当期目录

2024年 第53卷 第12期    刊出日期：2024-12-17

上一期   

内蒙古科技大学矿业工程学科专栏

铌矿选矿技术研究现状及展望

曹　钊, 卢文达, 王介良, 吴　旭, 汤家焰, 王维维, 刘文丽

2024, 53(12):  1. 

摘要 ( 100 )   PDF (841KB) ( 153 )  

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针对铌矿资源高效分选技术需求,通过文献研究和比较,系统介绍了世界铌资源的分布、矿床类型及特 点,重点归纳了烧绿石矿、铌铁矿和白云鄂博铁-稀土-铌共伴生矿等3 类主要铌矿石的选矿工艺和浮选药剂研究现 状,指出目前铌矿选矿多采用重选、磁选和浮选等多种方法相结合的联合工艺,以适应不同类型铌矿的特性,浮选药 剂研究则主要集中在常规药剂改性、新型药剂研制和复合用药研发3 个方向。研究表明,未来铌矿选矿技术发展应加 强新型浮选药剂及其作用机理研究,注重选冶联合工艺的研究与应用,强化微细粒铌矿物及复杂共伴生铌矿物的回 收技术研发。研究结果可为铌矿资源的高效分选技术研究提供指导,对提高铌矿资源利用效率、促进铌工业可持续 发展具有重要意义。

煤岩组合体动力破坏响应研究进展述评

陈光波, 王创业, 田志超, 李　谭, 王二雨, 高　宁, 徐泽瑞, 张国华, 陈　伟, 　尚建学

2024, 53(12):  10. 

摘要 ( 65 )   PDF (4140KB) ( 114 )  

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目前,煤炭资源已进入深部开采阶段。随着开采深度的增加,冲击地压发生的频次和烈度显著提高。围 绕矿山冲击地压防治中的岩石力学等问题,许多学者从煤岩组合体的角度开展了系统性的基础研究。首先介绍了不 同因素影响下煤岩组合体的力学性质,煤岩组合体的抗压强度、抗拉强度、弹性模量介于煤和岩石组分之间,更偏向 于煤组分的力学性质。总结了煤岩组合体在不同条件下的能量积聚、能量释放等特征,煤岩组合体受载阶段可分为 应变能快速积累、应变能增速放缓和应变能快速释放3 个阶段,煤岩组合体的峰前积蓄能量和峰后耗散能量随抗压强 度、加载速率、围压的增大而增大。分析了岩石强度、煤岩硬度差、能量差、煤岩比例、倾角、加载速率、外界载荷条件对 冲击效应的影响,岩石强度越大、煤岩硬度差越大、能量差越大、煤岩比例越大、煤岩倾角越大、加载速率越高,冲击效 应越强。研究了煤岩组合体破坏过程的声发射能量、振铃计数、声发射总数等特征,煤岩组合体受载时声发射信号具 有明显的阶段性特征,可划分为平稳区、活跃区和爆发区,声发射活动可以作为评估煤岩组合体损伤状态的指标。总 结了煤岩组合体不同条件下的破坏形式及失稳机制,煤岩组合体受载条件下积聚大量的能量,煤组分中积聚的能量 较多,对于组合体的破坏起主导作用,岩石组分中的能量对组合体的破坏起到一定的加速和促进作用。最后讨论了 煤岩组合体岩石组分的破坏机制和煤岩的界面效应,并且指出了高渗透压、高温条件、强动载扰动下煤岩组合体的力 学性质和冲击效应是煤岩组合体未来重点关注的研究方向。

粉煤灰改良盐碱地研究现状与展望

任恩良, 邱轩浩, 王　丽, 王丽萍, 赵一波, 屈忠义

2024, 53(12):  26. 

摘要 ( 47 )   PDF (1559KB) ( 101 )  

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在我国农业快速发展的大背景下,盐碱地严重制约了土地的有效利用和作物的生长发育,如何有效改 良盐碱地,已成为农业生产的一个紧迫问题。粉煤灰作为一种大宗工业固体废弃物,已被证明具有广泛的农用价值, 在盐碱土壤改良中具有潜在的应用前景。通过系统回顾粉煤灰的产生与理化特性、粉煤灰作用下盐碱土壤的理化性 能、粉煤灰的潜在危害与土壤调理等方面的研究成果,总结了粉煤灰的特点及潜在性能,探讨了在盐碱土壤改良中的 机理,阐述了粉煤灰在土壤改良过程中所发挥的作用。指出盐碱土主要由高盐分引起土壤颗粒聚集,使得土壤紧密, 容重大、易板结、透气透水性能差,导致微生物难以生存,养分难吸收、难积累、难分解。粉煤灰因其特有的粒小质轻、 多孔性以及含有硅铝钙等元素的特点,可从物理上疏通盐碱土堵塞的孔隙、促进团聚体形成、降低容重,从化学上促 进离子淋溶与盐碱土发生离子交换、降低pH 值与钠离子含量,复配有机肥、腐殖酸、活性污泥等可以弥补盐碱土养 分、有机质不足的问题。在上述基础上,指出粉煤灰改良盐碱地未来需要努力的方向与攻克的难点:① 对粉煤灰进行 科学的物化分析,更有针对性地进行多元改性处理和复配功能材料,结合各种类型盐碱土提出综合性利用方案;② 对 粉煤灰改良盐碱土前后进行环境污染评价,尤其是重金属赋存特征及形态评价,确保土壤利用的安全性与科学性;③ 以粉煤灰和盐碱土多年田间实际应用结果,制定相关产品标准、技术规程和评价体系。通过以上研究,进一步推动农 业生产中盐碱土壤改良实践和粉煤灰资源利用提供参考和建议,实现粉煤灰环保化资源化利用。

基于临界慢化理论干湿循环下砂岩失稳破坏前兆研究

王创业, 闫宇航, 隋青瑞, 朱黄金, 郭　宇, 游　茹

2024, 53(12):  36. 

