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主管单位:中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司
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玻璃钢/复合材料
2025年 54卷 11期
刊出日期 2025-11-15
采矿工程
矿物工程
地质与测量
机电与自动化
安全与环保
矿山爆破
1
李丽匣 李 楠 刘飞飞 王嘉琦 陈家宽 冯 泉, 张 强,
新型碎磨技术与装备的研究现状与发展趋势
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。
2025 Vol. 54 (11): 1-16 [
摘要
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17
张国旺, 龙 渊, 石 立, 刘 瑜, 赵 湘,
矿用搅拌磨机的研究创新及发展展望
搅拌磨机是一种高效率的超细粉磨设备,广泛应用于矿物细磨或超细磨领域。介绍了搅拌磨机设备研 究的创新历程和应用现状,着重介绍了立式螺旋搅拌磨机(塔磨机、立磨机)、卧式搅拌磨机、立式棒式搅拌磨机、立式 高强度搅拌磨机、大型双槽高强度搅拌磨机和大型超细搅拌磨机等矿用搅拌磨机的特色及在金属矿山的应用情况, 并进行了综合评述和发展展望。指出矿用搅拌磨机未来的发展方向是:设备大型化与集成化、智能化与绿色低碳化 和矿物的精准解离与矿物的微细化等。
2025 Vol. 54 (11): 17-30 [
摘要
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31
吴彩斌, 方 鑫 廖宁宁, 袁程方 童佳琪 陈郅隆
瓷球磨矿在金属矿山的应用研究
磨矿过程的高能耗问题已成为制约选矿行业可持续发展的关键瓶颈。针对这一挑战,系统研究了纳米 陶瓷球作为新型磨矿介质的节能降耗机制及其工业应用潜力。研究表明:在介质生产环节,纳米陶瓷球的全生命周 期碳排放强度较传统钢球降低40%以上;在磨矿动力学层面,其运动轨迹范围扩大使动能转化效率显著提升150%, 同时通过高频低能碰撞模式有效抑制过粉碎现象,使磨矿比能耗降低35%~70%。陶瓷球凭借高硬度、高强度以及低 磨耗的优异特性,在黑色金属和有色金属矿山应用中,综合能耗与介质成本降幅均超过50%。然而,当前瓷球磨矿技 术仍面临密度不足、与磨机结构不匹配及工艺链协同差等瓶颈。通过开发3.8~5.7 g/cm3高密度瓷球、设计新一代轻 量化节能磨矿机、构建新一代低碳粉碎工艺,有望推动瓷球磨矿成为新一代低碳粉碎工艺核心,实现节能效率翻倍, 大幅削减粉碎成本。
2025 Vol. 54 (11): 31-39 [
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40
洪 凯 马智敏 史新章 田 佳,
典型高效节能碎磨设备在金属矿加工中的应用与发展展望
发展高效节能碎磨技术与装备是提升金属矿产资源利用率与实现绿色矿山建设的关键。系统综述了 高压辊磨机、塔磨机与艾砂磨机等典型高效碎磨设备的结构原理、工作特性与技术优势,重点探讨了其在金属矿细碎 与超细磨工艺中的应用成效。结果表明,高压辊磨机通过层压粉碎有效减小入磨粒度;塔磨机凭借搅拌研磨与内部 分级机制显著提升磨矿效率并降低过磨;艾砂磨机则以高速剪切和无铁化研磨保障产品粒度均匀且无金属污染。相 较于传统碎磨工艺,新型设备可显著降低单位能耗与钢耗,并优化后续分选指标。未来研究应聚焦于大型化、耐磨材 料、多设备协同及智能化控制等关键技术,以推动碎磨技术向高效、低碳方向演进。
2025 Vol. 54 (11): 40-48 [
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49
黄仲生 陈耀林 袁建明 郑清松 林 希 叶方平 董宇帆
针对红土镍矿的双齿辊破碎机破碎过程仿真分析
红土镍矿物料粘性大且夹杂大块矿石的原料特征导致其破碎效率不高,为了提高双齿辊破碎机对其的 破碎效率,通过仿真分析研究了红土镍矿物料在双齿辊破碎机中的破碎过程。首先通过单轴压缩试验对红土镍矿物 料中的矿石进行离散元参数标定,接着结合离散元方法(DEM)与Tavares破碎模型分析了破碎机齿牙数量、辊齿齿 高、齿辊转速等对红土镍矿物料处理量及产品粒度分布的影响规律。结果表明:破碎机齿牙数量越多、齿高越高、齿辊 转速越低,物料黏附情况越严重;齿牙数量为3、辊齿齿高为40 mm、破碎机转速为70 r/min时,红土镍矿物料的破碎 处理量与粒度控制达到最佳平衡,出料粒度能够满足后续分选或冶炼的工艺要求;在破碎腔齿辊两侧加装梳齿板后, 物料处理量提升至91.5 kg,相较于无梳齿板工况增加13%,显著改善了破碎作业效果;在高粘性红土镍矿物料破碎 中,辊齿形状对处理量提升作用有限。研究结果可为针对粘性物料的破碎工况提供理论和技术支撑。
2025 Vol. 54 (11): 49-57 [
摘要
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58
任云鹏 樊晨贺 杨强辉 吕梦飞 张 跃
高压辊磨机动辊偏斜的DEM-MBD仿真研究
为研究动辊偏斜对高压辊磨机辊面受力分布与运行稳定性的影响,基于离散元法(DEM)与多体动力学 (MBD)耦合仿真技术,构建了高压辊磨机辊偏斜及支撑结构分析模型,以河北承德钒钛磁铁矿石为对象开展Tavares 破碎模型参数标定试验,通过单轴压缩及碰撞实验测定颗粒物理及接触参数,建立了断裂能量对数正态分布模型。 结合典型非均匀入料条件,分别对动辊允许偏斜与禁止偏斜状态下的辊隙动态变化、轴向压力分布及轴承载荷进行 仿真分析。结果表明,相较于禁止偏斜的条件下,动辊偏斜具备良好的自适应调节能力,显著改善了辊面轴向载荷分 布的均匀性,缓解了局部峰值压力与冲击载荷,轴承载荷波动幅度显著减小,有助于降低支撑结构的疲劳风险,提升 了系统的运行稳定性,为复杂破碎装备的动态仿真与工程应用提供了理论依据与技术支撑。
