扩展范围大于径向,最佳水灰比与注浆压力分别为 0. 7 与 1. 5 MPa; 高强注浆锚索实现了轴向与环向锚固均匀受力承载,采用设计的“高强注浆锚索+壁后注浆”加固方案后,顶板最大下 沉量为 8 mm,两帮最大收敛量达 24 mm,围岩控制效果显著。 

山东某矿早期多采用房式开采,遗留了大量优质矿产资源,若不对空区采取适当措施,不仅会造成空区 漏风、矿层自燃、矿柱失稳等灾害,而且破坏了矿层的完整性,给复采矿柱资源带来了巨大的困难。 基于上述问题,采 用煤泥基胶结材料预充填柱式空区,开展煤泥基胶结充填材料性能试验,测试分析了减水剂及强化剂等添加剂作用 下料浆的流动及力学性能,并考虑蠕变影响,定量分析了充填加固矿柱强度增幅效果。 结果表明:减水剂掺量 C 是料 浆扩展度的主控因子,强化剂掺量 D 是试件早期强度的第二大影响因子,水泥占比 B 是试件后期强度的主要影响因 子,质量浓度 A 是料浆性能的主要共性因子;充填体提供的侧向约束显著提高了矿柱的承载能力,矿柱的蠕变抗压强 度随单侧充填厚度增加而线性增长。 研究结果对于煤泥基胶结材料预充填房式空区回收井下呆滞矿产资源具有一 定的参考意义。 

特厚煤层综放面沿空巷道在开采过程中,由于上部岩层的破坏区域较大且破坏程度剧烈,导致矿山压 力表现突出,加之频繁的开采活动使得狭窄煤柱旁的巷道围岩遭受严重破坏。 基于此,提出了远场弱化与近场强化 相结合的综合控制技术(简称“联合防控技术”)。 包含 2 项子技术,其一为基于远场弱化的沿空巷道稳定性调控技 术,通过水力切顶弱化沿空巷道侧向顶板,降低覆岩活化程度、阻断应力传递,从而改善巷道应力环境,减少应力集中; 其二为面向沿空巷道的远场弱化与近场强化加固技术,通过锚杆支护与注浆加固增强巷道周围破碎岩体的力学性 能,提升其承载能力与抗变形能力,强化围岩稳定性。 试验结果表明:使用所提联合防控技术后,巷道顶板和底板最大 位移降幅分别为 77. 66%和 61. 96%,实体煤帮和小煤柱帮的最大移近量降幅分别为 46. 9%和 72. 75%。 仅采用近场 强化技术时,近场强化下锚杆轴力为 118 kN,锚索轴力为 246 kN;采用联合防控技术后,锚杆轴力降至 93 kN、锚索轴 力降至 175 kN,降幅分别为 21. 2%和 28. 9%。 所提技术能有效减轻支护负担,使得围岩的破坏范围最小化。 研究结 果对于保障特厚煤层的综放开采作业安全具有重要意义。 

NPR 锚杆锚固结构面在静态剪切荷载作用下表现出超常抗剪性能,然而在动态循环荷载作用下的力学 响应尚需进一步验证。 采用经加工的原岩试样,进行均质砂岩结构面的峰前循环加载剪切试验,对比分析无锚固和 NPR 锚杆锚固 2 种工况下循环加载次数、加载速率、不同幅值等因素对结构面剪切强度的影响规律。 结果表明:① 循 环次数为 80 次时,无锚固结构面的抗剪强度达到峰值;相比之下,NPR 锚杆锚固结构面的峰值抗剪强度明显提升。 ② 循环加载速率由 1 kN/ s 增大至 1. 5 kN/ s 时,无锚固结构面抗剪强度下降较快;与此相反,NPR 锚杆锚固结构面在 加载速率增大时,峰值抗剪强度呈现更大的提升幅度。 ③ 循环加载幅值由 50%τmax 增大至 80%τmax,无锚固结构面抗 剪强度降低;而 NPR 锚杆锚固结构面的抗剪强度增大,有效改善了未锚固结构面的脆性破坏特征。 ④ 不同法向应力 下,NPR 锚杆锚固结构面的抗剪强度均比无锚固结构面得到显著提升。 上述研究结果可为露天矿开采的抗震和防爆 设计提供科学依据。 