摘要 ( 39 )   PDF (2972KB) ( 101 )  

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地下水位波动和库水周期性变化导致岩体常处于干湿交替循环环境中。为探究干湿循环作用后引发 的工程岩体失稳问题,开展不同次数干湿循环作用下砂岩单轴压缩试验,并对试样内、外部的声、热信号实时监测,基 于临界慢化理论探寻声、热信号临界慢化特征及失稳破坏前兆。研究表明:随干湿循环次数增加,砂岩强度劣化效果 明显且峰后延性表现增强;试样声发射能量和红外计数有明显的阶段特征,随干湿循环次数增加,声发射能量活动有 逐渐提前趋势;声发射能量和红外计数的方差、自相关系数在试样失稳破坏前均有明显的前兆信息,就方差而言,红 外计数失稳前兆响应时间提前于声发射,时间占比约为86%;就自相关系数而言,声发射能量失稳前兆响应时间提前 于红外计数,时间占比约为78%。红外计数方差失稳破坏前兆信息较自相关系数异常跃升更明显清晰,且均出现在 微裂纹贯通及新裂纹萌生的塑性变形阶段,故将红外计数方差作为判断砂岩失稳破坏的主要判断依据,声发射自相 关系数作为次要判断依据。这一研究有助于揭示干湿循环下砂岩失稳破坏前兆信息,为矿山工程岩石突发性破坏失 稳预警提供理论参考。

盲天井中深孔掏槽爆破布孔优化及围岩损伤数值分析

刘树新, 庄　宇, 戴谦君, 安　帅, 曹　飞

2024, 53(12):  44. 

摘要 ( 36 )   PDF (2027KB) ( 103 )  

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盲天井掏槽爆破仅由下方切割巷道提供自由面,岩石夹制作用大,空孔参数的选取是改善自由面的关 键,优化掏槽布孔参数是提高爆破效果的重要途径。通过空孔效应的计算模型和岩石的损伤分区理论优化布孔参 数,基于优化后的掏槽布孔参数建立3 种直眼掏槽方式的布孔模型,分析了损伤演化、应力分布和槽腔范围,并对最佳 方案开展现场验证。结果表明:空孔布置在径向裂隙区域可使槽腔内岩石充分破坏,改进后的布孔参数计算公式考 虑了空孔自由面效应的影响;四空孔桶形掏槽的爆破槽腔比三空孔菱形掏槽更为均匀,并且比五空孔桶形掏槽的能 量浪费更少。基于四空孔桶形掏槽,通过试验得出250 mm 为最佳空孔和辅助孔间距。对最佳布孔方案进行现场试 验,爆破结果表明了优化的布孔参数可以取得良好爆破效果。本研究对于相关爆破工程设计具有指导价值。

大采高综放工作面沿空留巷柔模墩柱 充填体参数确定及应用

董红娟, 刘亚琳, 吴周康, 姜小龙, 张耀耀, 从日盛

2024, 53(12):  52. 

摘要 ( 26 )   PDF (2855KB) ( 99 )  

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针对大采高综放工作面沿空留巷围岩动压扰动强、稳定性控制难度大等特点,以老石旦煤矿16402 综放 工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟及工程实测的方法,分析了大采高综放条件下巷道失稳特征。以此建立 了综放沿空留巷顶板与充填体相互作用力学模型,确定了柔模墩柱支护阻力。并利用FLAC3D 数值模拟软件分析了 不同柔模墩柱宽度、间隔条件下,沿空留巷围岩应力分布及变形规律。研究结果表明:随着柔模墩柱宽度的增加和间 隔的减小,墩柱内垂直应力峰值不断降低,顶板下沉量不断减小,顶板下沉逐渐由非对称分布向对称分布演变。综合 沿空留巷围岩应力、变形规律和经济因素,确定16402 综放工作面柔模墩柱宽度为2 m,间隔为1 m。方案经过实施后 观测发现,沿空留巷顶板最大下沉量为329 mm,煤帮部最大移近量为217 mm,墩柱最大移近量为25 mm,留巷围岩基 本保持稳定,可为相似工程提供借鉴。

不同加载速率下煤岩裂隙扩展及破裂失稳前兆研究

李建伟, 杨永泽, 孙艳超, 郭鑫伟, 潘志鹏

2024, 53(12):  60. 

摘要 ( 29 )   PDF (3219KB) ( 85 )  

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煤矿开采过程中,煤岩内部会在采动应力的作用下产生裂隙,裂隙的扩展最终会造成煤岩破裂失稳。 研究受载煤岩裂隙扩展特征及其破裂失稳预兆,对于矿山的安全开采具有重要的理论价值。开展了不同加载速率煤 岩试件的单轴压缩试验,基于声发射能量特征分析了受载煤岩的裂隙扩展方向,探讨了不同加载速率下煤岩裂隙扩 展规律及失稳前兆。研究表明,低加载速率下煤岩试件主裂隙由多条微裂隙联通产生,高加载速率下煤岩试件主裂 隙由少数几条裂隙联通而成。各加载阶段内煤岩试件水平裂隙与垂直裂隙占比演化趋势相反,变化曲线呈共轭分 布。煤岩加载过程中,剪切破坏在煤岩内部占据主导地位,裂隙扩展方向关联维数可反映煤岩内部的破坏程度。受载 过程中煤岩裂隙扩展方向关联维数呈现先降低再增高的变化趋势,可将煤岩裂隙扩展方向的关联维数处于极小值作 为煤岩的失稳前兆。

分级加载条件下花岗岩蠕变破坏声发射震源前兆特征

龚　囱, 张中伟, 肖　琦, 王创业, 缪浩杰, 曾　鹏, 赵　奎

2024, 53(12):  67. 