2025 Vol. 54 (11): 58-65 [
摘要
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66
李 明 黄 伟, 曾纪泉 王大骞 左蔚然
高压电脉冲破碎对紫金山铜矿石中黄铁矿解离特性的研究
研究旨在揭示高压电脉冲破碎产物粒级与解离程度的内在关联,构建契合其破碎机制的解离模型。以 紫金山铜矿石为研究对象,分别采用高压电脉冲破碎和离心式冲击破碎两种方法,将矿石破碎至近似粒度分布。运 用矿物解离分析仪(MLA)对破碎产品中主要金属矿物黄铁矿和主要脉石矿物石英的分布进行测试分析。借助Gaud in扩展模型,对两种破碎方式下的解离分布进行拟合,并通过晶界断裂因子P值量化比较二者对黄铁矿的选择性解 离能力。MLA测试显示,对于1.7~0.075 mm粒级,高压电脉冲破碎产品中完全解离黄铁矿的比例显著高于离心式 冲击破碎;而石英在两种破碎方式下的完全解离比例无明显差异。Gaudin扩展模型对两种破碎产品中完全解离黄铁 矿的粒级分布拟合效果良好,决定系数(R
2
)为0.95~0.99。进一步分析拟合所得P值,高压电脉冲破碎的P值为 0.42,离心式冲击破碎的P值为0.24,表明高压电脉冲破碎选择性解离优势更为突出。Gaudin扩展模型能够较好地 拟合两种破碎方式下黄铁矿的解离分布,为研究高压电脉冲破碎机制及优化矿物加工工艺提供了有效的模型工具。
2025 Vol. 54 (11): 66-73 [
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74
宋威威 张 勇 张兴隆 唐李昊 左蔚然
球磨机操作参数对破碎速率的影响及神经网络预测模型
总体平衡模型是模拟球磨机运行过程最常用的模型框架,但其破碎速率参数随操作条件变化而变化的 规律难以确定。基于总体平衡模型的框架,对某钨矿石的球磨试验结果进行了数学建模,探究给矿量、入料粒度、介质 配比、装球率等因素对破碎速率的影响。基于试验数据,采用神经网络建立破碎速率的非线性预测模型,实现破碎速 率与操作参数的映射关系。结果表明,矿石的破碎速率随磨机转速率的增大而增大,随给矿量的减小而增加。球径大 的钢球会提高粗粒径矿石的破碎速率,而球径小的钢球则会提高细粒级矿石的破碎速率。制备粗中细3种粒度分布 的待磨样品,在相同磨矿条件下,不同的给矿粒度分布表现出不同的破碎速率,但随着磨矿的进行,粗粒级颗粒与标 准粒级给矿粒度分布逐渐相同。细颗粒的含量增多会提高粗颗粒矿石的破碎速率。神经网络的预测模型,预测结果 与实际试验数据良好吻合,决定系数R
2
=0.961,达到了预测效果。
2025 Vol. 54 (11): 74-82 [
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83
冯 韵 肖庆飞 金赛珍,
鹿鸣钼业ϕ7.32 m×11.28 m大型球磨机磨矿介质制度优化研究
针对鹿鸣钼业ϕ7.32 m×11.28 m大型球磨机磨矿产品-0.074 mm与+0.20 mm级别新增效率低、中间 可选粒级0.20~0.023 mm、中间易选粒级0.15~0.038 mm含量低的问题,基于矿石力学性质与入磨粒度组成分布,利 用球径半理论公式获得最大介质尺寸,通过实验室研究确定最佳介质为钢段,推荐初装方案为ϕ50 mm×60 mm、ϕ40 mm×50 mm、ϕ30 mm×40 mm、ϕ20 mm×30 mm质量比15%∶40%∶30%∶15%的钢段;实验室小型试验结果表明,与现场 方案相比,采用推荐钢段初装配比方案时-0.074 mm粒级、中间可选粒级、中间易选粒级产率均提高;实验室扩大试 验结果表明,与现场方案相比,采用推荐钢段初装配比方案时-0.074 mm产率提高6.92个百分点,中间可选粒级产 率、中间易选粒级产率分别增加4.47和5.37个百分点;离散元模拟仿真表明推荐钢段初装配比相较于现场初装配比 总能量与有效碰撞能量显著提升,介质-矿石碰撞能量提升了6.22个百分点,进一步证实了该方案优化效果明显。
2025 Vol. 54 (11): 83-89 [
摘要
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采矿工程
90
胡世利, 张晨阳, 孙晓刚 刘庆博 邱景平
塌落型采空区隐患治理与残矿回收协同技术研究
塌落型采空区严重威胁深部开采安全,其诱发的覆岩连锁失稳、地表沉降及残矿资源滞留问题亟待突 破性解决方案。针对这一难题,基于关键层理论和协同开采技术,提出了“人工关键层—采充协同”耦合控制体系,通 过再造结构稳定的承载顶板,同步实现塌落型采空区隐患治理与残矿高效回收。并基于关键层理论分析塌落型采空 区覆岩失稳破坏机制。以内蒙古某萤石矿为例,结合协同开采理念,提出了多参数约束的矿柱采充置换方案,实现物 质流与空间流的充分耦合,保障采场结构稳定。系统研究了塌落型采空区系统的竞争与不稳定因素及其控制参量, 针对不同的覆岩失稳及矿柱损毁情况,提出了隐患治理措施和4种矿柱采充置换方案。研究表明:“人工关键层”作 为再生顶板能够有效控制地表沉降,保证深部开采安全;采充协同技术的应用实现了散体矿石的安全高效回收。该 研究为类似矿山的采空区治理与残矿回收提供了科学依据和技术支撑。
2025 Vol. 54 (11): 90-97 [
摘要
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98
王建刚 刘 浪, 杨军军, 王若帆, 蔚保宁
基于流动性能的煤矸石采空区注浆材料粒径优化研究
