目前,我国矿山正在由过去的机械化、数字化发展阶段向智能化阶段迈进,遥感技术作为时空智能中的
关键技术在智能矿山建设中发挥着重要作用。在这个过程中,学术界出现了诸如矿山遥感、矿区环境遥感、矿山地质
灾害遥感、矿山生态环境遥感等诸多术语,而对于这些术语的内涵和外延未得到足够关注,影响了遥感技术在矿山的
应用与发展。针对此问题,在分析矿山特点及资源开发引发的系列变化与问题的基础上提出了矿山遥感的内涵,指
出矿山遥感是利用天—空—地—下遥感技术对矿山构成要素及矿山生产过程引发的问题或现象开展的探测和监测,
主要包括矿山资源遥感、矿山环境遥感和矿山灾害遥感,支持矿山绿色和可持续发展。其中,矿山资源遥感是利用遥
感技术进行矿山岩矿识别、矿石品位反演、矿体圈定、矿产资源量估测以及资源变化检测等;矿山环境遥感是利用遥
感技术进行矿山环境要素监测,包括不同地物类型覆盖变化监测、地表水体污染监测、土壤(尾矿库)水分监测和重金
属污染监测等;矿山灾害遥感是利用遥感技术进行各类矿山灾害的探测和监测,这些灾害类型包括矿山滑坡、崩塌、
地裂缝、开采沉陷、尾矿库溃坝等。继而,界定了矿山遥感的外延,并分析了矿山遥感与矿区遥感的区别与联系。在此
基础上,结合团队科研实践介绍了一些矿山遥感中的关键技术,包括面向矿山资源遥感的岩矿光谱智能感知技术、面
向矿山灾害遥感的露天矿山滑坡天空地多源协同监测技术,以及面向矿区环境遥感的多波段高光谱联合分析技术,
并讨论了这些关键技术相应的典型应用方向。最后,剖析了3 项关键技术发展面临的挑战并展望了未来发展方向。
认为现阶段存在的挑战在于研发适应不同矿山地质特点的岩矿光谱识别模型、适应于不同滑坡类型的灾害预警模
型,以及适宜于矿区环境多因素、多属性、多尺度特点的遥感监测技术,从而保证矿山遥感的有效性和可行性。“十五
五”乃至更长一段时间该领域发展需聚焦于天—空—地—下多平台、多模态、多频次遥感技术开发,实现多源遥感技
术的集成和协同创新,更好地服务于矿山绿色、智能化发展。

针对传统竖井“一掘一砌”施工工艺难以保障超深井筒安全高质建造要求,导致施工过程中产生地压灾
害难防难控的问题,以三山岛金矿2 005 m 深副井建设为工程背景,以弹塑性力学理论为基础研究井筒围岩力学响应
特征,采用理论计算、数值模拟、现场实测等方法分析了井筒围岩塑性区破坏形态及范围。为减轻或消除超深井筒地
压对井筒围岩稳定性的影响,提出了超深竖井超前序次释压建造理论与施工工艺,通过合理调整衬砌混凝土井壁与
井筒掘进工作面之间的距离,采用释压爆破、释能支护和调整衬砌时间,从时间和空间维度充分释放积聚在井筒围岩
内的高应力。结果表明:当衬砌混凝土井壁与井筒掘进工作面距离达到12 m 时,井筒围岩破坏深度减少49%~62%,
满足超深井筒安全稳定、高质建造的要求,保障超深井筒的长期稳定。

为解决目前综掘面风流无法有效将粉尘控制在掘进机前方、抽风口无法高效地将粉尘收集到除尘风机
中导致的控尘集尘效果不理想、粉尘污染严重等问题,提出了一种风流控尘与两级集尘协同降尘新思路。通过风流
控尘装置与集尘装置高效配合,使尽可能多的粉尘进入到一级集尘装置中,未被一级集尘装置捕集到的粉尘随着风
流进入到二级集尘装置中。以陕北某矿综掘面为例,设计了风流控尘—两级集尘系统,并建立了该系统的粉尘场有
限元计算模型,模拟分析了控尘与两级集尘单参数变化下隐患位置处的粉尘分布规律,确定了各参数的合理取值范
围。为获取最佳控尘—两级集尘协同降尘方案,基于Box-Behnken 原则设计了系统各参数综合变化下的试验方案,提
取了各方案数值模拟结果作为样本数据,以出风口右偏角度、出风口口径、一级集尘口距端头距离、二级集尘口距端
头距离4 个参数为自变量,基于Pareto 最优法建立了以司机位置粉尘浓度及回风侧行人呼吸带平均粉尘浓度为因变
量的优化模型,并采用NSGA-Ⅱ算法进行了模型求解,得到不同工况下最佳控尘—两级集尘协同降尘方案。为验证
降尘方案的有效性,设计并搭建了控尘—两级集尘系统试验平台并进行了测试验证。结果表明:在出风口距端头最
远距离(10 m)工况下,协同作用后,司机位置粉尘浓度由303. 19 mg/ m3 降低至163. 28 mg/ m3,降低了46. 1%;行人呼
吸带平均粉尘浓度由359. 68 mg/ m3 降低至76. 33 mg/ m3,降低了78. 8%,降尘效果显著。

在复杂开采条件下如何进一步提升无底柱分段崩落法的适用性是矿业领域永恒的追求目标。金川龙
首矿西二采区在由胶结充填法转为无底柱分段崩落法过程中,面临原充填法采场遗留大量废弃工程严重影响无底柱
分段崩落法正常开采这一复杂技术难题。结合矿山现场实际情况和无底柱分段崩落法的采矿特点,研究提出了单水
平开采、回填废弃工程+单水平开采以及返修废弃工程+双水平协同开采3 种技术方案,经过方案比选后推荐采用返
修废弃工程+双水平协同开采方案。采用物理放矿模拟试验设置了4 组试验方案对返修废弃工程+双水平协同开采
方案的爆破顺序和出矿顺序进一步展开了研究。4 组放矿试验结果表明,当上部作业水平超前于下部作业水平1 排
爆破,且在下部作业水平完成所有出矿作业时能够获得最优的矿石回采效果,试验得到该方案的矿石回采率为
76. 5%,贫化率为18. 0%。最后以上水平崩矿、下水平聚矿为原则确定了双水平协同开采方案具体的布孔方式及爆破
参数,并在现场开展了工业试验。结果反映出,该方案在整个实施过程中保持了采矿作业的安全稳定,最终取得了贫
化率14. 6%、回采率80. 3%的优秀指标。研究结果可为类似崩落法矿山在废弃工程干扰采矿作业工况下的安全高效
生产提供技术参考。