摘要 ( 29 )   PDF (4856KB) ( 79 )  

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岩石蠕变性质是诱发岩石破坏的主要因素,研究岩石蠕变破坏前兆特征对保障矿山安全生产具有重要 意义。开展岩石在不同加载状态下的蠕变声发射定位试验,研究声发射活动性、声发射震源绝对能量与蠕变应力的 关系,分析蠕变破坏过程中震源Z(i)值与R(i)值分形维数特征,总结花岗岩蠕变破坏前兆特征。研究结果表明:蠕 变应力小于长期强度时,花岗岩声发射活动性取决于岩石微孔隙被压密时的数量,声发射活动性随着蠕变历时的增 大而减小;等速蠕变阶段震源绝对能量总体小于10 000 aJ。当蠕变应力大于长期强度时,声发射活动主要与新生微 裂纹的萌生、扩展和贯通行为有关,声发射活动性随着蠕变应力与长期强度差值的增大而增大;等速蠕变阶段绝对能 量大于25 000 aJ 震源数量增多。在花岗岩蠕变破坏过程中,自等速蠕变阶段中后期声发射震源Z(i)和R(i)值分形 维数随着蠕变历时的增加而增加,该特征可作为花岗岩蠕变破坏的前兆特征。研究成果可为探索岩石蠕变破坏预测 方法提供理论与试验支撑。

厚硬顶板煤层二次采动巷道围岩破坏机理与控制研究

刘敬东, 吕　坤, 武智东, 赵　斌, 王鹏程, 孙　轩, 曹　健

2024, 53(12):  77. 

摘要 ( 22 )   PDF (4817KB) ( 83 )  

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针对综采工作面因顶板悬顶和二次采动应力叠加导致的巷道变形严重问题,以察哈素煤矿31317 工作 面回风巷变形破坏及稳定性控制为背景,利用数值模拟的方法对厚硬顶板煤层在二次采动应力下围岩破坏特征进行 研究。揭示了厚硬顶板二次采动下煤巷围岩变形及破坏机理,并结合现场实际,给出了相应的围岩控制方案。研究结 果表明:硬厚顶板二次采动下巷道围岩破坏体现出非对称性,不同的支承压力分区,采空区侧巷道变形和塑性区分布 规律具有不同的特征;煤壁侧巷道围岩变形量随着超前距离的增加而逐渐减小;工作面位置处于不同支承压力分区 时,其最大顶板下沉量依次是支承压力稳定区>支承压力降低区>支承压力升高区。根据此结果,认为硬厚顶板二次 采动下巷道围岩变形及破坏特征主要是由于顶板侧向支承压力有差别,巷道顶帮和两帮围岩应力状态不均衡所产 生,最终造成了超前部分巷道顶板的下沉,从而影响安全生产。根据上述结论,提出了超前支护、钻孔卸压、锚杆(索) 支护以及注浆改性的“四元一体”围岩控制方案。

坚硬顶板沿空留巷支—卸协同围岩控制技术研究

郭　帅, 刘旭耀, 张东杰, 王成帅

2024, 53(12):  88. 

摘要 ( 24 )   PDF (3100KB) ( 82 )  

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针对坚硬顶板沿空巷道切顶卸压及支护参数不合理导致的巷道围岩大变形问题,以某矿运输巷道为工 程背景,对该矿沿空巷道变形特征进行了现场监测分析。利用数值模拟手段优化了切顶卸压参数,研究了坚硬顶板 沿空留巷支—卸协同围岩控制技术。结果表明:坚硬顶板沿空巷道变形表现为超前快速变形、滞后快速变形、缓慢变 形、逐渐稳定4 个阶段,巷道顶底板及两帮变形严重,变形周期较长,巷道变形稳定时滞后工作面距离达到了230 m, 现用支护方法与切顶卸压参数并不能有效控制沿空巷道变形。通过对切顶卸压参数进行优化,确定合理的切顶高度 与角度分别为7 m 与15°。据此,提出对坚硬顶板沿空巷道实施切顶卸压的同时,辅以大变形锚索+单体点柱补强支护 相互协同的控制技术。通过现场试验,沿空留巷顶板变形减少52. 3%,两帮变形减少55. 1%,围岩变形控制效果显著。

孤岛工作面回采巷道围岩破坏机理及差异化控制技术

王　鹏, 王虎伟, 王　帅, 王鹏程

2024, 53(12):  96. 

摘要 ( 36 )   PDF (7505KB) ( 79 )  

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针对孤岛工作面回采巷道围岩稳定性控制难题,以常村煤矿S5-18 孤岛工作面轨道运输巷为工程背景, 采用理论分析、数值模拟、现场实测的研究方法,获得采空区侧向轨道运输巷道围岩应力场分布规律,以及孤岛工作 面开采前后巷道围岩塑性区形态和演化规律,以阐明巷道围岩破坏特征,揭示塑性区非对称扩展机理,并基于巷道围 岩塑性区扩展特征提出分区差异化控制方案。结果表明:轨道运输巷受邻近采空区侧向支承压力扰动影响,围岩偏 应力集中,塑性区非对称分布明显。采动影响下,轨道运输巷塑性区剧烈扩展范围约为工作面超前25 m,顶板、底板 及煤柱帮塑性区扩展范围明显大于煤壁帮。偏应力大小使塑性区范围扩展,主应力角度偏转使塑性区扩展角度发生 变化,偏应力大小及主应力角度共同作用致使塑性区扩展范围呈现明显的非对称扩展。根据巷道围岩塑性区分布特 征,提出孤岛工作面回采巷道差异化控制方案及具体参数,并进行支护效果分析及工业验证。支护效果数值模拟分 析显示,补强支护后巷道围岩承压能力增强,塑性区范围减小;工程现场巷道围岩变形量均小于250 mm,围岩控制效 果良好,保证了孤岛工作面安全高效回采。

多重采动下巷道变形时空规律及协同控制研究

杨伟昆, 张向阳, 卜庆为, 都　航, 张　帅, 杨德群

2024, 53(12):  106. 