针对矿区煤矸石大量堆存造成土地占用和水土污染的问题,结合魏墙煤矿实际条件考虑将煤矸石破碎 筛分后作为采空区注浆基本骨料,从而实现大规模消纳煤矸石。对比全级配煤矸石浆液和粒径优化后煤矸石所制浆 液与传统黄土浆液流动性的差异,以及料浆中骨料随浆液的扩展流动效果,从2个方面探究了新型煤矸石基注浆液的 流动性是否满足注浆要求。研究表明:传统煤矿注浆黄土材料粒径主要在20~60目(0.25~0.8 mm),其占比达到 41%,粒径优化后破碎煤矸石粒径分布主要为30~50目(0.3~0.6 mm),2种材料粒径分布接近。使用30~50目的煤 矸石粉末作为基本骨料,以1∶2固液比所制浆液的流动度为70 cm,流动性与传统黄土浆液接近,且新型煤矸石基注 浆液中骨料随浆液的流动效果较好。低于50目时,煤矸石浆液流动性随研磨目数增大而增大,进一步增大研磨目数 反而造成浆液流动性能降低,基于流动性能利用煤矸石制备采空区注浆材料的最佳粒径范围为30~50目(0.3~0.6 mm)。研究结果可为魏墙煤矿以及类似注浆条件的矿山制备新型煤矸石注浆材料提供参考。
2025 Vol. 54 (11): 98-105 [
摘要
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106
王勇强 张治强, 吴晓然 孙赫阳 马绪骁 王薪荣
矿岩中含水量与粉矿含量对放矿效果的影响
无底柱分段崩落法安全、高效、生产成本低,是我国众多金属矿山的主要开采方法之一。该方法采用中 深孔爆破方式,矿岩破碎不均匀以及在放矿过程中,都会产生大量的粉矿,矿岩散体中的粉矿易受到水的影响,产生 黏结力进而影响放矿效果。为分析矿岩中含水量与粉矿含量对无底柱分段崩落法放矿效果的影响,采用物理相似试 验方法进行了研究。结果表明:① 含水量对于矿石回收率、放出矿岩量和贫化率均具有较大影响,而粉矿含量对矿石 回收率和放出矿岩量影响较小,对贫化率影响较大。通过效应量指标对比分析,含水量对放矿效果的影响程度普遍 大于粉矿含量。② 含水量与粉矿含量的交互作用对放矿效果的影响较为明显,当含水量为0%、粉矿含量为11%时, 矿石回收率最高;含水量为9%、粉矿含量为13%时,贫化率最大;含水量为15%、粉矿含量为17%时,放出矿岩量最 多。通过平滑曲面坡度变化和颜色渐变程度分析,粉矿含量的影响程度小于含水量,与方差分析结论相符合。③ 废 石漏斗随着含水量升高出现先减小再增大的变化特征。
2025 Vol. 54 (11): 106-112 [
摘要
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113
王梦成 孙利辉, 初风蛟 蔡振禹 赫宝龙 张中原 褚居涛 纪权财 胡晓东
强动压采场水力压裂切顶护巷关键参数优化研究
工作面回采产生的侧向支承压力对其临近巷道围岩稳定产生扰动,导致动压区内巷道出现支护结构失 效、底鼓等现象,甚至存在冒顶风险,巷道常需要加固、返修,增加支护成本,兼具一定的生产安全隐患。水力压裂切顶 卸压可消除或减弱采动压力对临近巷道的扰动,以钱家营矿2120W工作面开采保护动压区内与其风道平行的多条准 备巷道为例,通过理论计算、数值模拟、现场试验等方法,构建了水力压裂切顶卸压短悬臂梁结构模型,对比分析了卸 压短悬臂梁结构和砌体梁结构对区段煤柱的压缩作用,分析了切顶卸压护巷的可行性,研究了不切顶和压裂不同区 域条件下的围岩变形及应力分布和顶板裂隙发育规律,给出了超前切顶卸压关键技术参数取值。结果表明:切顶卸 压短悬臂梁结构较不切顶的砌体梁结构区段煤柱所受平均应力减小49.32%;当分别压裂采空区煤柱边缘、煤柱中深 部、煤柱深部时,对比不切顶条件,被保护巷道变形量分别降低了66.87%、79.38%、73.24%,煤柱垂直应力峰值分别 降低了8.99%、13.62%、13.89%,压裂煤柱中深部为最优方案;确定了覆岩细砂岩为亚关键层,压裂垂高为13.1 m、钻 孔倾角为60°,钻孔深度为16.4 m、钻孔间距为10 m、起裂压力为12~48 MPa (理论取值为28 MPa)。现场工业性试 验结果反映出,被保护巷道围岩变形在可控范围内,为类似条件巷道保护提供了依据。
2025 Vol. 54 (11): 113-121 [
摘要
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122
刘 鑫 李 桩 毛金良
小煤柱沿空巷道围岩变形破坏特征及控制技术
随着煤矿开采强度增加,采掘比例失调导致的采掘接替紧张问题日益突出,频繁的开采活动使得巷道 围岩遭受严重破坏,而小煤柱沿空巷道作为采前掘进巷道,其稳定性直接关系到井下作业的安全性和围岩稳定性控 制效果。为提高井下作业的安全性与巷道稳定性,提出了一种基于切顶卸压的小煤柱沿空巷道围岩变形控制技术。 通过分析小煤柱沿空巷道围岩变形破坏特征,对小煤柱沿空巷道顶板进行控制。研究表明:使用切顶卸压的小煤柱 沿空巷道围岩变形控制技术表现出了良好性能,当无切顶卸压时顶板的最大应力为25.7 MPa时,进行切顶卸压的顶 板应力为9.6 MPa,顶板应力降低了62.6%;当无切顶卸压时煤柱帮最大应力为19.9 MPa时,进行切顶卸压的煤柱帮 应力为4.4 MPa,煤柱帮应力降低了77.9%。研究反映出所提切顶卸压控制方法能有效减小顶板和煤柱帮的应力,进 而使得围岩破坏范围最小,对于保障小煤柱沿空巷道作业过程安全具有重要意义。
2025 Vol. 54 (11): 122-128 [
摘要
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4
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129
柳 凯 于庆磊 蒲江涌 曹永胜 勒治华
基于界面黏结滑移模型的锚固剂厚度对锚杆锚固力学特性影响研究