深部资源开采已逐步成为矿产资源开发行业的新常态,其岩爆灾害亟待深入研究。以国内某深部铁矿
为例,将实测地应力分析、理论模型推导、数字建模模拟和岩爆应力判据相结合,提出了一种多源融合的岩爆评价方
法。首先进行了矿区地应力测试,明确了最大主应力值以及最大水平主地应力的优势方向,对该矿2 个中段开采的岩
爆风险进行了总体评价;然后根据理论模型推导得出岩爆的影响因素,并对深部开采矿房(1 000 m 以下)与浅部开采
矿房(1 000 m 以上)建立数值模型,模拟了不同埋深矿房的开采过程,并对位移、应力以及塑性区等进行了量化分析
对比;最后结合数值模拟结果和岩爆应力判据对不同埋深采场的岩爆风险进行了综合评价。结果表明:当埋深由
-780 m 中段增大至-1 020 m 中段时,矿房顶板、底板以及边墙的位移均呈增大趋势,增幅约30%;在稳定性方面,矿
柱位移和塑性区面积也在增大,增幅分别为22. 89%和122. 65%;随着矿房顶板和边墙的最大主应力增大,也进一步
加大了发生岩爆的风险。综合基于实测地应力的岩爆风险总体评价以及基于数值模拟和应力判据的岩爆风险性评
价结果可知,-780 m 中段矿房顶板和边墙均无岩爆;-1 020 m 中段矿房顶板存在轻微岩爆,矿房边墙无岩爆。

为实现对司家营铁矿露天转地下开采围岩变形与地表沉降的有效控制,采用FLAC3D 数值模拟方法,构
建了空场嗣后充填采矿法盘区开采结构模型,研究了回采过程中不同充填接顶率下,充填体及盘区间柱对盘区围岩
变形的抑制作用,得到了不同影响因素下盘区围岩和盘区间柱的应力分布特征与变形破坏规律,以及采场充填接顶
率对围岩和间柱应力分布特征与变形破坏规律的影响。研究结果表明:① 充填接顶率对盘区围岩最大主应力分布基
本没有影响,最大主应力约71. 0 MPa,应力释放后达到4. 0 MPa 左右,采场围岩的最大主应力为73. 02~73. 15 MPa,
应力释放后约0. 6 MPa。采场中部围岩水平方向上的最小主应力未受到接顶率影响,其值约0. 78 MPa,垂直方向上的
最小应力为1. 57~1. 61 MPa,随着接顶率提高有减小趋势。② 采场开挖过程中,盘区上下盘及采场顶底板处产生了
较大位移,但随着充填接顶率提高,位移均呈减小趋势;盘区采场依次完成采、充后,采场顶底板分布有较多的剪切和
张拉塑性区,随充填接顶率提高,其分布范围逐渐减小,其中顶板的塑性区减小显著。③ 不同充填接顶率下,盘区间
柱内的最大主应力分布范围基本不变,最大主应力为126. 8~141. 0 MPa;当充填接顶率由80%提高到90%时,盘区间
柱的最小主应力由0. 74 MPa 降至0. 73 MPa,呈减小趋势。④ 随着充填接顶率提高,盘区间柱的张拉和剪切塑性破坏
区不断减小,当充填接顶率达到90%时,盘区间柱稳定性较好。研究结果对于改善采场及盘区围岩应力状态和防控
地表沉降有一定的实际意义。

通过开展不同石膏类型和磷石膏基复合激发的胶结充填体单轴压缩力学试验,分析了各因素对胶结充
填体早期力学强度的影响效应和最优掺量,并结合扫描电镜SEM 和EDS 定量分析技术,揭示了复合充填材料的微观
结构特征和水化机理。结果表明:掺加磷石膏胶结充填体的早期力学强度显著降低,但随着养护龄期延长磷石膏的
不利影响效应减弱;磷石膏基胶结充填体早期力学强度的显著影响因素为磷石膏和芒硝,NaOH 掺量不宜超过3%,芒
硝最优掺量为1. 0%,磷石膏掺量可达到40%;掺加磷石膏抑制了复合充填材料的早期水化反应进程,且充填体早期
变形随着磷石膏掺量增加逐渐增大,其破坏模式以平行于加载方向的张拉破坏为主。研究成果可为促进磷石膏资源
化利用提供参考,有助于降低矿山充填成本。

薄基岩顶板较薄,巷道不易形成稳定结构,易引发局部冒顶事故。探究了厚松散层薄基岩煤层巷道变
形的影响机制,重点解决多因素交互作用下的围岩稳定性分析问题。以赵固一矿16081 上顺槽薄基岩巷道为背景,针
对薄基岩巷道变形问题,将响应面法与FLAC3D 数值模拟相结合,研究了多因素耦合效应,分析了基岩厚度、基岩底分
层厚度与巷道断面宽度之间的交互影响机制。结果表明:① 巷道总变形主导因素排序为基岩厚度>断面宽度>底分
层厚度,塑性区体积主控因素为断面宽度>底分层厚度>基岩厚度;② 基岩厚度对总变形的影响随着基岩底分层厚度
和断面宽度增加逐渐增强,基岩底分层厚度与断面宽度的交互作用不显著;③ 基岩厚度对塑性区体积的影响随着底
分层厚度增大而增强,基岩厚度和基岩底分层厚度、巷道断面宽度与基岩底分层厚度对巷道塑性区体积的交互影响
不显著。结合上述分析,设计了5 种支护方案,进行了方案优选,并对矿山围岩变形进行了现场实测,现场监测显示,
90 d 内顶底板移近量80 mm,两帮移近量140 mm,巷道整体变形控制较好。

