金属矿山

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1. 电动矿用卡车的技术进展与应用现状

段文权　陈　冲　马俊生　赵辉军　郭其林　国仕磊　王　斌

金属矿山 2025, 54 (6): 144-152.

摘要（635）

PDF （1606KB）（420）

在全球能源转型和矿业追求低碳发展的背景下,探究电动矿用卡车的发展态势,为其在矿业领域的绿色可持续发展提供策略。通过梳理电动矿卡的全球及区域市场现状,分析不同地区的市场差异与政策驱动;探究电池、充电、自动驾驶等核心技术,分析现有技术的进展、局限及新型技术的发展潜力,同时探讨充电基础设施面临的挑战与发展趋势;通过列举紫金山铜金矿、Boliden 矿山等多个露天和地下矿山的应用实例,总结其技术特点与运营效益。结果表明:电动矿卡相较于传统柴油矿卡,运营成本可降低 50% ~ 60%,碳排放减少 25%以上,且有效改善了作业环境,是矿业绿色转型的关键技术路径;对于矿山企业,应优先在短途重载、往返频率高的场景部署电动矿卡,并积极探索“车电分离”等创新作业模式。尽管当前在电池续航、充电设施、初始投资等方面存在挑战,但随着技术进步、产业生态完善和政策支持,这些问题将逐步解决。未来,电动矿卡有望在全球广泛应用,推动矿业向智能化、无人化、绿色化转型升级,为全球矿业可持续发展贡献关键力量。

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2. 真三轴条件下充填体峰前卸荷损伤本构模型

孙光华, 　韩凯明, 　刘志义, 　齐育珠, 　郭建琪, 　孟森森,

金属矿山 2025, 54 (10): 1-9.

摘要（575）

PDF （3220KB）（167）

为了探究真三轴条件下充填体峰前卸荷的力学响应机制,运用真三轴岩石控制系统与声发射监测系统
开展不同最大主应力条件下充填体峰前卸荷试验。分析加卸荷全过程充填体的变形特征和耗散能演化规律,基于岩
石整体破坏准则并采用分段的方式,建立可以描述充填体加卸荷应力—应变过程的损伤本构模型。结果表明:不同
最大主应力卸荷的本质是充填体在加载阶段出现损伤的程度以及对后续卸荷破坏的影响;根据RA—AF 信号特征判
断出充填体的破坏形式以张拉破坏为主,剪切破坏为辅;加卸荷全过程分为4 个阶段,即初始损伤阶段—低速损伤阶
段—平稳阶段—卸荷破坏阶段。随着卸荷时最大主应力的增大,充填体在卸荷破坏阶段的破坏更剧烈,且耗散能增
长更迅速;模型分析结果与实际试验的应力—应变曲线吻合。基于岩石整体破坏准则以分段的形式构建的损伤本构
模型能较好反映充填体在加卸荷过程中的受力变形情况,并可以有效区分充填体卸荷前后2 种状态。

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3. 喷浆粉尘控制研究进展与展望———基于 CiteSpace 数据

刘国明, 　侯明慧　程卫民　刘建国, 　陈连军

金属矿山 2025, 54 (9): 1-13.

摘要（507）

PDF （2700KB）（204）

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。

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4. 大规模地下金属矿装备智能调度数字孪生关键技术

郝雪弟, 杨建, 鲁自横, 葛世荣, 唐硕, 郭鹏飞

金属矿山 2025, 54 (6): 1-10.

摘要（404）

PDF （2629KB）（1200）

针对矿山调度过度依赖人工完成、设备协同性差、生产效率低、智能化调度技术难以适应大规模生产调度需求等问题,全面分析了地下金属矿的开采工艺和方法,总结出地下金属矿开采方法和工艺谱系,提出了多进路、多采场、多盘区的平行作业模式是实现大规模地下金属矿高效开采的生产模式。针对传统调度求解方法存在的问题,划分了生产计划编制、开采设备接续和工序设备协同 3 个关键调度问题,提出了动态调度和多目标求解算法是求解大规模地下金属矿智能调度问题的有效方法。通过分析数字孪生技术为大规模平行作业模式以及动态多目标调度提供了智能化服务载体,提出了包含物理装备层、虚拟孪生层、孪生数据层、传输数据层和孪生服务层的地下金属矿装备智能调度数字孪生系统架构,从而为大规模采场装备集群智能调度提供了技术支撑,是智能矿山建设的必由之路。研究成果以期为进一步研发地下金属矿装备智能调度系统提供理论与技术支撑。

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5. “采矿工艺重构”思想及其在采矿方法开发中的应用

陈庆发　玄昊然　商　昱　甘　泉　付振宇　李建辉

金属矿山 2025, 54 (7): 1-7.