探讨铝土矿中伴生沉积型锂资源的特征与开发价值,分析现有提取技术的原理、优劣及经济性,评估其 开发利用前景,为铝锂资源的高效综合利用提供理论依据。 通过梳理铝土矿中锂资源的赋存状态、分布规律及成矿 影响因素,对比分析碱法浸出、酸法浸出、焙烧—酸浸等单一提锂技术的工艺原理与应用局限,结合选冶联合技术的 工艺逻辑,从资源利用效率、成本效益及环境影响等维度进行系统评价。 结果表明,锂主要富集于铝土矿矿体顶、底板 的低品位铝质岩和黏土岩中,赋存状态与分布规律受成岩成矿作用及次生改造作用调控;单一提锂技术(如碱法、酸 法、焙烧—酸浸法)存在铝精矿品质不达标、综合利用率低、伴生元素(镓、钪等)未回收等问题,经济效益与环境效益 欠佳;通过选矿与冶炼工艺协同,可同步实现铝精矿提取与锂富集,减少废渣产生,降低能耗与成本。 铝土矿伴生锂资 源构成潜在的巨大沉积型锂资源库,具备重要开发价值。 未来需通过深化锂赋存机制研究、优化选冶联合工艺、开展 经济与环境影响评价,推动铝锂资源的协同开发,以拓宽我国锂矿资源供给渠道,实现资源效益与生态效益的统一。 

颗粒破碎是矿业、化工、建材等领域的关键环节,其能量耗散与破碎行为关乎工程设计和设备性能优 化。 传统实验方法在捕捉动态破碎过程与微观机制方面存在局限,且成本较高。 基于颗粒替换法( particle replacement method,PRM)的数值模拟方法为研究颗粒破碎提供了有效手段。 该方法通过预设颗粒替代模式和破碎准则来 模拟颗粒的破碎过程。 通过文献调研与对比分析,系统综述了基于接触力、应力张量和能量的三类破碎准则的适用 性与局限性,并探讨了子代数量确定、质量守恒实现及非球形建模等替换模式的关键问题。 结果表明,PRM 在预测破 碎后颗粒分布与形态方面具有较好潜力,但仍存在准则缺乏统一性、替换模式依赖经验等问题。 未来应致力于构建 普适性破碎准则、发展多物理场耦合模型,并结合机器学习与实验数据提升模拟精度与工程适用性。 

以油酸钠为捕收剂,针对正、反浮体系研究了超声处理对赤铁矿、石英以及绿泥石间交互作用的调控效 果。 试验结果显示,在适宜超声条件下,赤铁矿浮选体系中与绿泥石的交互影响可得到有效调控。 当采用 200 W 超 声功率对含 10%绿泥石的混合矿处理 1 min 时,正浮选体系精矿铁回收率提升 3. 89 个百分点,反浮选体系精矿铁回 收率提升 3. 67 个百分点。 同时,通过 SEM-EDS 检测、比表面积分析以及药剂吸附量检测分析了超声对赤铁矿、石英 以及绿泥石间交互作用的调控机理。 研究发现,超声处理可以使赤铁矿表面吸附罩盖的细粒绿泥石脱附,有利于浮 选药剂在矿物表面的吸附,对赤铁矿回收及绿泥石脱除均起到促进作用,为含绿泥石的低品位复杂赤铁矿石的浮选 分离提供了重要理论支撑。 

以氟磷灰石和白云石为对象,借助纯矿物微浮选试验,并结合动电位、接触角和红外光谱(FTIR)分析, 研究了新型抑制剂富里酸在油酸钠捕收剂体系中对氟磷灰石与白云石浮选分离的选择性作用效果。 结果表明:无抑 制剂存在时,氟磷灰石和白云石在油酸钠作用下均具有较高的可浮性,难以将二者分离。 相较而言,在弱酸性环境条 件下添加适量富里酸作抑制剂时,氟磷灰石被强烈抑制,而对白云石上浮率影响较小。 在矿浆 pH 为 5、富里酸用量 15 mg / L、油酸钠用量 60 mg / L 时,二元人工混合矿浮选分离得到的精矿 P2O5 品位为 33. 86%,回收率达 92. 36%,表明 矿物的选择性分离效果优异。 进一步的研究表明,富里酸可与油酸钠在氟磷灰石表面发生竞争性化学吸附,氟磷灰 石表面疏水性被选择性削弱,导致其可浮性显著降低,从而实现了与白云石的浮选分离。 