相对于管缝锚杆,自膨胀管缝锚杆具有安装便捷、高锚固力、恒阻滑移等优点,但是其在不同质量岩体
中的锚固力学特性尚不清晰。基于桦树沟铜矿2 655 m 水平的现场试验,在不同质量岩体中分别对装有不同长度药
卷的自膨胀管缝锚杆进行了拉拔测试,分析了不同岩体质量中锚杆的最佳药卷长度以及锚固效果。为进一步探明其
锚固力学特性,利用Ansys 软件对拉拔过程进行数值模拟,分析了不同药卷长度和不同岩体质量条件下锚杆—围岩界
面的应力分布特征。结果表明:在矿区完整、较完整、较破碎坚硬岩体中,自膨胀管缝锚杆的最佳装药长度分别为30、
30、45 cm,在最佳装药长度下,其锚固力分别是管缝锚杆的2. 30、2. 87、3. 88 倍;锚杆锚固力与药卷长度呈现近似线性
相关;药卷长度主要通过影响应力分布区影响锚固力,岩体质量主要通过影响锚杆—围岩界面的法向应力大小影响
锚固力。上述研究成果不仅为自膨胀管缝锚杆的合理使用提供了理论依据,还对实际矿山工程中的支护设计具有重
要的指导意义。

锰是支撑钢铁冶金与新能源产业的关键战略金属,其高效提取关乎国家经济安全。方锰矿(MnO)作为
锰氧化物基础相态,其表面Mn2+位点的电子特性对浮选分离效率具有决定性影响,且原子尺度机制尚不明确。本研
究基于密度泛函理论,采用GGA-PBESOL 泛函、650 eV 截断能和6×6×6 k 点取样密度优化计算参数,构建方锰矿体相
及(001)表面模型,通过Mulliken 电荷布居、能带结构和态密度分析揭示其电子结构与浮选机制。结果显示,方锰矿
晶格参数优化误差仅0. 84%,Mn—O 键布居值-0. 03,键长0. 220~0. 222 nm,呈离子键特性;态密度分析表明其O-2p
轨道主导价带电子态,而Mn-3 d 轨道在导带中贡献显著。表面分析发现,(001)面Mn2+ 位点因配位数减少引发晶格
畸变导致电子去局域化,其未占据3 d 轨道易与阴离子捕收剂发生p-d 杂化,而O2-位点因2p 轨道活性较低对阳离子
药剂亲和力弱。浮选行为预测表明,弱酸性至中性条件下,阴离子捕收剂可通过静电作用与Mn2+ 形成稳定吸附,而碱
性环境因表面羟基化抑制吸附。研究为方锰矿浮选分离提供原子尺度理论依据,建议采用磺酸基/ 磷酸基捕收剂协
同活化剂提升选择性吸附效率。

为获得DR 级高品位铁精矿产品、降低SiO2 与Al2O3 的总含量,以非洲某高品位铁矿石为研究对象,开
展磨矿—磁选工艺优化试验。结果表明,矿石TFe 品位为65. 92%,铁元素主要赋存于赤褐铁矿和磁铁矿中,为主要
回收目标矿物。试样在一段磨矿细度-0. 074 mm 占比为60%、一段弱磁和强磁场强分别为79. 6 kA/ m 和398. 0
kA/ m、强磁精矿精选场强为159. 2 kA/ m、强磁扫选场强为398. 0 kA/ m 的条件下,可获得TFe 品位68. 11%、SiO2 +
Al2O3 含量1. 20%、回收率82. 96%的混磁精矿。产品分析显示,混磁精矿主要由赤褐铁矿和磁铁矿组成,原矿中的主
要磁性铁矿物得到了有效富集。研究表明,采用磨矿—磁选工艺可实现该非洲铁矿中赤铁矿与磁铁矿的高效分选,
尤其在控制精矿中铝、硅杂质含量方面优势显著,能够获得优质DR 级铁精矿。

针对攀西地区某钒钛磁铁矿选矿厂工艺流程长、生产效率低等问题,使用X 射线衍射仪、X 射线荧光分
析仪、振动磁强计等仪器,分析了现场塔磨机排矿的矿物组成与金属分布规律、不同粒级的磁化特性等,并借助三产
品磁选柱进行了分选试验。结果表明,该矿样中主要含铁矿物为钛磁铁矿和钛铁矿,主要脉石矿物为辉石。原矿TFe
品位为55. 34%,TiO2 品位为11. 36%,-0. 074 mm 粒级含量为87. 21%,Fe 分布率为89. 11%,TiO2 分布率为86. 81%。
经过三产品磁选柱分选,获得的精矿、中矿和尾矿的TFe 品位分别为60. 02%、54. 03%和22. 96%,回收率分别为50.
68%、47. 33%和1. 99%,TiO2 的品位分别为9. 98%、10. 52%、29. 92%,回收率分别为68. 05%、17. 90%和14. 05%。采
用三产品磁选柱能够从塔磨机排矿中直接获得合格铁精矿,同时实现钛资源的高效回收,降低了后续选矿成本,为同
类矿石的高效分选提供了新的技术途径。

浮选浓度是影响浮选指标的关键因素之一。适宜的浮选浓度不仅有助于提升分离指标,还能降低浮选
成本。针对铜钼浮选分离过程中动力学规律不明的问题,考察了不同矿浆浓度下铜钼分离的钼富集及回收情况,研
究了浓度变化对钼浮选动力学的影响规律,并选取经典一级动力学模型进行了阶段速率常数(k)的分析。结果表明,
浓度对某铜钼混合精矿浮选分离影响较大,适当提高浮选浓度,可提高钼浮选回收率;浮选动力学拟合结果表明,各
矿浆浓度下拟合优度值(R2)均大于0. 99,一阶浮选动力学模型对该试验数据的拟合良好;随着浓度的增大,所拟合的
速率常数(k)先上升后降低,浓度为35%时最高。综合考虑,该铜钼混合精矿粗选适宜的浓度为35%~40%。结合现
场工艺流程,采用“铜钼分离—钼粗精矿再磨再精选”的流程,获得的钼精矿含钼48. 78%、含铜1. 23%,钼回收率
92. 49%;铜精矿含铜21. 79%、含钼0. 06%,铜回收率99. 92%。本研究明确了铜钼分离粗选浓度对速率常数(k)的调
控作用,为铜钼分离浮选工艺优化提供理论支撑,并为同类铜钼混合精矿的浮选分离提供了技术参考。