摘要 ( 33 )   PDF (5875KB) ( 81 )  

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为研究多重采动影响下底板巷道围岩变形时空演化特征,采用理论分析、数值模拟和工程实践相结合 方法,以顾北矿某采区矸石胶带机底板巷道为工程背景,对其应力分布特征进行研究,分析围岩弹塑性区时空演化规 律,提出协同控制方案。研究结果表明:多重采动和巷道与工作面相对位置关系是底板巷道产生剧烈破坏的主要因 素,也是分析巷道围岩时空演化规律和选择协同控制方案的切入点;邻近煤层回采过程中,巷道底板及两帮应力呈现 “缓增—快增—稳定”变化趋势,顶底板及两帮承受较大的不平衡挤压力导致围岩失稳;上覆煤层回采后,巷道顶板向 上部采空区挤压,减轻了应力集中,一定程度上延缓了围岩变形破坏;围岩塑性区扩展形态与应力演化特征具有一致 性,塑性区破坏以剪切破坏为主,最终显现为蝶形塑性区。针对该底板巷道的特点设计“锚杆+锚索+U 型棚+喷浆”协 同控制方案。实践结果表明:邻近煤层工作面回采距离巷道80 m 处时,巷道围岩应力进入高速发展阶段,此时进行协 同补强支护,相比未补强支护段顶底板与两帮移近量分别降低了40. 28%及36. 64%,效果符合预期。研究成果对相 似条件下巷道围岩控制提供了一定指导。

基于密度泛函理论的烧绿石晶体结构及(111) 晶面 特性研究

曹　钊, 卢文达, 张艳清, 王介良, 王　鹏, 王晓平, 王维维

2024, 53(12):  116. 

摘要 ( 33 )   PDF (2306KB) ( 81 )  

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基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,研究了烧绿石晶体及晶面结构、电子结构的特性,以及其 表面活性位点和吸附行为,以优化浮选过程,提高矿物分离效率。能带和态密度分析结果表明:烧绿石属于半导体,其 表面荷正电的活性位点为Nb 原子和Ca 原子,反应活性强,其次为O 原子,活性最低的原子为F;F—Ca 和O—Ca 键主 要呈离子键特性,在破碎和磨矿过程中,这些键易断裂,从而使烧绿石表面暴露更多的Ca 原子活性位点。表面断键 密度和表面能计算结果表明:烧绿石常见的解理面包括(111)面、(311)面和(400)面,其中(111)面最容易出现且最 稳定。表面差分电荷密度分析表明:Nb 和Ca 原子具有较强的金属性,在浮选时需优先考虑能与Ca 和Nb 活性位点结 合的捕收剂。吸附能计算结果表明:OHA-能与烧绿石表面的Nb 和Ca 位点发生化学吸附,OHA- 与Nb 形成的五元环 螯合构型最稳定,但Ca 位点数量更多,在捕收剂吸附过程中也具有重要作用。

2-乙基己基磷酸酯对萤石和方解石浮选行为的 影响及机理

汤家焰, 赵　芳, 何嘉宁, 王介良, 曹　钊, 魏　博, 张臻悦, 池汝安

2024, 53(12):  125. 

摘要 ( 35 )   PDF (2239KB) ( 81 )  

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萤石常与方解石等脉石矿物伴生,二者表面都有Ca 活性位点,使得脂肪酸类捕收剂难以选择性吸附于 萤石表面。前期试验发现磷酸酯类药剂对萤石具有选择性捕收能力,且捕收能力较强,有利于分离萤石和方解石。通 过浮选试验研究了2-乙基己基磷酸酯(2ZHP)对萤石和方解石浮选行为的影响,并采用Zeta 电位、红外光谱、X 射线 光电子能谱等分析手段,探究药剂的作用机理。结果表明:在pH 值为4~7 时,添加0. 75×10-5 mol/ L 的2ZHP,萤石有 较好的可浮性,与方解石的可浮性差异较大,有利于实现萤石与方解石的浮选分离;2ZHP 能在萤石与方解石表面发 生不同程度的化学吸附,萤石表面钙活性位点多,导致萤石对药剂的吸附量比方解石大是萤石的浮选效果优于方解 石的主要原因。

白云鄂博霓石型含铌矿分质磁选试验及工艺 矿物学研究

朱文强, 吴　旭, 史晓明, 张艳清, 王介良, 王丽明, 曹　钊

2024, 53(12):  132. 

摘要 ( 33 )   PDF (1556KB) ( 88 )  

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为充分开发利用白云鄂博铌矿资源,采用中磁选—中强磁选—强磁选工艺流程,对霓石型含铌矿物进 行了分质磁选及工艺矿物学研究,探究不同磁分选产物的矿物组成、解离度、连生及赋存状态等工艺矿物特性差异, 揭示铌矿物在磁选流程中的走向。结果表明:在238. 85 kA/ m 磁场强度条件下,中磁选流程脱铁率达62. 57%,可降 低磁/ 赤铁矿对后续铌浮选的不利影响;在0. 5 T 磁感应强度条件下,中强磁选精矿中萤石、磷灰石、方解石及重晶石 等含钙钡脉石矿物大幅降低,简化了含铌矿的矿物组成,利于铌矿物进一步分离富集;在1. 4 T 磁感应强度条件下,强 磁选精矿铌品位由原矿的0. 17%提高至0. 219%,强磁选尾矿中主要含铌矿物为烧绿石,铌矿物组成简单。研究结果 可为改进铌矿物磁选分离工艺、提高后续铌矿物浮选效果提供理论指导。

一种矿石颗粒冲击断裂能测定的新装置 ———以萤石和石英为例

柳随年, 周龙旭, 王嘉伟, 张艳清, 张鹏辉, 李　沛, 曹　钊

2024, 53(12):  140. 

摘要 ( 31 )   PDF (1769KB) ( 89 )  

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球磨机理模型可从微观层面描述磨矿过程,其中颗粒断裂能的准确测定至关重要。研究团队以压电式 冲击力传感器为核心,设计了一种新的矿石颗粒断裂能测试装置,使用该装置对石英和萤石进行了单颗粒冲击试验, 研究了冲击头形状、矿物种类、加载速率和颗粒尺寸等因素对断裂能的影响规律。结果表明:冲击力-时间关系曲线 可用于判断主断裂的发生;平头、圆头和圆头曲率对断裂能影响不大;不同矿物断裂能差异与其力学性质相关;加载 速率对断裂能有一定影响;断裂能具有尺寸效应,随颗粒尺寸减小而减小,但比断裂能则增大。进一步采用样条插值 和Tavares 粒度公式对断裂能的粒度分布进行了回归分析,拟合优度R2 为0. 9。球磨仿真模型中颗粒断裂能测试装 置的研发,有助于深入理解磨矿过程的基础理论。

采矿工程

基于双曲线模型的锚杆受力分析与临界锚固长度计算

朱彦鹏, 娄国庆, 黄安平, 吴林平, 成　栋

2024, 53(12):  148. 