为探究微纳米气泡强化微细粒辉钼矿浮选过程、提高钼回收率的可行性,分别在自来水体系和微纳米 气泡水体系下,进行了浮选条件优化和对比试验,并采用接触角、高速摄像机等表征手段,揭示了微纳米气泡提高微 细粒辉钼矿浮选回收率的作用机理。 研究结果表明,在再磨细度为-20 μm 占 73%,粗选矿浆浓度为 30%、矿浆 pH 值 为 9、水玻璃用量为 600 g / t、巯基乙酸钠用量为 10 g / t、煤油用量为 60 g / t、2#油用量 40 g / t 的条件下,经“1 粗 2 扫 5 精”的全流程浮选闭路试验,在自来水体系下可得到 Mo 品位为 42. 78%、回收率 82. 03%的钼精矿,在微纳米气泡水体 系下可得到 Mo 品位 41. 41%、回收率 88. 71%的钼精矿。 在微纳米气泡体系下,Mo 回收率提高了 6. 68 个百分点。 微 纳米气泡通过增加微细粒辉钼矿的接触角、增强颗粒间的相互作用、提高颗粒与气泡之间的黏附效果来强化浮选过 程,进而提高了辉钼矿的浮选回收率。 本研究为强化微细粒辉钼矿的回收提供了技术参考和理论依据。 

常规浮选的粒度上限仅 150 μm 左右,提升浮选粒度上限不但可以降低磨矿能耗,还能在粗粒条件下通 过预选抛尾实现矿石预富集。 但粗颗粒以低解离连生体为主,气泡在此类表面的粘附动力学行为及调控机制尚不清 晰,导致粗粒浮选回收率低、有价矿物损失。 针对此问题,通过高速动态观测与 MATLAB 图像处理,研究了 3 种尺寸 气泡(550、750 和 950 μm)在 4 种含离散疏水位点亲水表面(疏水位点直径 100 μm,疏水位点边距依次为 40、100、200 和 400 μm)上的液膜破裂和铺展行为,发现气泡三相接触线(TPC)形成时间皆与疏水点边距正相关,且 TPC 平均铺 展速度和铺展直径与疏水点边距负相关,即疏水点边距增大不利于气泡粘附及后续铺展;随着气泡尺寸增大,疏水点 分布离散度对 TPC 铺展的阻碍作用减小,表明增大气泡尺寸一定程度上驱动了 TPC 的铺展。 研究结果有望为粗颗粒 浮选过程强化提供一定的理论支撑。 

微波作为一种新型的热活化技术,具有加热均匀、绿色高效等优势,黏土矿物经微波活化后晶体学特性 发生变化,可作为增强材料应用于高硅废石复合矿物材料的研制。 通过研究高岭土和高硅废石中的主要矿物成分石 英在微波活化前后的矿物晶体学特性变化,从矿物晶体学角度分析应用活化改性高岭土作为增强材料制备高岭土高硅废石高值矿物材料的可能性。 并采用热重分析(TG-DTG)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜( SEM)等检测 手段表征及分析高岭土和石英微波前后矿物晶体学特性和微观形貌的变化。 研究结果表明,高岭土经过微波活化 后,在 2kW-18min 时由层片状高岭土转变为针状/ 柱状莫来石,具备了增强结构;石英经过微波活化后,在 2kW-18min 时部分石英由 α-石英态向 β-石英态转变,石英颗粒变小,接触面积增大,有利于与其他矿物的相互作用。 在微波活化 作用下,可通过调控高岭土、石英的晶相,制备不同性能的高岭土-高硅废石复合矿物材料。 

骨料矿山台阶爆破的大块率是评价爆破开采效果好坏的一个重要指标。 以某凝灰岩骨料矿山为例,首 先,基于现场块度分布与数值模拟分析,建立了爆破块度与岩体动力损伤关联模型;其次,以该模型为依据,选用 9、 11、13、15、17、20 ms 孔间延时分别开展裂隙岩体台阶爆破数值模拟,以降低爆破大块率为主要目的,兼顾粉矿率控制, 获取最佳的孔间延时;最后,采用模拟计算优化所得的孔间延时开展现场爆破试验。 研究结果表明:爆破块度尺寸与 数值模型损伤值之间存在指数函数关系;在上述延期时间中,随着孔间延期时间降低,爆破大块率逐渐减小,粉矿率 逐渐增大,当孔间延期时间为 15 ms 时,爆破效果最佳。 矿山现场应用结果反映出,当矿山孔间延期时间调整为 15 ms 后,爆破大块率降低了 13. 73 个百分点,粉矿率增加了 0. 73 个百分点,平均破碎尺寸相应减小。 