摘要（331）

PDF （1754KB）（316）

基于采矿工艺变革的必要性分析,提出了“采矿工艺重构”的概念与定义,指出其实质是对现有采矿工艺组分和技术进行拆解与重构,旨在形成一套结构稳定、工作工序有序且能够满足矿山采矿工艺变革现实需求的新工艺。开展了采矿工艺重构的技术特点及其对工艺开发人员的要求分析,以及重构后的工艺系统模式划分研究;讨论了“采矿工艺重构”与“协同开采”在思想和技术层面上的关联性;并结合小分段壁式空场采矿法开发案例,介绍了 “采矿工艺重构”思想在指导采矿方法开发过程中的应用情况。结果表明:“采矿工艺重构”思想能够有效指导采矿工艺变革,根据该思想开发的小分段壁式空场采矿法不但提升了回采率指标,而且有效控制了顶板安全事故,有助于解决矿山存在的突出技术难题。

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6. 我国氟碳铈矿资源概况及选矿工艺研究进展

王东辉, 　薛　凯, 　田　佳, 　王周杰, 　曹　越, 　郭　姚, 　李国欢, 江星橙, 　刘　倩,

金属矿山 2025, 54 (7): 51-59.

摘要（323）

PDF （1468KB）（765）

氟碳铈矿作为全球轻稀土的主要来源,其高效分选与综合利用对保障稀土资源供给至关重要。受限于矿石伴生关系复杂、嵌布粒度细等资源禀赋特征,该矿物的高效分选仍是行业技术难题。为此,亟需系统梳理选矿技术研究进展,为工艺优化提供支撑。本文在概述我国白云鄂博、凉山、微山三大典型矿床特征的基础上,系统评述了磁选—浮选、磁选—重选、重选—浮选、重选—磁选—浮选等联合分选工艺的技术特点与应用场景。研究表明,未来应加强重选—磁选—浮选模块化联合工艺研发以强化复杂矿石适应性,深化集成动态调浆与精准加药系统的智能浮选技术创新,并构建基于矿物基因特性驱动的分选决策模型。该研究为稀土资源高效开发提供了技术路线选择依据。

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7. 新疆典型大煤矿生态环境质量时空变化特征研究

任兵兵, 蒋平安, 方　勇, 李宝玉, 孙芳芳, 武红旗, 史名杰, 陈新雨

金属矿山 2025, 54 (6): 273-283.

摘要（305）

PDF （3053KB）（190）

“疆电外送”政策下新疆煤炭资源的加速开发对生态环境造成了破坏。为了更好地落实国家的环境保护措施,基于遥感生态指数(RSEI)系统分析了 2003—2023 年新疆典型煤矿———伊北煤矿与西黑山煤矿的生态环境变化。研究结果表明:① 伊北煤矿的生态环境呈现出“先退化后改善”的趋势,且改善幅度显著;西黑山煤矿表现为 “先改善后退化再改善”局面,但整体改善幅度有限。 ② RSEI 驱动力分析表明,伊北煤矿和西黑山煤矿的生态变化均受自然与人为因素的共同影响。在伊北煤矿,气温和降水等自然因素在生态初期和恢复期发挥了重要的调节作用, 而土地利用类型则是生态退化的主要人为驱动力。类似地,西黑山煤矿的生态变化也受到降水等自然因素的显著影响,特别是在生态初期和恢复阶段。与此同时,土地利用类型依然是导致生态退化的主要人为因素。 ③ 不同的气候区对矿产开发后的生态修复策略有所不同,研究结果可为半湿润区与半干旱区煤矿的生态治理和恢复策略提供参考依据。

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8. 基于低成本激光雷达 SLAM 系统的深部采空区探测及三维建模

王　植　段　诺　毛亚纯

金属矿山 2025, 54 (9): 264-271.

摘要（296）

PDF （2612KB）（211）

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。

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9. 新型碎磨技术与装备的研究现状与发展趋势

李丽匣　李　楠　刘飞飞　王嘉琦　陈家宽　冯　泉, 　张　强,

金属矿山 2025, 54 (11): 1-16.