为研究不同锚固剂厚度条件下锚固系统的拉拔承载特性和界面应力分布规律,引入界面三线性黏结滑 移模型,对FLAC3D中接触面的本构关系进行了改进,并通过拉拔试验验证了改进模型的有效性。利用改进后的模 型,进行了不同砂浆锚固剂厚度条件下的锚杆拉拔数值模拟试验,分析了不同锚固剂厚度条件下锚杆锚固的力学特 性。研究结果表明:锚固剂厚度会显著影响锚固界面的切应力分布及锚固系统的极限承载力,适当增加锚固剂厚度 能够提高锚固系统的极限承载力。随着锚固剂厚度增加,弹性阶段时锚杆—锚固剂界面的切应力逐渐增大,锚固 剂—围岩界面的切应力逐渐减小,锚固剂厚度增加导致锚固系统的破坏模式由锚固剂—围岩界面破坏向锚杆—锚固 剂界面破坏转化。拉拔载荷作用下,锚杆与锚固剂界面及锚固剂与围岩界面的切应力均呈非均匀分布,两界面的切 应力存在相互影响的关系。研究结果可为锚杆参数设计提供有益参考。
2025 Vol. 54 (11): 129-137 [
摘要
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11
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138
张 研, 叶玉龙 王根伟 荆浩然
基于优化变分模态分解和深度学习的滑坡位移预测模型
针对传统方法在预测滑坡位移时准确率不高、泛化性不足等问题,基于“分解—预测—重构”思想,提出 了一种变分模态分解和深度学习相结合的滑坡位移预测模型。该模型通过灰色关联度分析确定滑坡位移的影响特 征,采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)进 行优化,将滑坡位移分解为具有不同物理意义的分量。针对分解后各分量的时序特点,分别采用多项式曲线拟合、长 短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)和时间卷积网络(Temporal Convolutional Networks,TCN)进行预测,最 终将各分量预测值重构叠加,实现滑坡位移的精准预测。以三峡库区八字门滑坡数据为例,采用决定系数(R2)、平均 绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)等指标对模型进行量化评估。结果表明:所提出的滑坡位移预测模型精度达到 98.6%,能够有效提取滑坡位移数据中隐含的信息特征,对滑坡位移获取具有一定的借鉴意义;在各分量预测中采用 不同的模型时,预测效果存在显著差异,因此,针对各分量特征的不同,建立相应的预测模型能够有效提高滑坡位移 预测精度;通过参数敏感性分析,得出模型的输入序列长度为12时精度最佳。所提模型预测精度良好,可以为滑坡防 灾减灾工程的实际应用提供参考。
2025 Vol. 54 (11): 138-145 [
摘要
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11
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矿物工程
146
罗 朗, 陈传富, 何 琦, 尹青临, 丁世豪, 邢耀文, 桂夏辉,
辉钼矿粗粒磨矿产品流化床浮选动力学研究
粗粒流化床浮选抛废技术能够显著降低磨矿能耗、提升入选品位。针对粗颗粒浮选过程中动力学规律 不明的问题,开展了低品位辉钼矿粗粒磨矿产品的流化床浮选动力学试验,考察了气速、水速和床层高度对流化床浮 选动力学的影响规律。选取经典一级动力学模型、经典二级动力学模型、一级矩阵分布模型和二级矩阵分布模型4种 动力学模型进行拟合分析,并在最适动力学模型下进行了阶段速率常数k的分析。结果表明:Mo回收率与水速、气速 呈正相关,与床层高度呈负相关。粗粒浮选过程最符合经典二级动力学模型(R2≥0.998 2,SSE≤1.531 2)。在该模 型框架下,阶段浮选速率常数k随水速、气速的增加而升高,最大k值为0.004;随床层高度上升而逐渐减小。研究明 确了粗粒矿物浮选的最适动力学模型及关键操作参数对阶段速率常数k的调控作用,为粗颗粒浮选工艺优化提供理 论支持。
2025 Vol. 54 (11): 146-151 [
摘要
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152
姚艳清, 张国新 李汉文, 徐佳飞 吕昊子, 胡和那日苏 李沛伦, 武 艺
内蒙古某高泥贫锡尾矿强化脱泥回收锡试验
内蒙古某锡尾矿含Sn 0.10%,含Fe 13.83%,锡石与铁矿物致密共生,风化程度高、泥化现象严重,-0.005 mm粒级含量占比69.77%,属于高泥、含铁的贫锡尾矿。为降低矿泥、含铁矿物对锡石选别的影响,在矿石性 质研究的基础上,试验重点对比了离心选矿机和旋流器强化脱泥效果,脱泥后的物料通过强磁选除铁,强磁选精矿采 用重选回收锡石。其中搅拌擦洗—离心选矿机强化脱泥—强磁选除铁—离心选矿机精选工艺流程获得了Sn品位 4.25%、Sn综合回收率45.50%的离心精矿;经过细泥摇床提质,获得Sn品位22.58%、Sn回收率13.30%的高品位锡 精矿和Sn品位3.23%、Sn回收率34.28%的富锡中矿,实现了高泥、低品位含铁锡尾矿中锡的有效回收,为同类锡尾 矿资源的开发利用提供依据。
2025 Vol. 54 (11): 152-157 [
摘要
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158
姚树建 李冠东 蒋 平 于保强 刘 君 曹 骏
山东某金矿高效浮选机短流程半工业试验研究