在现阶段的露天矿山爆破中,多采用现场钻孔残留的岩粉进行炮孔堵塞。 然而岩粉堵塞炮孔的方法较 为原始,堵塞效果较差,尤其是在炮孔装药量大或者重心高时,容易发生爆破冲孔,堵塞体不能很好地拦截爆生气体, 导致爆破能量大量外泄,爆破效果不佳。 为提升炮孔封堵效果,在前人试验成果的基础上,引入地质聚合物对岩粉堵 塞材料进行改性,基于露天矿爆破堵塞作业内容和要求,设计了 6 组不同材料配比方案进行试验,对各方案的产物开 展了凝结时间和力学性能测试,选出效果最佳的配比方案。 针对地质聚合反应放热对爆破器材安全性的影响、地质 聚合产物对导爆管传爆的影响进行了分析,论证了改性岩粉材料应用的安全性,并对地质聚合物改性岩粉堵塞材料 进行了冲击破碎的数值模拟,认为该材料能够在爆破冲击下形成类似碎石的块状构造,可以在冲击波作用下发生相 互钳制的自封,提高炮孔堵塞体对爆炸能量的拦截能力,提高能量利用率,进而提升爆破效果。 实践结果表明:该方案 在平朔东露天矿分段装药结构中的应用取得了较好的封堵效果,降低了冲孔率和大块率。 

针对国土空间管控区域界桩缺失、移位、在线管理等问题,设计了一套界桩在线监测系统。 利用北斗定 位、加速度传感器、物联网等技术开发界桩异动监测设备,基于 Web 技术搭建了界桩可视化信息管理平台,并设计了 移动端智能巡检应用程序,通过 4G 移动网络通信,实现了全天候界桩定位、异动实时监控、自动报警等功能。 研究表 明:该系统采用全国产化硬件设计、低功耗 MCU,提高了系统信息安全性和续航能力,有效替代了以人工野外巡查等 方式为主的界桩保护方法,实现了低成本、高效率的界桩监控。 将所研发的智慧界桩监测系统应用于浙江省自然资 源厅测量标志监测项目,全天候监测嘉兴市 110 个测量标志的异动与位移,常规定位水平精度达到 2 m。

以混合动力矿用卡车为研究对象,建立基于动态规划(Dynamic Programming,DP)的能量管理策略对其 燃油经济性进行研究,最大程度地挖掘其节油潜能,同时获得混合动力系统储放能变化规律。 根据混合动力矿用卡 车的运行特点构建了其行驶工况和混合动力系统结构方案,建立了后向仿真模型,在此基础上建立了以发动机燃油 消耗为优化目标的最优控制数学模型并采用 DP 算法进行了求解。 仿真结果反映出,混合动力矿用卡车发动机的工 作点较原型车能够更多地工作在燃油经济区,并且燃油消耗比原型车降低了 18. 3%,同时获得了动力电池在储放能 过程中荷电状态(State of Charge,SOC)和电流的变化规律。 结果表明:所提出的混合动力方案是可行的,基于 DP 的 能量管理策略对燃油经济性的提高是有效的,矿用卡车具有较大的能量回收潜力。 该研究为后续混合动力矿用卡车 能量管理策略开发提供了理论基础和参考依据。 

煤炭灰分值是衡量煤炭质量的关键指标之一,灰分含量和性质对燃烧设备、环境、后续的加工利用都有 着极大影响。 针对目前煤炭灰分检测方法的滞后性、劳动密集型问题,提出了一种基于 XRF 光谱的预处理(Preprocessing,PRE)与偏最小二乘法(Partial Least Squares,PLS)相结合的 XRF 煤炭灰分智能预测算法。 通过将 XRF 技术获 取煤炭样品的光谱数据输入 PLS 主模型初步预测灰分,再将相关校正参数输入补偿优化模型中,最终将两者相加得 到预测灰分值。 试验结果表明:相对于偏最小二乘法回归、神经网络回归模型,PRE-PLS 模型决定系数为 0. 995 1,均 方根误差为 0. 941 1,平均绝对误差为 0. 733 2%,表明该模型具备较高的精度,能够胜任现场检测工作,为生产提供可 靠指导。 