摘要 ( 39 )   PDF (1724KB) ( 91 )  

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对于锚杆锚固技术,主要是针对岩土体等密闭空间进行施工,对锚杆锚固段的受力情况并不完全清楚, 施工质量难以保证。现有的锚杆锚固段应力分布解析解相对繁琐,且现行的锚固长度设计规范和经验法做出的设计 长度相对保守。为明确拉力型锚杆锚固段的受力机理并得到拉力型锚杆临界锚固长度计算方法,基于锚杆轴力和锚 头位移关系的双曲线模型,通过对锚杆微元体进行受力分析,对锚杆锚固界面非线性剪切—滑移模型进行推导。依 据锚杆荷载传递基本方程求解锚固段荷载传递解析解,并通过具体算例探究在锚固范围内轴力和剪应力的变化趋势 及分布形式。在荷载作用下锚杆锚固界面表现出明显的弹性黏结阶段、弹塑性变形阶段和加速软化阶段3 个过程。 剪应力的变化趋势及分布形式与轴力有所不同,随荷载的逐步增大表现为从单调、非线性递减曲线转变为存在峰值 且峰值点逐渐向锚固深度方向传递的单峰曲线。假设锚杆锚固界面处于弹性阶段时剪应力沿锚固深度方向呈倒三 角形分布的简化模型,得出拉力型锚杆的临界锚固长度计算公式并对计算结果进行验证。通过相关假设求解的荷载 传递方程计算简洁、形式简单,能够进一步了解拉力型锚杆锚固界面的分布形式和传递规律,通过相应简化得到的临 界锚固长度计算公式为锚固长度设计提供一定的参考价值。

穿软弱膨胀岩层深竖井掘砌工艺优化

朱笑颜, 曾宪涛, 马运亮, 彭新华

2024, 53(12):  157. 

摘要 ( 28 )   PDF (2810KB) ( 76 )  

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针对深竖井在穿越软破膨胀岩层时遇到的掘砌难题,进行了深入研究和工艺优化。随着矿产资源开采 深度的不断增加,深竖井的开挖日益广泛,而深竖井掘砌工艺是深竖井建设的重要环节,其复杂性主要体现在围岩控 制和支护工艺上。本研究针对某矿进风井面临的软弱膨胀围岩遇水膨胀、高地应力和掘进速度慢等工程难题,提出 了3 个优化方案。利用FLAC3D 有限元软件对4 个掘砌方案进行了数值模拟分析,探讨了掘砌过程中围岩和衬砌塑性 区及位移场的变化规律,并最终提出了适用于现场的掘砌方案。并通过现场工程试验进一步验证了数值模拟结果, 证明了优化方案的可行性和有效性。研究结果为深竖井穿越软弱膨胀岩层的相关研究和工程实践提供了技术支撑, 确保了深竖井工程的安全和高效施工。

复采工作面空巷充填力学响应规律与控制效果研究

牛海萍, 潘瑞凯, 于伟东, 沈玉旭

2024, 53(12):  165. 

摘要 ( 27 )   PDF (3402KB) ( 74 )  

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针对复采巷道布置过空巷围岩应力问题,以某矿复采工作面巷道布置为工程背景,根据实验室充填体、 围岩力学性能测试结果建立有限元模型,模拟研究空巷不充填和用不同材料充填时复采工作面回采过程中空巷围 岩、煤柱中最大应力和应力影响区域的分布演化规律。结果表明:距离工作面较近时,跟不充填空巷相比充填空巷煤 柱中最大应力从26. 5 MPa 下降到14. 8 MPa,最大应力区域从6 773 mm2 下降到2 619 mm2,说明充填空巷给煤柱提供 了侧向约束,可以大大减小煤柱破坏范围。当模拟充填材料弹性模量为27、115、208 MPa 时,空巷围岩的最大垂向应 力为14. 80、14. 23、13. 43 MPa,表明力学性能较好的充填材料有助于改善围岩应力分布。在数值模拟基础上,对弹性 模量208 MPa 材料充填巷道矿压显现进行了现场监测,较未充填开采前,支架工作阻力由1 708. 1~1 859. 67 kN 降低 至776. 18~815. 13 kN,降幅较为明显,上覆顶板稳定性得以保证。

中关铁矿高阶段采场充填料浆流动沉降规律及施工 参数优化

路燕泽, 甘德清, 向伟华, 连欢超, 刘志义, 杨志强, 王立杰

2024, 53(12):  173. 

摘要 ( 33 )   PDF (4112KB) ( 74 )  

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为探究中关铁矿高阶段采场充填料浆的流动沉降规律,提升充填质量,阐述了高阶段采场充填料浆流 动沉降理论、非限定界限及润滑层效应的料浆沉降模型,利用数值模拟软件研究了充填料浆在采场内的颗粒运移特 征及沉降行为,对不同采场长度下充填料浆入口数量及位置选取进行了优化,揭示了充填料浆在采场内的流动沉降 特性。结果表明:充填料浆在采场流动沉积后形成锥形分布,且当料浆内粗骨料含量达到一定阈值时分为粗颗粒区、 细颗粒区及灰砂区;料浆固相颗粒沉降速度分布差异性显著,料浆入口处沉降速度最大,沿x 轴延伸时沉降速度减小, 沿z 轴延伸时沉降速度增大;当采场长度由30 m 分别增至40~60、70~80 m 时,充填料浆入口数量分别设置为一个、 两个及三个可提升充填质量;当采场长度达到90 m 时,同样设置三个料浆入口,但需将四分之一与四分之三处料浆入 口分别沿采场长度方向向两侧移动2. 5 m,提升料浆固相颗粒流动分布均匀性。研究结果可为提升充填开采质量提 供理论依据。

基于变形分级的挤压性围岩隧道超前导洞设计研究

谈利军, 张佑钧, 刘志春, 吴　斐, 孙明磊

2024, 53(12):  181. 