针对西南某钛选矿厂浮选所得硫钴混合精矿(钴品位0. 33%,硫品位31. 92%)中钴含量未达到计价标
准、价值未充分体现等困境,本研究从工艺矿物学入手,明确钴主要赋存于含钴镍黄铁矿和钴镍黄铁矿中,其单体解
离度达87%以上,在此基础上突破传统再磨与脱药的预处理框架,提出利用高效选择性药剂实现硫钴混合精矿原浆
直接浮选分离的新工艺,研发出“复合钙活化剂+EMZ5#抑制剂”浮选药剂制度。“1 粗1 扫3 精”不脱药、不再磨的原
浆浮选分离闭路试验获得的有价钴精矿Co 品位2. 25%、Ni 品位4. 84%,回收率均在80%左右;硫精矿S 品位
31. 82%,其Co、Ni 含量分别降至0. 07%、0. 18%,实现了钴镍矿物的高效分离富集。研究表明,原浆浮选分离工艺在
流程简化、降低能耗与成本方面具有显著优势,为低品位钴硫资源的高效利用提供了新的技术方向。

四川西部某伟晶岩型低品位锂多金属矿主要可回收利用矿物为锂辉石,同时伴生少量铌钽矿物,其
Li₂O、Nb₂O₅ 和Ta₂O₅ 品位分别为1. 25%、0. 009%、0. 003%。为高效综合利用该矿石资源,在磨矿细度为-0. 074 mm
占74. 3%的条件下,采用锂辉石捕收剂EM-PN30,在1 粗2 扫3 精浮选闭路流程情况下进行试验。最终获得了含铌钽
锂精矿,Li₂O、Nb₂O₅ 和Ta₂O₅ 品位分别为5. 60%、0. 035%、0. 015%,回收率分别为86. 31%、75. 52%、72. 82%。再经强
磁—重选试验,分离出Li₂O 品位为5. 65%的锂精矿和(Nb₂O₅ +Ta₂O₅ )品位为30. 23%的铌钽精矿。采用“锂铌钽混
浮—混浮精矿弱磁除铁—强磁选—重选分离”的工艺流程不仅能够充分回收矿石中的锂,获得指标较为理想的锂精
矿,还能分离回收得到铌钽精矿,实现了矿石中锂、铌、钽元素的高效综合利用。

针对硫化型脉金矿浮选中巯基类捕收剂单独使用时捕收能力不足、导致尾矿中金损失严重的问题,本
研究在丁基黄药与丁铵黑药复配的二元组合捕收剂基础上,引入具有长疏水链且与金属离子强亲和能力的油酸钠,
构建了丁基黄药-丁铵黑药-油酸钠三元组合捕收剂,旨在发挥药剂间的协同效应,强化低品位硫化型脉金矿中金的
高效浮选回收。通过实际矿石浮选试验,结合接触角、Zeta 电位及X 射线光电子能谱(XPS)等表面分析技术,评价了
三元组合捕收剂的浮选分离效果,并揭示了其在载金矿物黄铁矿表面的选择性吸附机制。浮选试验结果表明:采用
质量配比为3∶1∶1 的三元组合捕收剂,在pH 值7~8、起泡剂MIBC 及“1 粗2 精2 扫”闭路流程条件下,可获得金品位
19. 20 g/ t、金回收率89. 46%的金精矿,显著优于单一丁基黄药及二元组合捕收剂。表面分析表明,组合捕收剂可选择
性地吸附于黄铁矿表面,增强其疏水性,扩大与脉石矿物的可浮性差异;其中三元组合捕收剂因油酸钠的螯合作用及
协同吸附效应,在黄铁矿表面吸附更为强烈,从而实现对低品位硫化型脉金矿中金的高效回收。

针对露天石灰岩矿山高节理密度、高抗压强度硬岩破碎效率低、传统爆破振动控制难及生态敏感区环
保约束严格等问题,提出了一种适用于多裂隙岩体的液氧瞬态相变破岩技术。基于液氧汽化膨胀产生的准静态高压
特性,分析了“应力波反射增强—气体楔入扩展”双阶段破岩机理,并在河北某大型露天石灰岩矿区开展了现场试验
研究。通过系统布设振动监测、块度统计与环境参数检测手段,定量分析了液氧相变破岩的致裂效果、振动传播特征
及环境影响。试验结果表明:临空面区域粒径小于30 cm 的碎块占比达到约70%,岩体破碎均匀性显著优于传统爆
破;在距爆源40 m 处,质点峰值振动速度较常规爆破降低约37%,主振频率稳定分布于8~15 Hz,有效避开了建筑物
共振频段;爆破过程中未检测到 NOx 、SO2 等有害气体释放,粉尘浓度明显降低。研究反映出液氧瞬态相变破岩技术
在高陡边坡及生态敏感露天矿山中兼具高效破岩与振动环境友好特性,可为非炸药破岩技术的工程应用与绿色矿山
建设提供技术支撑。

针对隧道爆破施工过程中爆炸应力波作用下邻近输油管道振动响应复杂、空间分布不均匀问题,开展
了爆破荷载作用下埋地输油管振动响应特性研究,分析了爆破振动沿管道截面与轴向的传播与衰减规律。基于爆炸
应力波传播理论,建立了爆破动荷载作用下埋地管道动力响应分析模型,并采用LS-DYNA 软件构建三维数值模型,系
统分析了爆破振动对输油管道的动力响应过程。在此基础上,选取隧道埋深和掏槽孔单段药量2 个关键爆破参数,分
析了其对管道振动速度及应力响应的影响规律,并提出了相应的减振控制措施。研究结果表明:爆破动荷载作用下,
管道截面振动响应呈现明显的非均匀分布特征,峰值振动速度与有效应力均表现为底部最大、中部次之、顶部最小;
沿管道轴向方向,最大振动速度与有效应力峰值集中分布于距爆源0~2 m 的未开挖区段,且随着距离增加呈指数形
式衰减。参数分析结果显示,管道峰值振动速度与埋深之间符合指数函数关系,而与掏槽孔单段药量呈显著正线性
相关。研究成果可为隧道近接输油管道爆破施工中的振动安全评估及参数优化提供参考。