矿区巡检机器人的路径规划面临复杂环境、动态障碍和不确定因素等挑战,为此提出了一种融合改进 快速随机树算法(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)与人工势场法(Artificial Potential Field,APF)的路径规划思路。 以快速随机树算法(RRT)为基础,引入随机游走法(Random Walk,SW)进行寻优策略优化。 在此基础上,为进一步提 升动态障碍环境下的适应性与避障能力,对 APF 算法中的引力和斥力参数计算方法进行了优化改进,最终提出了一 种融合 SW-RRT 和 IAPF 的矿区巡检机器人路径规划模型(SW-RRT-IAPF 模型)。 试验结果表明:SW-RRT-IAPF 模型 路径规划成功率最高为 97. 13%,路径平滑度最高为 93. 61%,路径平均规划时间最短为 0. 66 s。 在矿区复杂环境中相 比传统方法缩短了约 35%的路径规划时间,同时路径平滑度提升了 22%。 所提模型在白天和夜晚环境中均能优化路 径规划效率,有效避开动态障碍,为矿区巡检机器人路径规划提供了新方案。 

矿产资源高强度开发导致矿山粉尘问题愈发严重,严重威胁井下安全生产和工人职业健康。 喷雾降尘 技术可有效控制粉尘,喷雾特性的优劣与最终降尘效果相关性强,提升雾化效果可有效改善工作环境。 双流体雾化 喷嘴较单流体压力喷嘴优点明显,但喷嘴内、外流场与液态介质之间相互作用复杂,现场应用中间环节参数研究不够 深入,导致喷雾特性控制针对性不强,为高效降尘带来困难。 基于此,以双流体雾化喷嘴中的空气雾化喷嘴为研究对 象,研究了供水压力、供气压力 2 个关键参数对射程、水流量、气流量和 D50 、D90 5 个喷雾特性参数的作用形式和影响 规律,利用灰色关联分析法分析了不同参数对喷雾特性影响的重要度,确定了不同喷雾特性参数的敏感指标,并对喷 雾过程进行了优化控制。 研究结果表明:供水压力与射程、水流量和雾滴粒径呈正相关关系,供气压力与气流量呈正 相关关系;射程和水流量、气流量、雾滴粒径分别对供水压力变化、供气压力变化、液气压力比变化敏感。 研究结果可 实现对喷雾特性的针对性调控,为加快建设矿山湿式控除尘体系提供理论依据。

为解决综掘工作面现有泡沫除尘技术受掘进迎头反风和井下风水参数影响大的问题,研发了由新型细 泡发生装置、分流器、可调式伞状防堵喷头等组成的高能细泡抑尘系统。 新型细泡发生装置由水射流预混稀释段、气 射流双压助流段和混合器高效成泡段组成。 通过搭建基于相位多普勒粒子分析技术的细泡多特性试验平台,测试了 喷头不同轴向开合大小和不同细泡发生液浓度下的细泡宏观和微观抗风特性参数,明晰了细泡发泡倍数与抗风性能 的关系,揭示了扰动风流对细泡的作用机制。 结果表明:喷头雾化角随喷头轴向开合大小增大急剧减小,综合考虑细 泡最远射程和最大覆盖半径,优选得到喷头的最佳轴向开合大小为 2 mm;风流扰动对细泡速度的衰减率和对细泡粒 度的变化率均随发泡倍数增加呈现出先减小后增大趋势,综合发泡倍数和抗风性能,优选得到细泡发生液的最佳浓 度为 0. 9%。 基于研究成果并结合现场情况为某矿山 15115 综掘工作面定制了抑尘系统,应用结果表明:掘进迎头未 出现细泡随反风风流折返的情况,细泡对综掘工作面全尘和呼尘的抑尘率最高达 94. 3%和 91. 8%,实现了对掘进尘 源的精准覆盖。 

岩爆是世界岩石力学与工程研究的前沿,也是制约我国深部战略实施的安全难题。 岩爆防控的重点在 于机理研究,而刚度理论是岩爆机理研究的重要内容。 通过调研大量岩爆刚度理论研究文献,系统归纳了岩爆刚度 理论的发展历程、试验方法与典型试验结果、爆体—围岩系统模型与岩爆判据。 研究表明:① 刚度理论源于能量理 论,经过丰富发展但仍难单一圆满解释岩爆机理;② 刚度试验机演变推动了刚度理论试验由控制岩样刚度向控制试 验机刚度转变,岩爆发生的必要条件是试验机刚度低于岩样,且其烈度随着两者刚度差增大而增大;③ 岩爆刚度系统 模型将爆体与围岩视为弹塑性组合体,考虑岩样自身储能能力的系统模型更符合实际;④ 现有刚度计算方法主要围 绕室内岩样和试验机,且基于刚度理论的岩爆判据仍局限于判别岩爆是否发生。 通过分析刚度理论研究现有问题, 展望了动态变刚度试验、不同等级岩爆的刚度理论判据与基于工程实例的原位岩爆刚度理论研究等进一步研究方 向。 分析结果可为岩爆刚度理论研究与工程应用提供参考。 