摘要 ( 27 )   PDF (2446KB) ( 70 )  

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挤压性隧道大变形问题一直是困扰隧道建设者的突出难题,对围岩应力适度释放可有效控制隧道变 形,超前导洞是最直接最有效的应力释放方法。考虑强度应力比,引入挤压性围岩变形分级标准,利用FLAC3D 软件 进行模拟分析。首先研究不同变形等级条件下,铁路隧道标准双线断面施作超前导洞对正洞围岩位移和应力的影响 规律;在此基础上,进一步分析了超前导洞超前开挖距离和断面尺寸等因素对围岩变形和应力的影响,提出基于变形 分级的超前导洞设计参数建议值;最后结合实际工程进行验证。主要结论如下:无论何种变形等级,铁路隧道标准双 线断面施工超前导洞可显著降低正洞围岩变形和应力;变形等级越大,位移和应力的减小率越大,对正洞变形效果控 制越好;超前导洞的尺寸和超前距离越大,对正洞围岩变形控制越有利,但当超前距离大于30 m 或导洞面积大于38 m2 时,对正洞位移的控制将不再显著。

边坡耗散结构信息熵及其演化规律研究

孙勇成, 曾宪烨, 李万涛, 谭乃根, 田益琳, 谭卓英

2024, 53(12):  190. 

摘要 ( 38 )   PDF (2368KB) ( 74 )  

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通过分析边坡灾变过程耗散能的发生原理,提出了耗散结构信息熵,建立了耗散能与熵的计算公式。 以司家营露天铁矿边坡为工程背景,运用FLAC3D 数值软件,对边坡灾变过程耗散能与熵值进行了模拟计算,获得了 边坡在初始状态、极限平衡状态和失稳状态下的耗散能量云和熵云分布及其在灾变过程中的演化规律。结果表明, 在初始阶段,耗散能和熵值很低,且集中分布在坡底的坡脚线和台阶眉线附近;在极限平衡状态和失稳状态时,耗散 能量云和熵云已向滑移面转移,且耗散能增长显著,熵值增长较缓慢。边坡灾变过程呈现熵稳定、熵增长和熵突变3 个阶段。研究成果为边坡稳定性判识与滑坡预测提供了新的可视化方法。

节理裂隙对磷块岩力学特性影响的数值模拟研究

朱元栩, 张电吉, 吝曼卿, 周新涛, 彭亚利, 卢祥龙

2024, 53(12):  197. 

摘要 ( 31 )   PDF (3566KB) ( 78 )  

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在深部磷矿开采过程中,由于磷块岩裂纹的产生及不稳定扩展,使得地下采场及巷道出现岩爆等地质 灾害,其中裂隙倾角及宽度可以改变磷块岩的受力状态,并对磷块岩的岩爆倾向性产生影响。以宜昌瓦屋Ⅳ矿段岩 爆灾害作为工程背景,通过RFPA2D 数值模拟软件对磷块岩不同裂隙倾角及宽度下的应力应变曲线、峰值强度、裂纹 的扩展特征、岩石声发射随加载步曲线进行分析,探究不同裂隙倾角及宽度对磷块岩岩爆倾向性的影响及破坏特征。 试验结果表明:随着裂隙倾角的增大,峰值强度和峰值应变逐渐降低,裂隙宽度对弹性模量的影响极小,峰值应力随 裂隙宽度的增大而减小,且随裂隙倾角的增大,峰值应力水平逐渐趋于一致;随着裂隙倾角的增大,岩石发生破坏的 模式逐渐从脆性破坏向塑性破坏过渡,裂隙倾角为0°、裂隙宽度在1. 5 mm 时的破坏模式发生突变,呈现倒“V”裂纹 扩展特征,不同裂隙宽度下裂隙倾角为30°、60°和90°时的裂纹扩展特征相似;声发射能很好地监测岩石裂纹的产生 和岩石发生破坏的过程,从声发射的出现时间和持续时间也可对比得出,随着裂隙倾角的增大,发生岩爆倾向性明显 减弱。

矿物工程

某金矿石XRT 感应特征及预选可行性试验

晏丽鑫, 李丽匣, 李思佑, 张宏亮, 张　晨

2024, 53(12):  205. 

摘要 ( 27 )   PDF (1695KB) ( 70 )  

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为了降低某薄矿脉型金矿石的选别成本,考查在入磨前设置预选抛废的可行性,在对代表性样品进行 系统工艺矿物学特性及XRT 感应特征研究与XRT 预选试验的基础上,基于XRT 图像灰度级分布范围和最高峰分布 范围,对金矿石品位进行精准分类。进行了不同粒级、不同抛废率的矿石预选条件试验,确定了该金矿石适宜的预选 粒级,并采用C1500XRT 预选设备进行了抛废扩大试验。研究结果表明,该矿石金品位为1. 23 g/ t、硫含量1. 50%,主 要脉石矿物为长石和石英,矿石属于低品位贫硫化物石英脉型金矿石。金矿物的嵌布粒度极不均匀,大部分小于 0. 074 mm,主要为粒间金,其次为包裹金和少量的裂隙金,与黄铁矿等硫化物密切共生。针对10~60 mm 粒级,在作 业抛废率76. 51%的条件下,将预选精矿与-10 mm 粒级合并,Au 回收率为95. 84%,废石金品位为0. 11 g/ t,预选富集 比为4. 03,抛废效果良好。研究结果对降低该金矿石的选矿成本具有指导意义。

某花岗伟晶岩锂矿石中铷矿物的性质及 含铷云母的回收

杨成梅, 刘　伟, 李　波, 李　永, 姚艳清, 李沛伦, 王　威, 汪　泰, 陈欣美

2024, 53(12):  211. 