基于机柱联合浮选机高效浮选性能,对山东某金矿开展高效浮选机短流程半工业试验,探究该矿采用 高效浮选机进行短流程浮选以及进一步提高其技术经济指标的可行性。研究结果表明,采用高效浮选机按照1次粗 选2次扫选进行试验,可获得金品位为45.66 g/t以及金回收率为95.29%的金精矿,金的回收率相对于生产指标提高 1.11个百分点,此时试验尾矿相对于生产尾矿金的含量降低0.02 g/t。高效浮选机1次粗选可直接产出最终金精矿, 粗选作业回收率相对于常规浮选机高约20个百分点,采用1次粗选即可达到常规浮选机优先浮选+1次粗选+1次精 选的选矿指标,实现短流程浮选工艺。Fluent流场数值模拟结果显示,高效浮选机矿化区、运输分离区以及泡沫富集 区分区明显,矿化区湍流度高且范围较大,有利于矿化,泡沫富集区湍流度低,可有效降低目的矿物从气泡上脱附的 概率。此外,高效浮选机槽体内基本不存在死区,从而显著提高了设备的分选效率。
2025 Vol. 54 (11): 158-163 [
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164
杨会利 刘新刚 李 刚 秦晓艳 陈猛强 刘文刚
改性亚麻油在高硅铝土矿常温浮选脱硅中的应用研究
针对高硅、低铝硅比一水硬铝石型铝土矿浮选工艺能耗高且分选效果差的技术难题,以亚麻油为原料, 通过柠檬酸酯化改性合成了新型阴离子捕收剂亚麻油基柠檬酸酯(NMZ)。在此基础上,以NMZ为捕收剂,采用单因 素试验法,考察了磨矿细度、捕收剂用量、抑制剂用量及矿浆pH等因素对常温正浮选脱硅效果的影响规律。结果表 明,在磨矿细度-0.038 mm占80%、矿浆pH=10、抑制剂Na2 SiO3 用量600 g/t、NMZ用量1 000 g/t的条件下,采用“1 粗2精1扫”闭路浮选流程,可获得精矿Al2 O3 品位57.75%、回收率64.65%、铝硅比4.44的浮选指标,该浮选精矿铝 硅比满足DLK4-45工业标准要求。机理分析表明,NMZ通过化学吸附选择性附着于一水硬铝石表面,显著提升其疏 水性;而其在高岭石表面吸附能力极弱,从而实现了铝硅的分离。
2025 Vol. 54 (11): 164-169 [
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170
王学涛 刘洋洋 蒋沂声 毛治然 邵宇晨 崔宝玉 赵海舟
入料速度对浓密机内部流场特性以及絮凝浓密性能的影响
针对浓密机内微细矿物颗粒絮凝沉降效果不佳的问题,在物理试验验证基础上,基于CFD-PBM数值模 拟耦合法,采用欧拉-欧拉法和RNG k-ε模型分别描述固液相间作用和湍流脉动,在不同入料速度条件下,对ϕ1.2 m 实验室型浓密机进行絮凝沉降模拟研究。研究结果表明,浓密机给料井内液相和固相的速度特性分布基本一致,且 给料井进料口处浆体速度最大;入料速度显著影响浓密机内部流场及颗粒絮凝特性;随着入料速度的增加,湍流动能 耗散率逐渐增加,而絮团平均粒径先增加后减小;当入料速度为1.5 m/s时,颗粒絮凝效果最好,且浓密机底流浓度较 高(约为55%),满足实际生产需求,研究结果为浓密机入料速度优化提供了理论依据和实践指导。
2025 Vol. 54 (11): 170-177 [
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矿山爆破
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张宪堂 焦相团 余 辉 王洪立 李兆彬 周红敏
井巷掘进掏槽爆破室内模型教学实验系统研发与应用
掏槽爆破是井巷爆破掘进的最关键技术。由于目前深部井巷掘进的爆破参数计算设计难以准确考虑 地应力场的作用,直接影响了掏槽爆破效果,所以经常出现爆破炮孔利用率低、掘进速度慢和成巷质量差等问题。室 内爆破模型试验是研究解决上述问题的有效手段之一,同时也是帮助学生理解掏槽爆破理论知识,培养学生爆破设 计与实际动手能力的有效途径。针对现有爆破实验教学中室内爆破实验难以开展、实验适用性较差等问题,结合实 验室实际情况,研发了掏槽爆破室内模型实验系统。该系统由三维电液伺服加载系统、自行研制的大型组合加载钢 架、高速摄像测试系统、爆破效果分析测试系统和爆破模型实验模块组成,可研究和再现不同工况下的掏槽爆破破岩 过程和机理,分析掏槽爆破破岩效果的优劣。该实验系统充分考虑了爆破工程实验的特点,从实验过程、实验技术、实 验隐患、安全防护措施等方面分析了实验系统的可行性和安全性。研究表明:通过该系统增进了学生对于岩石爆破 过程的直观认识,提高了学生对于复杂实验系统的操作能力和团队合作精神,帮助学生进行创新性研究,培养了学生 的创新能力。该系统不仅可以为深部高应力岩巷掘进爆破机理研究、优化设计提供科学依据,同时能够满足本科生 的实验教学需求,为教师和研究生开展科学研究提供了平台。
2025 Vol. 54 (11): 178-184 [
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185
李洪伟, 许 博 梁 昊, 储亚坤 苏 洪 宋宝露 胡子杰
基于单孔试验的露天矿山减振延期时间优化
针对某砂石骨料矿山减振延期时间选取的实际问题,设计了小直径炮孔单孔爆破振动试验,基于 Matlab 软件对单孔爆破波形数据进行叠加分析,研究了不同延期时间下的爆破振动强度和频率变化特性。并通过工业电子 雷管精准控制的爆破试验,验证分析了不同延时时间下的峰值振动速度和频率特征。研究表明:① 小直径炮孔单孔 试验爆破振动在35 m和55 m爆心距的主振周期分别为13~18 ms、18~26 ms,选取单孔振动波叠加表明,叠加后最优 减振延期不在主振周期范围内,而在T/3~2T/3(T为周期)区间;② 不同延期时间、不同孔数叠加下均存在有利于减 振的延期区间,综合峰值振动速度、主频因素确定了试验矿山的最佳降振延期时间为7~10 ms;③ 以矿山边坡为保护 对象设计和开展现场试验,通过峰值振动速度、主频以及小波能量分析等多角度确定了40 ms具有较好的降振特性。 研究结果对于从被保护物安全出发,寻求经济合理、有害效应较小的多孔延期爆破方法具有一定的参考意义。