露天矿工程项目具有设计复杂、生产环节多、工程动态发展和信息多源分布等特点,传统的项目管理模
式因存在矿建项目信息难以共享的问题,导致设计变更、工程返工等诸多工程问题屡见不鲜。以建筑信息模型
(Building Information Modeling,BIM)技术为基础,针对露天矿建设工程设计领域,深入分析了其BIM 设计内涵,研究了
BIM 矿建设计的框架,并以国能集团新疆矿业红沙泉二矿为例开展了应用探索。结果表明:① 露天矿建设工程BIM
设计内涵是以BIM 技术为基础,融合协同设计和真三维信息十大关键技术,从安全管理、设计质量、工程建设、绿色智
能、技术支撑等多角度开展露天矿工程设计;② 通用软件端、专业软件端、三方软件端、应用端和数据交互平台共同组
成了露天矿BIM 设计框架,其功能架构遵循“自上而下逐级规划、自下而上分布实施”的金字塔结构,并由分类编码、
数据模型及信息传递共同构成其设计数据标准;③ 红沙泉二矿BIM 设计应用实践表明,该技术显著提升了设计质量、
安全管理水平以及全过程智能管控和绿色开采水平。

露天矿运输过程中轻车跑票和人为套票等现象时有发生,导致运载数据统计的真实性和可靠性大幅度
降低,不利于矿山运营管理。采用图像识别技术,提出了一种基于改进YOLOv5s 的露天矿卡装载率检测方法。将露
天矿卡车装载图像数据集进行数据增强与扩充,并对其进行标注;在YOLOv5s 网络结构基础上,采用改进的骨干网络
GhostNet 进行特征提取;增加浅层网络P2 细化特征输出,提升网络对空间信息进行有效捕捉的能力,同时引入吞吐量
可配置卷积C2f 模块,确保轻量化的同时获得更加丰富的梯度流信息;在目标检测后处理阶段使用更平滑的soft-NMS
算法替代NMS 算法去除冗余检测框,使用损失函数CIoUα 对矩形框损失进行计算。研究结果表明:改进的YOLOv5s
模型对不同装载率(70%、80%、90%、100%和110%)矿卡的识别准确率分别达到83. 2%、90. 4%、93. 3%、92. 4%和
94. 1%,能满足矿山现场监测需求。该方法具有不接触计量对象、不干扰运输系统、运行成本低,无需人工值守等特
点,可为实现露天矿运输的精细化管理提供数据支撑。

露天开采虽然具有高效低成本的优势,但对生态环境造成了显著破坏,进而对区域碳平衡产生了深远
影响。监测矿区碳汇能力对于促进生态修复与实现碳中和目标具有重要意义。然而,现有研究在矿区碳汇监测中普
遍存在未充分考虑矿区土地利用类型以及缺乏数字化管理手段的问题。基于此,设计并研发了一套露天矿区碳汇监
测分析系统,集成了矿区开采活动监测、生态环境要素监测和碳汇监测三大核心功能模块。矿区开采活动监测模块
用于监测矿区的基础数据与开采活动信息,帮助用户全面了解矿区开采现状;生态环境要素监测模块用于动态反映
植被覆盖、气候条件等生态要素的时空变化,为碳汇监测提供重要的数据支持;碳汇监测模块采用了顾及土地利用的
碳汇计算方法,实现了矿区碳汇动态监测与分析,帮助用户全面掌握碳汇的时空变化特征。系统通过时空格网编码
技术实现了对监测数据的高效管理与存储,支持信息快速查询与提取。陕西某露天矿的应用结果表明,该系统能够
有效监测矿区开采过程及其对碳汇的影响,实现长时序、高频次、多尺度的碳汇动态监测,提升了监测效率和管理水
平。系统的研发为矿区碳汇监测提供了新的技术手段,具有较好的推广应用价值。

金属大气腐蚀每年造成的经济损失巨大,探究金属结构大气腐蚀作用因素及劣化规律,对于金属结构
服役寿命预测及支护补强具有重要意义。随开采深度增加,地下工程支护结构的腐蚀耐久性问题愈加突出,开展深
部矿井环境下的支护结构劣化规律研究势在必行。为此,归纳了当前金属大气腐蚀的研究进展,从主要影响因素及
其作用机理方面分析了六大环境因素对金属结构的劣化规律,在对比现场暴露试验与室内加速试验优劣性及相关性
指标的基础上,进一步总结了当前室内加速试验装置的研发现状。研究表明:① 环境相对湿度为大气腐蚀的发生提
供了环境基础,温度影响大气腐蚀速率的快慢,其他环境因素对腐蚀速率的影响与其含量密切相关,多种因素相互关
联、协同作用,致使大气腐蚀作用机理复杂。② 现场暴露试验真实可靠,但具有区域限制、实时性差及试验周期长等
缺点,因此可通过腐蚀产物、腐蚀动力学与室内试验建立相关性指标。③ 室内加速试验装置可模拟部分大气腐蚀环
境,但未有针对深部矿井环境研发的全尺寸支护结构多因素耦合室内加速试验装置,难以准确探究深部矿井环境下
支护结构的劣化规律。基于上述环境因素及装置研发现状分析得出,当前大气腐蚀存在环境因素研究单一、缺少深
部矿井环境模拟的加速腐蚀试验装置等不足。为此,提出了一种针对矿山恶劣环境下锚杆—锚固结构失效规律探究
的室内加速腐蚀试验装置研发构想,并根据矿井环境影响因子相关性及试验加速性,实现了温度环境、湿度环境、固
体颗粒物环境、多种腐蚀性气体环境及混菌体系等5 种环境的模拟,设置了全尺寸支护元件、围岩模拟单元及预应力
施加等3 种模拟工况。在上述分析的基础上,进一步讨论了金属结构大气腐蚀研究领域存在的不足,如腐蚀因素单
一、未考虑混菌体系及中低能级扰动应力对支护结构的影响、腐蚀试样尺寸小等问题。认为未来研究重点应聚焦于:
① 依据环境因素的劣化影响度,探究复杂环境因素对支护系统的耦合作用;② 明确环境诱导作用下,混菌体系对支
护结构的腐蚀劣化规律;③ 揭示中低能级扰动应力下支护结构的腐蚀劣化机制;④ 加强全尺寸支护结构研究,避免
试样尺寸效应造成的误差。