随着工程建设及资源开采规模日益扩大,各类边坡的地震安全性及抗震加固措施愈发得到重视。 以黏 性土质边坡—抗滑桩系统为研究对象,选取了多组真实地震波,利用有限元差分软件 FLAC 3D 开展了一系列三维数值 分析,系统探究了强震作用下设桩位置、桩长和桩间距等因素对抗滑桩加固边坡变形特性的影响,并与地震作用下未 加固边坡的变形规律进行了对比分析。 研究表明:抗滑桩能够使边坡的抗震稳定性得到明显提升,利用动力强度折 减法求解得到的抗滑桩加固边坡的动力稳定性系数为 1. 43,与未加固边坡相比提升了约 6%;当抗滑桩与坡肩的水平 距离与坡面水平投影长度的比值为 0. 7 时,相对于未加固边坡,抗滑桩加固坡面加速度放大系数和平均永久位移减小 效果均最为显著,分别减小了约 8%和 10%,该工况加固效果最好;抗滑桩桩长取 10 倍桩径时较为适宜,桩长小于 6 倍 桩径时加固效果不明显,桩长超过 10 倍桩径时抗滑桩加固效果提升幅度较小;随着桩间距增大,由于桩间土拱效应随 之减弱,抗滑桩加固效果逐渐降低。 

为解决排土场生态修复缺少灌溉水源问题,拟在排土场顶部平台修建蓄水池,开展蓄水池修建对排土 场稳定性的影响分析。 以某矿山排土场为研究对象,采用有限元软件 MIDAS / GTS,基于强度折减原理,对比分析了桩 间墙、桩间墙—骨架、桩间墙—骨架—硬化平台 3 种支护方案的稳定性,结合排土场生态修复因素确定了最佳支护方 案,并讨论了蓄水池位置和容量对排土场稳定性的影响。 研究结果表明:与桩间墙支护方案相比,桩间墙—骨架支护 方案和桩间墙—骨架—硬化平台支护方案的稳定性更高,但方案 3 既不能明显提升排土场稳定性,还会使得排土场部 分土地灭失、复垦前后可利用土地面积减少,故桩间墙—骨架支护方案为最佳方案。 蓄水池在顶部平台前端修建时, 容量增加,排土场稳定性降低;蓄水池在中部或后缘修建时,容量增加,排土场稳定性基本保持不变。 蓄水池容量一 定,布设位置从顶部平台前端到中部,排土场稳定性增加,布设位置从中部到后缘,排土场稳定性基本保持不变。 研究 成果可为排土场边坡平台维护以及排土场生态修复提供理论依据。 

尾矿库作为人造的高势能危险源,一旦溃坝,将对下游居民生命财产安全与生态环境造成严重危害。 根据某尾矿库库内外及下游地形条件,建立了精细化的三维溃坝有限元模型,基于流体体积法,提出了刻画尾矿库溃 坝浆体流动规律的数学模型,定量分析评价了尾矿库溃坝后对下游的影响。 研究表明:溃坝发生后,尾矿库下游村庄 几乎均被淹没,56. 5%区域的淹没深度达到 20 m 以上,28. 3%区域淹没深度达 40 m 以上。 溃坝浆体流动规律受下游 河谷地形坡度影响显著,流动过程大致分为 3 个阶段:第 1 阶段,浆体下泄速度快,浆体前锋在下游河道的平均推进速 度约 17. 3 m/ s;第 2 阶段,溃坝浆体下泄速度显著降低,浆体开始向两岸横向扩展,浆体前锋平均推进速度仅 0. 54 m/ s;第 3 阶段,浆体流动基本达到稳定状态,不再继续向下游及两岸扩展。 研究成果为该尾矿库溃坝影响评价提供 了基本依据,同时也为其他类似工程研究提供了借鉴。 