摘要 ( 29 )   PDF (1612KB) ( 70 )  

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西昆仑509 道班西花岗伟晶岩型锂多金属矿石中主要含铷矿物为白云母和微斜长石,为了在不影响主 金属矿物锂辉石回收的情况下优先高效回收铷,开展了含铷矿物的矿物学研究及白云母浮选试验。研究表明:矿石 中长石矿物种类较多,且以钠长石为主,微斜长石与之分离困难,因此,白云母是矿石中可回收的载铷矿物;白云母嵌 布粒度粗细不均、以细粒居多,与钠长石等脉石矿物嵌布关系密切,宜在充分磨矿的情况下采用浮选工艺回收,但应 避免较强的碱性环境,确保不影响后续浮锂;在以碳酸钠调浆、磨矿细度-0. 074 mm 占71. 5%的情况下,以GYMN 为 抑制剂,GYR-3 为捕收剂,采用1 粗2 精2 扫闭路浮选流程处理,可获得Rb2O 品位0. 65%的白云母精矿,白云母中的 铷回收率达81. 83%,云母的浮出为后续浮锂辉石创造了有利条件。

某伴生稀土型磷矿石中稀土元素和磷的微波辅助 酸浸试验

曾　玲, 于明明, 牛贺悦, 程明宇, 赵伟康

2024, 53(12):  217. 

摘要 ( 25 )   PDF (1458KB) ( 65 )  

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磷矿中伴生稀土元素现象较为常见,部分伴生稀土元素具有开发利用价值。某磷矿石中的主要矿物为 磷灰石、白云石和少量石英,稀土元素主要以磷酸盐矿物中的同质异像离子置换形式存在,P2O5 和REO 含量分别为 22. 04%和0. 11%,具有较高开发利用价值。为实现该磷矿资源的高效回收,在浸出过程热力学计算证明磷灰石在0~ 200 ℃时易与盐酸反应,稀土元素和磷可通过酸浸进入溶液的基础上,开展了代表性矿样的微波辐射辅助盐酸浸出稀 土元素和磷的研究。结果表明:在微波辐射功率600 W、微波浸出温度50 ℃、液固比8 mL/ g、反应时间60 min、盐酸浓 度8 mol/ L 的条件下,稀土元素和磷的浸出率分别为98. 32%和98. 65%,几乎实现了磷矿石中伴生稀土元素和磷的完 全浸出,且与常规加热酸浸相比,微波辐射辅助浸出在同等浸出率下可明显缩短浸出时间。研究结果可作为该磷矿 资源开发利用的依据。

机电与自动化

基于STM32 的自动分拣机器人研发

关开荣, 葛嘉骏, 张治敏

2024, 53(12):  223. 

摘要 ( 40 )   PDF (2485KB) ( 63 )  

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传统人工分选石英脉型钨矿存在作业条件差、劳动强度大、经济效益差、分选效果不理想等问题,尽管X 射线智能分选机效果好,但设备价格昂贵,给中小型矿山带来了一定的经济压力。为此,设计了一款自主移动、物料识 别、自动分拣、自动放入仓位的自动分拣机器人;以STM32 为控制核心,采用视觉技术,实时采集并提取图像特征信息 来判别不同颜色的石英脉型钨矿物料;以机械臂作为执行机构,在不同高度和方位完成物料的抓取与放置;在试验条 件下,机器人能平稳运行。研究结果表明:STM32 自动分拣机器人能代替人工对石英脉型钨矿进行有效分选,制造成 本低,适合中小型矿山使用,可为同类型钨矿分选提供借鉴。

顾及扫描线分布特征的地铁隧道移动扫描点云 超分辨率方法

张家文, 梁嘉辉, 张秋昭, 段　伟, 张开坤

2024, 53(12):  231. 

摘要 ( 28 )   PDF (5363KB) ( 64 )  

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基于深度学习的隧道点云超分辨率技术能够将稀疏点云进行上采样,获得更加真实、丰富的物体点云 信息,为高精度的三维重建、病害识别提供数据基础。基于“插值生成点云+深度学习位置优化”的思想,提出了一种 基于扫描线分布特征的地铁隧道移动扫描点云超分辨率模型和方法。应用扩张K 近邻采样原理,改善了生成的插值 点云空间分布。设计了融合扫描线空间分布特征的点云位置优化深度学习网络模型。在点距离特征提取过程中融 合了扫描线空间分布特征,增强了网络模型对点云扫描线分布特征的感知与利用能力,从而改善地铁隧道移动扫描 点云超分辨率处理效果。利用南京某地铁隧道实测点云数据制作点云超分辨率数据集,对所提模型进行了验证。结 果表明:测试数据集的超分辨率结果CD 值达到3. 72,HD 值达到50. 57,相比经典的Grad-PU 模型分别降低了 19. 31%和14. 22%,对于低分辨率点云中扫描线间隙较大、点云密度不均匀的区域,能够取得更加均匀且准确的超分 辨率处理结果。

融合深度卷积神经网络和Swin Transformer 的 露天矿遥感图像超分辨率重建

聂雅琳, 王海军, 石念峰, 刘保罗

2024, 53(12):  240. 

摘要 ( 25 )   PDF (1658KB) ( 62 )  

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针对现有露天矿遥感图像超分辨率重建模型提取特征能力弱、特征利用不充分的问题,提出了一种融 合深度卷积神经网络和Swin Transformer 网络的露天矿遥感图像超分辨率重建方法。首先,利用卷积神经网络和Swin Transformer 网络将露天矿遥感图像映射到全局和局部特征空间,充分提取遥感图像的深层特征;然后,构造了一种基 于注意力机制的多尺度特征融合网络,实现遥感图像局部和全局特征的深度融合,强化有效特征表达的区分能力;最 后,将深度融合特征作为超分辨率解码模块的输入,重建出高分辨率的露天矿遥感图像。通过在自建露天矿区图像 数据集和开源数据集上进行测试,试验结果表明:与当前主流的图像超分辨率重建算法相比,所提方法重构出的超分 辨率图像具有较好的视觉感知,在均方根误差方面也低于其他对比方法。

基于变形分数阶Lorenz 混沌系统的煤岩界面图像 分割方法

周素静, 康　楠, 余　敏

2024, 53(12):  246. 