2025 Vol. 54 (11): 185-193 [
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机电与自动化
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连 涛 陈庆来 吴敬建 郭 灿 郭玉保
基于改进鲸鱼算法的矿车运输路径规划
在矿车运输路径规划过程中,运行时间的消耗直接影响运输效率。针对矿车运输路径规划中的时间优 化问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法的矿车运输路径规划方法。采用混沌映射方法初始化鲸鱼优化算法的种 群,并设计自适应权重和改进的收敛因子,以提升算法的求解精度、收敛速度和全局搜索能力。首先基于D-H参数法 构建矿车运动学模型;然后在轨迹空间中利用3-5-3次多项式插值函数对矿车经过的路径点进行规划,再采用改进的 鲸鱼优化算法对运行时间进行优化;最后通过MATLAB软件进行了算法仿真分析。结果表明:与粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)等经 典算法相比,所提算法在求解精度和收敛速度方面具有显著优势。
2025 Vol. 54 (11): 194-199 [
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安全与环保
200
姚 烨 李 雪 陈 猛 张 通 朱万成
隧道与巷道钢支架形式及承载能力研究综述
随着地下工程的迅速发展,我国隧道与巷道的建设规模不断扩大,开挖深度不断增加,导致工程支护面 临着高应力、极软岩、强采动等更复杂的环境。钢支架作为软岩巷道与隧道中常用的加强支护形式,其高强承载能力 将直接有效控制围岩变形。首先针对型钢支架、格栅钢架、钢管混凝土支架这几种常见钢支架的形式及作用机理进 行了阐述,然后分别从理论计算、力学试验和数值模拟3个方面对钢支架承载能力研究现状进行了分析与梳理。研究 表明:① U型钢支架能够有效发挥承载力的关键在于卡缆的连接能力,在卡缆接头平稳有效滑移的前提下,卡缆螺栓 预紧力越高越有利于支架承载力的发挥;② 工字钢支架抗弯扭能力较弱,容易发生失稳破坏,所以支架在设计选择时 既要满足承载力要求,又要保证其稳定性;③ 格栅钢架可以通过减小岩体侧的主筋和腹筋直径等措施对其进行优化, 或者将主筋替换成钢管与高强钢筋提升格栅构件的承载力,此外,实际研究与应用时也应重点关注其节点的设置; ④ 钢管混凝土支架的承载能力是传统型钢支架承载力的2~5倍,构件的承载能力与钢管壁厚、混凝土强度以及抗弯 强化圆钢强度等密切相关。在上述分析的基础上,分别从理论计算、力学试验、现场应用3个方面展望了钢支架未来 研究方向,认为未来研究重点在于进一步细化与完善钢支架承载力试验;建立精确的钢支架承载力计算方法;探索钢 支架—围岩相互作用机制,开发新型支护体系。
2025 Vol. 54 (11): 200-212 [
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213
李 刚, 韩家旺 徐修平, 李 明 吴将有,
化学抑尘剂研究现状及应用展望
化学抑尘剂凭借其高效、持久和适应性强的特点,得以快速发展并广泛应用。在分析化学抑尘剂抑尘 机理的基础上,基于业内近10 a成果以及课题组的相关研究积累,分别从技术特征、应用进展和应用前景等方面对传 统型、复合型、新型抑尘剂的研究与应用进展进行了梳理和评述。研究表明:① 传统型抑尘剂通过机理优化在矿山、 道路等场景中已形成较为成熟的技术体系,但存在环境风险与场景适应性不足等短板;② 复合型抑尘剂通过多机理 协同显著提升了综合抑尘性能及复杂场景适配性;③ 新型抑尘剂突破传统技术局限,在提升抑尘效率的同时,兼具生 态修复功能与部分极端环境适配性,推动粉尘治理向多功能集成与场景多元化方向拓展。在此基础上,从技术研发、 经济适用性及行业规范性角度进行剖析,认为当前化学抑尘剂仍面临“性能—成本—环保”协同优化不足、极端环境 适应技术匮乏、标准化评价体系碎片化等核心瓶颈。认为未来抑尘剂的研发及应用应以“高效抑尘—经济可行—环 境友好—标准统一”协同发展为目标,致力于环保材料创新,实现综合性能优化 ,开发AI赋能的极端环境适配技术, 搭建覆盖研发、评价、应用的全生命周期标准化体系,推动粉尘治理技术从单一性能优化向系统性解决方案跨越。
2025 Vol. 54 (11): 213-223 [
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224
刘佳浩 刘红岩 邹宗山 王光兵 和铁柱 张光雄
竖向及水平地震作用下尾矿库动力响应及液化稳定性分析
地震作用下尾矿库的动力响应及稳定性分析是尾矿库安全评价的一项重要内容,而目前研究大多仅考 虑了水平向地震作用,这对于一、二等尾矿库来说是偏于危险的,且不满足国家规范相关要求。为此,以某二等尾矿库 为例,首先采用Geo-studio软件中SEEP/W和SIGAM/W模块考虑流固耦合作用,分析尾矿坝在正常水位和洪水位条 件下的渗流场和应力场;然后采用QUAKE/W模块对该尾矿坝在水平和竖向地震共同作用下的动力响应及震动液化 现象进行了深入研究;最后基于SLOPE/W模块中极限平衡法对不同工况条件下的尾矿坝稳定性进行了分析计算。 结果表明:① 洪水位条件下坝体内部的浸润线埋深虽有所抬升,但仍满足规范要求;尾矿坝最大水平位移集中在坝坡 中部,最大竖直位移则集中在堆积坝顶部;② 在地震作用下,尾矿坝会出现“鞭梢效应”“延后效应”和“高程效应”;单 向地震波作用下的尾矿库液化区域均小于相应的双向地震波作用下的尾矿库液化区域,且水平向地震波对液化影响 较大,这说明同时考虑水平及竖向地震的共同作用十分必要;③ 尾矿坝稳定性的极限平衡分析结果表明,其稳定性系 数均满足规范要求,尾矿坝整体稳定。