摘要（284）

PDF （3497KB）（258）

矿物碎磨作为选矿工艺中的关键能耗环节,其能效优化对矿业可持续发展具有重要意义。系统整理了矿石预处理、破碎及磨矿环节的新型碎磨技术与设备的研究进展及其工业化前景。预处理领域中,超临界CO2 粉碎技术通过相变能量释放促进矿物解离,高压浆料冲蚀粉碎技术利用高压浆料射流使颗粒对撞实现选择性粉碎,微波辅助粉碎基于介电差异诱导微裂纹,高压电脉冲粉碎则通过矿石电性差异实现粗粒级高效解离。高效破碎设备方面,VeRo Liberator通过高速冲击实现矿石选择性破碎,共轭砧锤式破碎机结合冲击与层压粉碎优势实现节能降耗,高压辊磨机利用层压粉碎工艺显著提升破碎效率,且高压辊磨机与塔磨机直连配置的工业化应用为物料高效碎磨提供了新的思路,GRolls通过“V”形主旋转驱动辊与对置回转辊的啮合运动,以脉冲力与剪切力协同作用实现高效破碎, EDS多轴破碎设备则利用高频碰撞能量传递提升碎磨效果。磨矿设备方面,立式辊磨机通过磨辊-磨盘挤压粉磨和气流分级实现能效优化,立式搅拌磨机(VPMTM/HIG mill)通过结构创新拓展应用边界,既能承担超细磨作业,又可处理-6 mm粗粒级给料,为粗磨与高效破碎设备的组合应用提供技术支撑。这些创新技术与设备不仅实现了能耗的大幅降低,更通过优化矿物解离特性为后续分选工序创造了理想条件。虽然部分设备仍处于概念或试验阶段,但已展现出良好的能效优势与应用潜力。

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10. 铝土矿中伴生锂资源现状及选冶加工前景

王晓慧, 　吴威龙, 　赵开乐, 　梁友伟, 　张文谱, 　万大学

金属矿山 2025, 54 (9): 88-97.

摘要（283）

PDF （3064KB）（111）

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。

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11. 基于效应量计算的锂渣—尾砂胶结充填料浆流变特性试验研究

甘德清, 　孙凌志, 　薛振林, 　刘志义, 　张　坤,

金属矿山 2025, 54 (12): 1-7.

摘要（276）

PDF （1850KB）（193）

锂渣是含锂化合物提取过程中产生的固体废弃物,其资源化利用对固废治理具有重要意义。为了揭示锂渣对料浆流变性能的影响,分析了锂渣替代率、质量浓度和灰砂比因素对充填料浆流变性能的影响。通过方差分析结合效应量计算方法,量化评估多因素对料浆流变性能的影响权重,并采用量化加权图将分析结果可视化表征。通过扰动图分析因素变化对料浆流变性的影响,采用二次多项式逐步回归法对不同因素影响下的料浆屈服应力进行预测。结果表明:随锂渣掺量上升,料浆流动性能呈先下降后上升的非线性演化趋势。锂渣掺量为10%时,料浆屈服应力达到最小值28 Pa。质量浓度对料浆流变性影响最大,较高质量浓度料浆流动性显著减弱,随料浆质量浓度上升,料浆屈服应力呈现上升趋势,最大可达67 Pa。灰砂比由1∶4降至1∶8,料浆和易性得到一定增强。各因素对料浆流变性影响程度由大到小依次为质量浓度、锂渣掺量、灰砂比。本研究为预测充填料浆的流变性能提供科学依据,对锂渣资源化利用提供理论指导。

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12. 铁尾矿管控与综合利用的现状与前景

王笑天　华绍广　裴德健, 　刘建华　李香梅, 　李书钦, 　王　玮,

金属矿山 2025, 54 (7): 243-253.

摘要（264）

PDF （1522KB）（536）

针对我国铁尾矿年产量超 6 亿 t、堆存风险突出与资源浪费问题,系统研究了其规模化管控与高值化利用路径,以破解环境风险与资源循环协同治理难题,构建了“源头减量—过程控制—末端利用”全链条技术体系,指出大宗利用存在充填受限于露天矿山场景缺失与细粒化问题,建材化推广受运输成本及标准缺失制约,但高值化利用前景广阔。最后得出铁尾矿综合利用依赖技术-政策协同创新,细粒尾矿活化改性、多组分梯级回收技术的突破,跨领域标准体系的建立,规模化消纳的核心方向是生态化利用,未来需聚焦铁尾矿全量化目标与智能化管控。

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13. 超声波调控赤铁矿与绿泥石浮选交互影响研究

贾煜坤　姚　金　印万忠　杨　浦

金属矿山 2025, 54 (9): 107-113.