频发的金属矿山事故给社会带来了巨大危害并造成重大的经济损失。为有效预防事故发生,采用事故
致因2-4 model 分析方法,分别从直接原因、间接原因、根本原因及根源原因4 个层次对10 a 内(2014—2023 年)30 起
典型的金属矿山伤亡事故展开分析,并使用Apriori 算法挖掘直接原因中各因素之间的关联性。分析结果表明:30 起
金属矿山伤亡事故中存在18 种288 次不安全动作、15 种204 次不安全物态。通过计算发现不遵守作业规章是事故中
与其他风险项联系最紧密的节点,同时列出了置信度大于80%的关联规则;行业安全文化缺失使得企业安全管理体
系不完善,进而影响员工安全意识与安全习惯的养成,导致个体产生不安全行为或忽略生产环境的不安全物态。金
属矿山事故预防需要整个行业共同贯彻安全方针,强化安全文化氛围;同时企业应重点健全安全管理体系与培训机
制,强化作业环境的安全建设,提升员工的安全素养。

为探究井下综掘机在动态掘进过程中截割煤岩时粉尘扩散的时空演化规律,以李家壕矿31116 主运顺
槽综掘工作面为例,通过将Fluent 建模软件和CFD 模拟软件与动网格理论相结合,对综掘机截割头截割煤岩时的动
态过程进行了仿真模拟,探究了截割头在不同时间(不同位置)下截割煤岩时粉尘扩散的时空演化规律和在综掘机司
机位置处的粉尘污染情况。结果表明:在综掘机动态掘进割煤过程中,截割煤岩所产生的高浓度粉尘团会随截割头
运动而运动;当截割头运动到回风侧截割煤岩时,产生的粉尘会随回风风流迅速扩散到综掘机司机位置处,严重影响
了掘进司机的身心健康和工作环境。此外,对综掘机整个掘进工作流程进行研究发现:在综掘工作面前段0~7 m 空
间范围内,综掘机截割头的运动(位置变化)对巷道内粉尘扩散的影响较显著;此后,随着粉尘颗粒持续向巷道出口扩
散,粉尘逐渐充满巷道,产尘源(截割头)的位置变化对巷道后部粉尘污染分布的影响大大减弱。

草原生态脆弱区为我国能源保供作出了突出贡献,但也面临采矿引起的生态系统退化问题。基于山水
林田湖草生命共同体理念,阐述了新时期服务于多目标的矿山生态修复内涵、矿产资源开采导致的多尺度生态问题,
提出了基于草原生态脆弱区生态系统特点和规律的矿山生态修复对策。研究表明:① 矿山生态修复应更加突出综合
性和系统观,增强不同空间尺度的耦合性,构建多尺度、多层级、多要素的矿山生态修复治理体系,促进实现场地尺度
土地利用结构和功能优化,中观尺度生态系统结构和功能恢复与提升,区域或流域尺度生态空间网络畅通和格局优
化,进一步融入山水林田湖草沙系统治理和修复体系,实现生态—经济—社会复合大系统效益的综合提升。② 草原
生态脆弱区矿山生态问题在各层级空间尺度上表现不同,在场地尺度上表现为采矿活动造成的植被破坏、河流断流、
土地损毁等自然资源的直接性破坏,水体污染、土壤污染、粉尘污染等间接性环境破坏,以及采矿引发的地质灾害造
成的自然资源二次破坏;在生态系统尺度表现为生物多样性丧失、生态系统退化等造成的生态系统结构受损,水源涵
养、水土保持、固碳释氧等生态系统服务功能弱化;在区域或流域尺度表现为景观结构受损、生态系统整体质量下降。
③ 矿山生态修复应以精准调查矿山环境本底状况为基础,坚持分类施策与系统推进:对政府兜底的无主废弃矿山,通
过提高申报项目成熟度、建立中央项目储备库、建立项目监管台账制度、探索先建后补机制等措施,优化中央财政转
移支付项目管理,提高财政资金使用效益;对有义务人负责的有主矿山,通过完善矿业用地政策、加强生产矿山生态
修复监管、完善矿山生态修复技术标准等措施,健全“边开采、边修复”制度体系和监管机制;在建立激励机制和创新
模式方面,通过建立健全用地管理与生态修复相挂钩的激励机制、探索提升林草碳汇能力的发展模式、探索“生态修
复+产业”发展模式等,以生态修复优化国土空间格局,助力产业结构调整和可持续发展。

采矿活动产生的矿山酸性废水(AMD)呈强酸性,含有高浓度的Fe²⁺ ,并伴有(类)金属污染。为实现
AMD 的高效处理,本研究建立了质子交换膜(PEM)电解系统。系统在最优条件下(铱钛网阳极,铂片阴极,15 g/ L
SO^2-
4 ,60 mA)将pH 为2. 5~4. 5,Fe²⁺浓度为200~800 mg/ L,含50 mg/ L Fe³⁺(Mn²⁺ 、Cr³⁺ 、Cu²⁺ 、Zn²⁺或As⁵⁺ )的AMD 中
(类)金属浓度在290 min 内降至符合饮用水标准。其除Fe 效率与初始pH(2. 5~4. 5)正相关,与初始Fe²⁺浓度(200~
800 mg/ L)负相关。50 mg/ L Fe³⁺ 、Cu²⁺和Zn²⁺对其除Fe²⁺起抑制作用,Mn²⁺和Cr³⁺起促进作用,As⁵⁺无影响。产物表征
证明,AMD 中Fe²⁺初期部分被溶解氧氧化为(氢)氧化铁,部分水解为(氢)氧化亚铁,末期溶解再结晶为Fe₃O₄;Fe³⁺ 、
Mn²⁺ 、Cr³⁺ 、Cu²⁺和Zn²⁺与Fe²⁺共沉淀为金属氧化物;As⁵⁺被铁矿物吸附。