2025 Vol. 54 (11): 224-232 [
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233
贺兵红 房智恒
矿山企业安全管控能力综合评价的改进GRA-TOPSIS模型
为提高矿山企业安全管控能力评估结果的科学性和可靠性,建立了基于改进灰色关联—逼近理想解 (GRA-TOPSIS)的矿山企业安全管控能力综合决策模型。首先,从安全管理、员工安全水平、风险防控和数智化水平4 个维度,筛选13个影响因素构建了评估体系。其次,利用区间层次分析—集对分析(IAHP-SPA)法,精准化处理区间 权重,获取准确的权重信息。考虑了评价指标数据的模糊性,引入盲数理论,采用区间赋值形式,通过建立盲数矩阵合 理确定指标打分,综合运用GRA-TOPSIS模型评估安全管控能力。最后,以5座矿山为例,基于改进GRA-TOPSIS模 型,进行安全管控能力优劣排序和确定安全等级,基于雷达图分析法研究了各矿山企业安全管控能力的差异性,并提 出了针对性改进建议。结果表明:改进GRA-TOPSIS模型在矿山企业安全管控能力评估方面适用性强,可为提升安全 管理水平提供理论支撑。
2025 Vol. 54 (11): 233-241 [
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242
王行风, 陈国良,
面向生态监管的矿区生态环境知识图谱构建及应用
以“大数据、大模型”为代表的新一代智能化信息技术的应用,为生态环境研究提供了新的视角。构建 以“人工智能”为核心的生态环境监管新模式已成为现代生态监管研究的重要课题。矿区生态环境“轻发现、重事后、 强评估、弱预警”的传统监管分析方式难以满足管理部门对精准识别、快速高效以及提前发现的迫切需求。为此,提 出了面向生态监管的矿区生态环境知识图谱(Knowledge Graph of Ecological Environment in Mining Area,KGEE-MA)构 建框架,分析了协同感知、认知学习、图谱表达和智慧应用等关键环节,定义了扰动源、生态要素、采动灾害、感知数据、 分析指标以及评估模型本体的概念层次关系、语义关系以及时空关系。以永夏矿区为例,对所提技术与方法进行了 应用验证研究。结果表明:① KGME-MA有助于识别采动扰动影响的敏感生态因子、生态孕险因子,提前发现资源采 动过程中的可疑生态靶点、潜在孕灾区以及生态扰动剧烈区;② 生态环境知识图谱可为矿区这一特殊空间场景的生 态损伤的智能推理、提前发现和精准识别提供一定的支持。上述研究反映出,所构建的矿区生态环境知识图谱可为 生态环境“智慧监管”提供新的技术手段,为解决现代生态治理问题提供新思路,可丰富矿山生态演变和生态修复理 论,对于指导矿区生态分析评价、生态综合治理以及生态复垦等具有一定的参考价值。
2025 Vol. 54 (11): 242-249 [
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250
张笑蓉 贾俊乾 杜玉柱
融合多源遥感数据和支持向量机的矿区土地利用变化研究
矿区土地利用变化的准确监测和分析,是矿区环境管理中的关键环节。传统方法在数据获取和分析精 度方面存在局限,难以全面反映矿区土地利用变化的时空特征。以山西省某矿区为例,提出了一种基于多源遥感数 据融合和支持向量机(SVM)分类算法的矿区土地利用变化分析方法。首先对矿区2020—2024年高分二号(GF-2)和 高分三号(GF-3)卫星影像、Landsat 8光学遥感数据以及Sentinel-1雷达数据通过辐射校正、几何校正和噪声滤除等步 骤进行预处理,并采用加权平均的多源数据融合技术,生成具有丰富信息的综合数据。然后利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法对不同时间段的融合遥感数据进行分类,准确识别并量化了土地利用类型变化。研究结果 表明:多源数据融合显著提高了土地利用分类精度,分类准确率达到了94.3%。该方法揭示了矿区不同土地利用类 型的时空变化特征,为矿区土地利用规划和环境监测提供了一种科学方法,有助于促进矿区环境可持续发展。
2025 Vol. 54 (11): 250-257 [
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258
朱 帅 慕 鹏 马 龙 陈 梁, 孔 正
冲沟发育区厚砂岩组覆岩富水性特征及水力联系研究
针对工作面群过冲沟发育区因覆岩富水性及水力联系不明诱发其突水灾变难题,以榆树湾煤矿东翼 20118工作面及其邻近工作面群过冲沟区为工程实例,基于瞬变电磁探测技术,校验了供电脉宽、发射电流、线圈尺寸 及叠加次数等关键参数对地层结构的适用性,分析了覆岩第四系松散层、侏罗系直罗组及延安组砂岩裂隙含水层的 纵横剖面电阻率异常区分布特征,明晰了覆岩结构水力联系。研究结果表明:① 适用于榆神矿区冲沟区厚砂岩组地 层的探测参数组合为供电脉宽10 m/s、发射电流强度100 A、发射线框尺寸2 m×2 m、叠加次数30次;② 冲沟发育区 覆岩结构自地表至深部依次为第四系松散层、新近系保德组、侏罗系直罗组及延安组,且电阻分布呈现“低—中— 低—高”的电性变化特征;③ 整体而言,探测层位横剖面的全域视电阻率均在15~115 Ω·m,且侏罗系直罗组与延安 组砂岩存在低阻异常区;④ 探测层位全域存在富水异常区4处,均为弱富水区,且直罗组砂岩至2-2煤顶板砂岩存在 弱连通区域(1、2号区)与强连通区域(3、4号区)各2处。研究成果可为顶板水害防治及类似冲沟发育区覆岩富水性 探测提供重要依据。
2025 Vol. 54 (11): 258-265 [
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266