摘要（261）

PDF （2241KB）（86）

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。

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14. 基于动态规划的混合动力矿用卡车能量管理策略研究

李洪亮　王庆华　马鹏程

金属矿山 2025, 54 (9): 168-175.

摘要（254）

PDF （2093KB）（130）

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。

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15. 液氧相变爆破技术在“ 半岛状岩体” 中的工程应用研究

吴健辉　毛庆福　丁宝山　王雁冰　付代睿　张芳平

金属矿山 2025, 54 (10): 140-148.

摘要（254）

PDF （3520KB）（439）

针对露天矿山传统炸药爆破污染高、振动危害大及“半岛状岩体”破碎不均等问题,以河北省某石灰岩
矿山为工程背景,通过设计液氧相变膨胀爆破系统、优化孔网参数及开展块度分析与振动监测,系统揭示该技术在三
面临空的“半岛状岩体”露天矿特殊工况下的破岩规律与环境效应。试验结果表明:液氧爆破通过准静态膨胀压力驱
动岩体张拉破坏,形成以直径0. 3~1. 0 m 的中块为主的均匀块度分布,大块率较传统爆破显著降低且无需二次破碎;
振动速度峰值均低于1. 7 cm/ s,垂直方向振动能量因岩体结构差异呈规律性分布,水平方向振动随距离增加快速衰
减,验证了其对边坡及周边环境的低扰动特性;技术体系兼具无飞石、粉尘排放减少的环保优势,契合绿色矿山建设
需求。研究成果为复杂地质条件下露天矿爆破提供了可复制的技术范式,对推动非炸药破岩技术的工程应用具有指
导意义。

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16. 渗透水压影响下充填型花岗岩节理剪切—渗流耦合特性与机理#br#

曹洋兵　王森浩　刘四新　江志豪　张　遂

金属矿山 2025, 54 (10): 10-19.

摘要（249）

PDF （3792KB）（262）

开展渗透水压影响下高岭土充填型花岗岩节理剪切—渗流耦合特性与机理试验研究,对防治此类地质
环境条件下金属矿山边坡失稳灾害具有重要理论意义与工程应用价值。基于贵州某金属矿山花岗岩边坡工程地质
特征,通过劈裂试验获取花岗岩节理面并采用相似材料制作高岭土充填型类花岗岩节理试样,设置常法向荷载边界
条件并设定法向应力为2 MPa,设计3 种渗透水压、5 种充填度方案,开展节理剪切—渗流耦合试验;试验结束后对节
理面进行高清摄像与三维扫描。试验结果表明:节理剪切应力—剪切位移曲线有“单台阶型”“双台阶型”与“峰值—
台阶型”3 类,法向位移—剪切位移曲线基本都为上凹状的“剪缩—剪胀型”曲线,渗流量—剪切位移曲线有“波动降
低型”与“总体平稳型”2 类。节理峰值摩擦角主要为29°~48°,峰值剪胀角主要为-8°~8°,两者均随充填度增大而降
低。同一充填度下节理平均渗流量随渗透水压增大而近似线性增大,节理水力隙宽主要为0. 15~0. 21 mm,平均几何
隙宽与水力隙宽的比值主要为3. 6~26. 9,随充填度增大而增大。充填度为0 时节理磨损区域随渗透水压增大而减
少,同一渗透水压下节理残余充填物随充填度增大而增多,充填物主要残留于节理关键大起伏处。研究结果可为降
雨条件下含高岭土充填物的节理花岗岩边坡稳定性计算提供关键参数,也可为此类边坡失稳前兆判据研究提供节理
剪切—渗流耦合机理方面的依据与参考。

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17. 基于岩性识别的煤层气开采智能钻机控制系统设计

李　剑, 江　程, 刁友鹏, 李敏齐, 姜海锐, 姜建国

金属矿山 2025, 54 (6): 153-160.