鸡冠咀铜金矿床位于我国重要的长江中下游 Cu-Fe-Au-Mo 矿产聚集带鄂东南矿集区内,矿体以脉状、 薄板状为主,矿床受断裂—接触带构造、大理岩内的雁状裂隙控制,属岩浆期后高—中温气液型铜金矿床。 以鸡冠咀 铜金矿Ⅶ#矿体 28 #勘探线剖面中的 8 个钻孔 927 件样品原生晕数据为研究对象,利用因子分析、相关性分析、聚类分 析对矿体元素亲疏程度进行了研究,采用格里戈良分带指数法确定了原生晕的轴向分带序列,并结合原生晕异常特 征、原生晕地球化学参数特征等对Ⅶ#矿体边深部隐伏矿体进行了成矿预测。 研究结果表明:① Au、Cu、Co、W、Mo 之 间相关性较大,Au、Cu、Ag、Zn、Pb 是成矿最直接的指示元素。 ② 矿体原生晕轴向分带序列为 As-Sb-W-Co-Au-CuAg-Ni-Pb-Zn;前缘晕 As、Sb 和尾晕 W、Mo 共存,尾晕元素 Ni 出现在近矿指示元素 Pb、Zn 上部,指示矿体是多期次叠 加而成,矿体在轴向上向两侧边界有延伸的可能。 ③ w(Sb) / w(W)、w(As+Sb) / w(W+Ni)所反映的前缘晕与尾晕元 素比值在边界处较大,且有增加趋势,同样指示矿体沿轴向上有向两侧延伸的可能。 综合分析认为:鸡冠咀 28 #线Ⅶ# 矿体在剖面两侧仍有成矿的条件及趋势,有必要进行进一步工程验证。 

全吉地块位于青藏高原东北部,具有良好的沉积变质型铁矿成矿潜力,但由于该地块自然条件恶劣,地 质研究和成矿预测等工作尚未深入开展,制约了区域找矿发现。 通过系统梳理研究区区域地质背景,构建了全吉地 块沉积变质型铁矿成矿预测模型。 基于该模型,利用高分五号高光谱数据,通过联合应用 MNF(Minimal Noise Fraction)、PPI(Pixel Purity Index)和 SAM( Spectral Angle Mapper)方法,分析提取了研究区赤铁矿、褐铁矿、角闪石、白云 母、绿泥石 5 种指示矿物,并协同磁异常和地质填图数据建立了成矿预测数据集。 最后采用模糊层次分析法对多元成 矿预测数据进行权重赋值,通过指数叠加方法计算成矿有利度,据此圈定 5 处找矿预测靶区并开展了野外验证。 研究 结果表明:基于高光谱数据的指示矿物提取方法可为研究区沉积变质型铁矿成矿预测提供重要的数据信息支持,圈 定的找矿预测靶区为该区域沉积变质型铁矿床找矿勘查工作提供了重要方向。 

矿山深部采空区已成为威胁矿山人员和生产设备安全的重要危险源。 针对现有深部采空区探测方法 成本高、时效性差、测量盲区多等问题,设计了一种探入式三维激光雷达扫描系统进行采空区探测。 该系统采用廉价 的机械旋转式激光雷达降低成本;通过自主设计的基于图优化 Cartographer-SLAM(Cartographer Simultaneous Localization and Mapping)算法,能够快速处理激光雷达数据,实现在井下实时定位与建图,提高了时效性;搭配探入式三维激 光雷达扫描系统支架,可在危险巷道、采空区等人员难以进入的区域进行测量,有效减少测量盲区。 为解决现有建模 算法构建的采空区模型不光滑、孔洞多等问题,提出了一种基于移动最小二乘法(Moving Least Squares,MLS)优化的 泊松曲面重建算法,对采空区点云数据进行建模,通过 MLS 法对数据点周围进行高阶多项式插值,经过八叉树分割、 向量场计算、泊松方程求解、等值面提取,构建采空区三维模型。 在辽宁省某金矿开展试验,通过采集多处采空区、巷 道及地下硐室数据,实现了井下空间精确建模。 试验结果表明:所设计的系统和算法,可高效、精确地实现深部复杂采 空区三维建模,在一定程度上解决了深部复杂采空区探测中空区难以进入、存在测量盲区、建模精度不高等问题,为 采空区管理和安全生产提供重要技术支持。 