董教社 杨 鹏 徐文波 甘建军 韩 晓
提高软土地层取土质量的试验研究
在城市地质和矿山地质勘探中,采取原状土样进行相关室内试验,是获得岩土参数的重要途径之一,而 钻探取土过程中会对土样产生一定程度的扰动。为研究勘探取土工艺对软土地层取土质量的影响,以上海地区软土 地层为例,使用螺纹钻、三翼钻和岩芯管3种钻进工艺,分别与常规厚壁取土器和镀锌铁皮土样筒组合、隐形轴阀式取 土器和弓形单缝互压扣合式土样筒组合的取土工艺进行了取土对比试验。通过对土样外观形态、无侧限抗压强度指 标和扰动性指标进行对比,分析了不同勘探取土工艺对取土质量的影响。研究结果表明:取土工艺对取土质量的影 响大于钻进工艺的影响;在钻进工艺方面,螺纹钻钻进工艺的取土质量最好、三翼钻次之、岩芯管最差;采用隐形轴阀 式取土器和弓形单缝互压扣合式土样筒组合工艺所取土样质量优于常规厚壁取土器和镀锌铁皮土样筒组合工艺。 螺纹钻钻进工艺采取土样的无侧限抗压强度平均值比三翼钻高15%左右,比岩芯管高21%左右。利用自重应力下的 孔隙比变化率作为土样扰动性大小的定量评价指标,取样质量最差的勘探取土工艺所取土样的孔隙比变化率平均值 比取样质量最好的提升30.8%。研究反映出选择最优的勘探取土工艺,可显著提升软土地层的取土质量,对于获得 更加真实的岩土参数数据、提高城市地质和矿山地质勘探质量具有重要意义。
2025 Vol. 54 (11): 266-272 [
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273
佘剑波, 李 帅, 鲜少华 汤友生 徐 俊, 左冬立 卢 正
非膨胀性包边土溶质运移对膨胀土电化学性质影响试验研究
非膨胀性黏土(Cohesive non-swelling soil,CNS)包边技术是膨胀土地区广泛采用的工程处置方法。为探 究在降雨入渗过程中包边土溶质运移对膨胀土电化学性质以及宏观变形的影响规律,基于动电机制,通过设置4组 CNS覆盖层模型试验,开展了注水饱和条件下的膨胀变形、土体孔隙液离子浓度以及自然电位差监测,分析了水分入 渗、溶质运移与膨胀土层的变形、电位差之间的联系。试验结果表明:① CNS层中的Ca2+、Mg2+等阳离子会向下迁移 并聚集在膨胀土层中,产生的离子交换作用以及在孔隙中形成的离子环境改善了膨胀土的电化学性质,在宏观上表 现为对其膨胀变形的抑制作用;② CNS层越厚,迁移聚集在膨胀土中的阳离子浓度越高,对其变形发展的抑制效果越 显著;③ 土体渗流场变化以及溶质迁移分布与膨胀土层、CNS层的电位差之间具有明显的相关性,通过监测自然电位 差,可判断水分入渗过程中阳离子迁移的变化情况,以及对膨胀土电化学性质改善和变形发展抑制的程度。研究成 果可为自然电位法在膨胀土地区工程安全监测中的应用提供参考。
2025 Vol. 54 (11): 273-280 [
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地质与测量
281
刘小青, 张 苹 刘凤泽 和继圣 曹 宇 王新富 向佐朋 李 波
云南羊拉铜多金属矿床铅锌矿体中黄铁矿地球化学研究
LA-ICP-MS技术在地球科学领域广泛应用,能精细刻画矿物的成分特征。黄铁矿作为自然界中分布最 广的硫化物之一,富含大量微量元素,可以指示矿床成因。应用 LA-ICP-MS对羊拉铜多金属矿床铅锌矿体中黄铁矿 的原位微量元素和原位硫同位素进行了测试,结果表明:成矿早阶段黄铁矿(PyⅠ)呈自形—他形粒状产出,成矿晚阶 段黄铁矿(PyⅡ)呈不规则细脉状产出。2个阶段黄铁矿均富集Ge、As、Ag、Sb,贫Mn、Zn、Sn。黄铁矿中的Pb以方铅 矿显微包裹体的形式存在,Ag、Sb、Cu等元素以类质同象形式赋存在方铅矿晶格中。黄铁矿原位硫同位素变化范围在 0.60‰~4.22‰,平均为2.08‰,表明硫主要源于地幔或岩浆。2个阶段黄铁矿富As、Sb等低温元素,贫Se、Te等高温 元素,且Co含量基本位于低温黄铁矿区间,表明2个阶段黄铁矿主要形成于中低温环境。w(Co)—w(Ni)—w(As)三 元图、w(Co)—w(Ni)二元图及w(Sb)/w(Bi)—w(As)/w(Ag)二元图均表明黄铁矿为热液—沉积成因。综合前人研 究成果及铅锌矿体地质特征,认为黄铁矿为热液—沉积成因。
2025 Vol. 54 (11): 281-294 [
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295
杨 柳 侯苏伟 李东浩
基于无人机倾斜摄影和BIM的矿区三维模型建模
针对矿区三维建模中存在的地表形态与内部结构信息融合不足的问题,提出了一种基于无人机倾斜摄 影技术和建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术相结合的矿区三维建模方法。该方法通过无人机倾 斜摄影获取矿区地表丰富的纹理和空间信息,结合BIM技术构建矿区地面建筑、设施以及地下结构的精确模型,实现 地表形态与内部结构信息的深度融合。采用克里金插值法进行地质建模,利用迭代最近点(Iteration Closest Point, ICP)算法实现点云与BIM模型的精确配准,从而提高建模的准确性和实用性。试验结果表明:无人机倾斜摄影三维 点云模型精度受地形和飞行高度影响,平坦区域及低飞行高度下精度更高。BIM模型中工业厂房构件尺寸误差控制 在±5 mm,空间位置误差为±10 mm,地质BIM模型地层厚度误差为±0.5 m,地层界面位置误差为±1.0 m;数据融合配 准误差为±0.25 m,融合后模型数据一致性达到98.5%。该模型应用后,土方量计算误差降低,安全监测精度和效率 显著提升,有力保障了矿区高效、安全运营。
2025 Vol. 54 (11): 295-300 [
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