摘要（248）

PDF （2119KB）（148）

钻机智能化是工业发展的大趋势,能够有效降低劳动成本、提高生产效率和准确度。以提高岩性判别的实时性及准确度为目的,提出一种基于岩性识别的煤层气开采智能钻机控制系统。以钻压、转速、扭矩等实时随钻数据采集为基础,基于 K-means++算法构建了针对煤岩性智能实时识别模型,并利用煤层气开发钻井 28 组实测数据对模型进行检测。结果表明,该模型误判率为零,模型可靠度高。在此基础上,基于模糊 PID 构建了智能钻机控制系统仿真模型。 Matlab 环境下模拟结果显示,模型系统上升时间仅 2. 5 s,为传统 PID 的 1 / 2,超调量为传统 PID 的 1 / 8, 在响应速度和稳定性方面均有较大的提升。本智能钻机控制系统能够实现煤岩性的实时智能识别和钻机的快速、稳定响应,满足了煤层气开发钻机智能钻进实时调控的要求,为煤层气开采向智能化转型提供了理论基础。

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18. 综掘工作面高能细泡抑尘技术研究及应用

王晓光　胡胜勇　胡　泊　曹　峰　杜李博　孙　健　郭舒云　张旭旭

金属矿山 2025, 54 (9): 199-206.

摘要（235）

PDF （3244KB）（81）

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。

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19. 基于改进收敛—约束法的大断面硐室永久支护时机研究

董亚宁, 金爱兵, 靳群, 刘康, 邱英明, 陈帅军

金属矿山 2025, 54 (6): 11-19.

摘要（234）

PDF （2527KB）（196）

合理的支护时机对维护巷道围岩稳定、保障矿山生产安全具有重要作用。以钟九铁矿卸载硐室作为工

程背景,考虑临时支护作用,基于收敛—约束法对永久支护时机(临时支护而无永久支护区域长度 ΔL)的范围进行了

初步选择,突破了传统收敛—约束法仅能应用于无临时支护巷道的支护时机确定;进一步通过 FLAC 3D 数值模拟分析

了围岩应力、位移与塑性区变化趋势,得到了最佳的永久支护时机;并根据现场监测结果评价围岩支护效果,验证了

永久支护时机选取的合理性。结果表明:临时支护结构对围岩特征曲线和围岩纵剖面变形曲线求解结果有一定的影

响,考虑临时支护后的巷道围岩最大变形量为 666. 86 mm;永久支护时机不同时,围岩—支护结构所产生的压力和变

形也不同,随着 ΔL 增大,围岩—支护结构的压力和位移分别呈减小和增大趋势;通过计算永久支护结构所能承受的

最大围岩压力得到 ΔL>1. 07 m,通过地应力释放率得到 ΔL = 8. 50 m,结合数值模拟确定永久支护时机为 6 m;实际监

测数据显示卸载硐室顶底板和帮部位移量分别达 84. 73 mm 和 190. 82 mm,硐室围岩表面位移在可控范围内,支护效

果较好。研究可为相关巷道永久支护时机的确定提供理论和实践借鉴。

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20. 高应力软岩大巷“锚网索喷注”封闭再造承载层控制技术

聂济刚　辛亚军, 　王　飞　田孟含　姬红英,

金属矿山 2025, 54 (7): 16-24.

摘要（232）

PDF （2848KB）（207）

高应力软岩大巷围岩变形严重、支护困难,通过对顺和煤矿高应力软岩大巷围岩变形破坏特征与失稳原因进行分析,探讨了高应力软岩大巷围岩变形力学机制,提出了巷道围岩横“D”形封闭再造承载层技术,在此基础上对设计方案进行了数值计算与工业性试验。结果表明:① 该矿高应力软岩大巷围岩变形破坏特征表现为顶板整体弯曲式下沉、两帮挤压凸出严重及底鼓量大特征,呈现出初期变形量大、自稳时间短、围岩强流变特点;高应力环境、低强度围岩、裂隙水浸入、支护不合理是围岩失稳的主要原因。 ② 该矿-702 m 水平西翼轨道大巷(Ⅱ段)为高应力—节理化—膨胀性复合型(HJS)软岩巷道,围岩控制力学转化机制为ⅠACⅡBCⅢBCD→ⅠACⅡBCⅢD→ⅠCⅡBC→ⅡB(吸水、微裂隙ⅠAC—重力、水力ⅡBC—夹层、层理、节理ⅢBCD→吸水、微裂隙ⅠAC—重力、水力ⅡBC—节理ⅢD→微裂隙ⅠC— 重力、水力ⅡBC→重力ⅡB )。 ③ 底板注浆—注浆锚索强化成基脚、顶板—两帮深浅孔梯度注浆承载成拱形横“D”形再造承载层结构,可有效促进高应力软岩巷道围岩稳定。 ④ 提出了高应力软岩巷道“锚网索喷注”封闭再造承载层控制技术,应用后巷道断面收缩率小于 1%,围岩控制效果显著。

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