高分辨率遥感图像对于地质勘探、资源评估以及矿山安全管理具有重要意义。 采用生成对抗网络 (Generative Adversarial Networks,GAN)对矿山遥感图像进行单幅超分辨率重建,有助于提升图像质量、丰富图像细节。 然而,该方法在实际应用中仍存在训练过程不稳定、生成图像细节与真实地物存在差异,以及容易产生伪影等问题。 为此,提出了一种基于改进注意力机制的 GAN 矿山遥感图像增强算法。 生成器融合了金字塔拆分注意力模块(Pyramid Split Attention,PSA)与稠密残差块(Residual Dense Block,RDB),显著增强了特征提取能力。 金字塔拆分注意力模 块能够有效捕捉多尺度的图像特征,提升了模型对细节的敏感度;稠密残差块则通过密集连接方式,促进信息在网络 中的充分流动,进一步提升特征表示能力。 判别器方面,采用了谱归一化( Spectral Normalization,SN)技术代替传统的 批归一化层(Bath Normalization,BN),以增强对矿山遥感图像细节的学习能力,减少判别器对生成图像细节的忽视。 此外,基于带梯度惩罚的 Wasserstein 生成对抗网络(Wasserstein Generative Adversarial Network with Gradient Penalty, WGAN-GP)理论,优化了对抗损失函数,通过引入梯度惩罚项,稳定了训练过程,加快了模型收敛速度。 试验结果显 示:所提算法在细节纹理丰富性和伪影减少方面优于原始 GAN 算法,处理后遥感图像峰值信噪比( Peak Signal-toNoise Ratio,PSNR)提升了 0. 536~ 1. 897 dB,结构相似度(Structural Similarity,SSIM)提升了 0. 019~ 0. 089。 

为改进常压酸化法制备硫酸钙晶须产率低的难题,研究采用超声与氯盐(氯化钠与氯化钙)添加剂结合 的方式改进晶须产品产率。 结果表明:8 g 磷石膏与 400 g 酸浸溶液在超声频率 40 kHz、氯化钠浓度 1. 5 mol / L 条件下 反应,反应结束后添加质量比(氯化钙与磷石膏)为 1. 5 的氯化钙,晶须产率可达 77. 63%。 机理研究表明:氯化钠通 过电荷效应与盐效应促进磷石膏溶解的方式提高晶须产率,而氯化钙通过同离子效应提升析晶程度的方式提高晶须 产率。 此晶须产率改进工艺所制产品为二水硫酸钙晶须,纯度达 99. 78%,白度达 96. 43%,长径比达 78,满足行业标 准(DB43 / T 1155—2016)的要求。 

通过水热法制备了不同优势晶面暴露的二硫化锡(SnS2 )光催化剂,系统研究了其结构、形貌、光催化性 能及机理。 采用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-DRS)等手段对 SnS2 样品 进行了表征,结果表明,成功合成了(001)、(101)和(110)晶面暴露的 SnS2 ,分别呈现块状、花状和六角片状形貌。 在 模拟太阳光照射下,SnS2 晶面表现出显著的正丁基磺原酸钠( SBX) 催化氧化各向异性,由小到大依次为( 101)、 (001)、(110)。 (110)晶面优异的光催化活性归因于(110)晶面促进了光生载流子的迁移、降低了电子-空穴对的复 合率,并增强了光吸收能力。 自由基猝灭试验表明, 1O2 是光催化降解过程中的主要活性物种。 本研究为通过晶面调 控优化 SnS2 光催化剂的性能提供了理论依据,并为其在污水处理中的应用提供了参考。 

煤气化渣(CGS)是煤气化过程中产生的副产品,所含非晶态硅铝酸盐矿物相赋予了其作为胶凝材料使 用的潜力。 本研究采用机械研磨的方式对 CGS 进行活化预处理,探讨了 CGS 在水泥基胶凝材料中的适用性,并通过 XRD、SEM、TG-DTG 和 FTIR 等系列表征手段对水化反应过程进行分析,阐明了研磨时间对 CGS 颗粒特性和火山灰活 性的调控机制。 结果表明:CGS 颗粒尺寸随着研磨时间的增加呈先下降后上升的趋势,当研磨 80 min 时 CGS 特征粒 径达到最小值,D10 、D50 、D90 分别为 1. 0 μm、4. 7 μm、23. 6 μm。 机械研磨 80 min 的 CGS 表现出最优胶凝性能,水泥胶 砂 28 d 活性指数为 91. 5%,28 d 抗压强度最高为 46. 5 MPa,对比未活化的胶砂抗压强度提升了 120. 4%,满足火山灰 混合材料使用要求。 此外,机械研磨过程破坏了 CGS 的晶体结构,有利于活性物质的释放,生成大量以钙矾石、 Ca(OH)2 和 C-(A)-S-H 凝胶为主的水化产物,可以显著提升煤气化渣的火山灰活性。 从微观形貌可知,随着活化 时间的增加,水化产物微观结构逐渐均匀致密。 本研究为煤气化渣的资源化、规模化、高值化的利用提供了一种绿色 低碳解决方案,对碳达峰、碳中和的实现具有重要意义。