为实现含砷固废的资源化利用与安全处置,以锡矿尾矿为研究对象,采用球磨—湿法协同工艺开展脱
砷研究。通过对SiO₂-As₂S₃-CaCO₃-FeS₂-H⁺ / OH^- -H₂O 体系进行热力学平衡分析,探讨了砷的溶出机理与溶解平衡规
律;系统考察了料球比、料水比、球磨时间及pH 值等工艺参数对砷浸出率的影响,并优化试验条件。结果表明:降低
料球比和料水比、延长球磨时间均有助于提高砷的浸出率;pH 值对砷溶出行为影响显著,强碱性条件(pH= 11. 0)下
砷浸出率达84. 6%。物相与微观形貌分析显示,球磨处理可在颗粒表面引入结构缺陷,使尾矿平均粒径降低、比表面
积增加,显著促进了界面传质与砷的浸出反应。本研究为典型含砷锡尾矿中砷的绿色分离提供了一条易于工业化实
现的技术路线。

控制硫化铜矿废渣堆存过程中引发的酸性废水和重金属污染风险,是矿产企业生产面临的重要难题。
本研究选取贝壳基碳酸钙、膨胀蛭石、沸石和生物炭4 种材料,通过室内柱淋溶试验,模拟实际堆存场环境,系统评估
其对淋滤液pH 的调控能力及对重金属(Cr、Cu、Pb、Ni、Cd)形态转化与迁移性的影响,为解决废渣堆存污染问题提供
科学依据和技术选择。结果表明:① 4 种材料均可不同程度提升淋滤液和土壤pH,其中贝壳基碳酸钙效果最为迅速
且稳定,可使土壤pH 升至约8. 0;生物炭与膨胀蛭石呈缓释提升趋势,沸石作用相对较弱。其在提升土壤pH 方面的
最佳施加量(与土壤干重比)依次为15%、15%、10%和10%。② 与对照组(CK 组)相比,生物炭对铜矿废渣淋滤液中
Cr、Cu、Pb 和Ni 的固定总量随施加量增加而显著提升,最大增幅分别达338. 5%、106. 6%、34. 8%和271. 1%;10%施加
量的贝壳基碳酸钙对Cu 和Pb 的固定量分别提高30. 5%和130. 9%;10%施加量的沸石对Pb 的固定量提升50. 1%。
③ BCR 形态分析表明,各处理材料均能降低重金属弱酸提取态与可还原态比例,提高残渣态占比,其中贝壳基碳酸钙
和生物炭在增强重金属结合强度(I_R)与降低其迁移系数(M_f)方面作用效果最佳。相关性分析进一步证实,土壤pH
与Cd、Pb 含量和残渣态呈正相关,与Cd、Cr、Cu、Pb 和Ni 的弱酸提取态呈负相关,说明提升pH 是促进重金属稳定化、
降低其迁移性的关键机制。综上,4 种修复材料通过提升土壤pH,有效增强了土壤体系对硫化铜矿渣中重金属的吸
附固定能力,显著降低了其迁移性和生物有效性,贝壳基碳

针对当前尾矿库坝体形变广域监测面临的时空采样率低、成本高和隐患识别精度低等问题,以辽宁省
鞍山市、辽阳市和本溪市尾矿库集中分布区为例,基于联合分布式目标和改进干涉相位最大似然估计的DS-InSAR 技
术,提出了一种适用于广域长时序尾矿库群坝体形变监测与分析方法,利用55 景Sentinel-1A 数据获取了研究区内尾
矿库群坝体2020 年1 月—2021 年10 月的形变时空分布特征。结果表明:DS-InSAR 技术能够有效识别研究区内30
座尾矿库坝体中的25 座,显著多于SBAS-InSAR 技术,且最大形变速率可达-144 mm/ a;尾矿库坝体的形变速率与降
水存在显著相关性,降水后坝体形变速率存在明显的加速现象;DS-InSAR 技术有效监测点数量约为SBAS-InSAR 技术
的4 倍,二者同名点形变速率相关性较高,能够为尾矿库的广域普查和稳定性评估提供技术和数据支撑。

针对矿区开采沉陷范围广、形变梯度大,传统InSAR 技术因影像失相干而无法全面、准确提取大形变梯
度区域地表沉降信息的问题,以山东省济宁市某煤矿8303 工作面为例,在GACOS 数据辅助InSAR 解算的基础上,联
合SBAS-InSAR 和PO-SBAS 技术开展矿区沉陷监测研究。利用沉降信息融合方法,通过水准数据确定SBAS-InSAR 和
PO-SBAS 监测结果的可靠边界,借助先验误差定权原则和概率积分预计模型,实现SBAS-InSAR 和PO-SBAS 监测结果
的融合,并分析其沉降监测精度。研究结果表明:GACOS 大气校正可以有效削弱大气延迟影响,在小形变梯度情形
下,大气校正后的SBAS-InSAR 监测结果比常规SBAS-InSAR 监测结果更可靠。通过与水准观测数据比较,融合SBASInSAR
和PO-SBAS 技术的监测结果与真实沉降变化趋势基本吻合,监测精度优于单一SBAS-InSAR 或PO-SBAS 技术。
研究反映出,联合SBAS-InSAR 和PO-SBAS 的监测技术是一种有效获取完整下沉盆地形变信息的监测方法,可为矿区
开采沉陷监测提供技术支撑。

在矿区遥感图像获取过程中,混合噪声(包括加性高斯白噪声与乘性斑点噪声)普遍存在,严重影响了
图像质量和后续判读分析。提出了一种基于小波域分数阶微分的矿区遥感图像去噪算法,旨在有效抑制混合噪声的
同时,保留图像的边缘和细节信息。该算法首先对遥感图像进行小波变换,将图像分解为低频和高频分量,其中噪声
主要集中在高频分量。针对高频分量应用具有各向异性扩散特性的分数阶微分算子,通过优化分数阶参数,自适应
保护图像的边缘与纹理。采用非局部均值滤波算法进一步优化分数阶微分处理后的高频分量,以有效抑制噪声在迭
代过程中的累积效应。将处理后的高频分量与原始低频分量进行小波逆变换重构,获得去噪后的图像。试验结果表
明:所提算法能够在保持遥感图像边缘细节的同时,有效平衡降噪与细节保留,性能优于均值滤波、中值滤波、非局部
均值滤波等算法。

盐湖提钾钠后产生的巨量水氯镁石的堆积问题已成为制约盐湖发展的关键所在。以盐湖水氯镁石为
原料,采用两步法制备轻烧氧化镁,系统考察了轻烧工艺参数对制备轻烧MgO 活性的影响。结果表明,以氧化钙、氯
化铵作为沉淀剂制备的Mg(OH)2 纯度高(99. 17%)、结构致密规整,适合作为制备氧化镁的前驱体。同一温度下延
长轻烧时间可促进结晶完善、减少晶格缺陷,但晶粒尺寸减小、结构致密化。轻烧温度是影响MgO 活性的主要因素,
500 ℃时活性最高。MgO 的活性与晶粒尺寸负相关,温度过低或过高都会因晶粒生长不佳导致活性下降,晶粒在50~
70 nm 时活性降幅平缓,70~100 nm 活性急剧降低。以氧化钙、氯化铵为沉淀剂制备前驱体,在500 ℃下轻烧2 h 制得
的MgO 活性较好,CAA 值为95 s。本研究为水氯镁石制备活性氧化镁提供了工艺参数参考,对消纳盐湖废弃镁资源
具有重要意义。

针对矿产资源开采后遗留的采空区频发的地质灾害及对废弃资源加工的绿色充填材料的需求,本研究
提出了采空区充填的磷石膏(PG)固废矿山充填材料替代传统水泥基材料的方案,旨在实现经济性与环境可持续性的
双重优化。以磷石膏作为胶凝材料并兼作骨料,联合赤泥、高炉矿渣和电石渣(CS),构建了一种多源固废协同体系,
制备磷石膏基固废矿山充填材料(PMFM)。通过流动度、凝结时间、抗压强度、浸出毒性及微观试验,系统评估了材料
工作性能、力学性能与环境安全性。结果表明,PG 掺量为70%、CS 掺量为2%时,试样28 d 抗压强度可达3. 94 MPa,
重金属浸出浓度低于地下水Ⅱ类标准,满足工程充填需求。水化产物主要为C-(A)-S-H 凝胶与钙矾石,显著提升了
材料致密性与固化能力。该体系实现了多种工业固废的资源化利用,为绿色矿山构建提供了理论依据与实践支撑。
关键词　充填材料　磷石膏　工业固废　环境安全性　微观表征

针对湿法机制砂生产工艺产生的大量微细料处置困难、资源化利用率低的问题,提出利用机制砂微细
料制备免烧砖的思路,以实现固体废弃物资源化利用并开发新型绿色建材。以机制砂微细料和P. O 52. 5 硅酸盐水泥
为主要原料,经压制成型和标准养护工艺制备免烧砖试件,系统研究微细料掺量对制品物理力学性能的影响,采用
XRD、SEM 等微观分析手段揭示其性能强化机理,并通过冻融循环试验评估Fe2O3 含量对抗冻性能的影响。结果表
明:当微细料掺量为50%时,免烧砖综合性能最优,28 d 抗压强度达23. 98 MPa,密度为2 238. 06 kg/ m3,吸水率为
3. 67%,软化系数为97. 10%,各项性能指标均满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/ T 422—2024)标准中MU20 等级的要求。
微观分析显示,该配比下水化产物形成致密的C-S-H 凝胶网络结构,有效包裹微细颗粒形成刚性骨架。冻融循环试
验表明,随着Fe2O3 含量增加,免烧砖抗冻性能显著提升。研究证实了高掺量机制砂微细料制备抗冻免烧砖的技术可
行性,为砂石行业固废资源化利用提供了科学依据。

雨水污泥、工程渣土是城市雨水管网系统和建筑工程中的典型固态废弃物,其堆存占用大量土地,破坏
地表植被,影响生态平衡。本研究以雨水污泥和工程渣土为主要原料,以珍珠岩为辅助原料,以粉煤灰为助剂制备免
烧陶粒。探究了粉煤灰掺量、氢氧化钠添加量、水玻璃添加量和微纳米气泡水(MNBW)添加量对陶粒性能的影响。
结果表明,制备免烧陶粒的最佳配比为粉煤灰掺量33. 3%,氢氧化钠添加量2. 8%,水玻璃添加量38. 9%,MNBW 添加
量35 mL。在该条件下制备得到的免烧陶粒抗压强度为6. 51 MPa,1 h 吸水率为8. 40%,堆积密度为852. 76 kg/ m3,表
观密度为1 570. 57 kg/ m3。BET 与SEM 分析发现,MNBW 的添加使陶粒BET 比表面积中微孔面积占比从36. 8%增加
到78. 4%,平均孔径从14. 028 1 nm 减少到10. 612 8 nm,能促使陶粒内部形成均匀平整的微观结构,显著减少大孔径
孔隙的存在,转变为许多微孔,增加陶粒抗压强度,有效降低陶粒密度;XRD 分析发现,碱激发反应生成的N-A-S-H
凝胶,有利于提高陶粒的综合物理性能,可为固体废弃物资源化利用制备免烧陶粒提供理论支持。

针对煤气化灰渣残碳含量高、反应活性低的问题,采用高温煅烧方法对灰渣进行活化处理,旨在改善其
火山灰活性并探索其在水泥基材料中资源化利用的可行性。通过X 射线衍射分析了不同煅烧温度下灰渣矿物相的
演变规律;将煅烧后的灰渣按一定比例替代水泥制备复合胶凝材料,测试了其力学性能与水化产物特征,系统评价了
煅烧温度对灰渣活性的影响机制。结果表明,高温煅烧可有效去除灰渣中的含碳物相,但过高温度会导致无定形硅
铝酸盐发生重结晶,降低反应活性;经400 ℃煅烧处理后,灰渣中无定形相保留最为充分,表现出最高的火山灰活性。
该温度下制备的复合胶凝材料在28 d 龄期时抗压强度超过纯水泥砂浆,水化产物中钙矾石生成量增加,微观结构更
为致密。综上,经400 ℃煅烧的煤气化灰渣可作为优质矿物掺合料应用于水泥基材料,实现其高效资源化利用。