摘要 ( 27 )   PDF (2610KB) ( 60 )  

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煤岩界面图像的精准分割对于确保煤矿安全高效开采具有重要意义。针对传统图像分割方法在处理 复杂煤岩界面时的局限性,提出了一种基于变形分数阶Lorenz 混沌系统的煤岩界面图像分割方法。该方法首先利用 变形分数阶Lorenz 混沌系统的复杂动力学特性生成混沌序列,通过对图像像素点进行扰动,增强图像的细节特征;然 后,结合混沌序列的分布特性,对图像进行初步分割,获得候选分割区域;最后,采用自适应阈值分割方法对候选区域 进行精细分割,提取出煤岩界面的准确边界。通过在多组煤岩界面图像上开展试验验证所提方法的有效性,试验结 果表明:基于变形分数阶Lorenz 混沌系统的图像分割方法在分割精度和鲁棒性方面均优于传统方法,能够更准确地 识别煤岩界面,并具有较好的抗噪性能和计算效率,为煤岩图像处理提供了一种有效方法。

融合眼视觉和改进多尺度Retinex 的矿岩裂隙 图像增强

赵　杰, 汪洪法, 周　明

2024, 53(12):  252. 

摘要 ( 26 )   PDF (2195KB) ( 62 )  

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准确有效地检测出矿岩裂隙对于实现矿岩体稳定性分析具有重要作用。针对深度网络对低光照条件 下采集的低分辨率图像存在特征提取不充分的问题,提出了一种融合人眼视觉和改进多尺度Retinex 的矿岩裂隙图像 增强算法。首先,结合人眼视觉特征和小波变换算法对采集的矿岩裂隙低分辨图像进行预处理;然后,采用改进的多 尺度Retinex 算法从光照分量和反射分量方面估计噪声,并排除其对图像的干扰;最后,利用CBAM (Convolutional block attention module)注意力机制强化去噪后的图像在通道和空间维度的表达能力,实现矿岩裂隙图像低分辨图像增 强。试验结果表明:与传统的Retinex 算法相比,改进的多尺度Retinex 模型能够更好地提取图像细节信息,并且在保 持自然观感的同时,增强了图像对比度,使得裂隙更加清晰可见。

安全与环保

基于流量分配的金属粉尘除尘器多孔介质滤袋结构 优化研究

刘奕歌, 陈　雅, 蒋仲安, 杨向东, 张志豪

2024, 53(12):  258. 

摘要 ( 25 )   PDF (2926KB) ( 57 )  

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为解决金属粉尘除尘器过滤过程中流场分布不稳定、滤袋过滤效果不均匀,使部分滤袋出现提前破损 的问题,运用Fluent 软件,模拟滤袋清洁时,不同滤袋长度与直径对除尘室内流场分布的影响。通过分析比较滤袋表 面平均风速,得出滤袋长度为1 000 mm、直径为150 mm 时除尘器室内滤袋流场均匀性更优。再以滤袋出口过滤风 速、最大流量不均系数为评价指标,模拟滤袋表面不同覆尘厚度下的过滤过程,确定出每条滤袋的过滤流量分配、气 流均匀性的优劣,对部分评价结果较差的滤袋,提出4 种过滤材料的优化方案。通过对比优化方案中每条滤袋的表面 风速特征及流量分配均匀特性,结果表明:同时优化进风管口处的2 条滤袋滤料为烧结金属丝网,优化出风管正下方 滤袋滤料为金属纤维毡,其余滤袋采用原滤料的方案更佳,该方案使得滤袋过滤流场最大流量不均系数、综合流量不 均系数分别降低92. 19%、92. 05%,说明每条滤袋的过滤流量分配更一致,除尘室内风流分布更均匀、更稳定。优化后 的多孔介质滤袋结构能更好地使滤袋寿命保持统一,并且将更有利于企业定期维护与整体更换滤袋。

露天矿复杂地质区域不同排弃方式下排土场变形 机理研究

杜海瑞, 赵红泽, 郭　帅

2024, 53(12):  269. 

摘要 ( 32 )   PDF (2198KB) ( 73 )  

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露天煤矿复杂地质区域内排土场的稳定性关系到矿山的正常开采,合理的排弃方法可提高排土场稳定 性。安家岭露天矿基底倾角突增、端帮偏折,通过构建三维地质模型对比分析顺倾排弃、端帮支撑式伪倾斜排弃两种 方法建设的排土场变形差异,揭示其变形破坏机理。分析表明:排土场沿基底剪切变形滑动,受倾角控制以沉降为主, 具有以台阶为单元的连续弧形特征,在排弃空间增大同时伪倾斜排土场变形小于顺倾排土场。顺倾排土场变形方向 平行于坡向,位移与距端帮距离为负相关关系,Y 向位移在基底形态作用下分两区成锥形分布,端帮支撑式伪倾斜排 土场变形分为3 区,基底侧与端帮侧分别在重力、侧向约束作用下发生偏转指向临空面,在基底形态与端帮约束下,变 形集中在坡面中部,边界近似纺锤形。端帮支撑式伪倾斜排弃方法抑制了排土场变形,削弱了基底表面应力集中现 象,端帮附近受上部排弃物的挤压及端帮形态的双重作用易发生剪切破坏。研究成果可为同类地质条件排土场、垃 圾填埋场建设提供借鉴。

基于LSTM 改进Transformer 的煤自燃温度预测模型

童保国, 姜福领, 毕寸光, 王　亮, 田坤云

2024, 53(12):  275. 

摘要 ( 33 )   PDF (1567KB) ( 60 )  

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及时准确地预测煤自燃温度对于预防煤矿安全事故的发生至关重要,传统预测方法存在数据特征提取 不充分的问题,提出了一种基于LSTM 改进Transformer 的煤自燃温度预测模型。首先,利用长短时记忆神经网络 (Long Short Term Memory,LSTM)从时间维度捕获给定煤自燃温度文本数据中的时序特征,强化模型对于时间序列数 据的长距离依赖性建模能力;然后,将LSTM 网络的输出作为Transformer 网络的输入,充分利用Transformer 网络的多 头注意力机制对时序特征的上下文位置信息进行编码压缩,细粒度地捕获煤自燃温度文本数据在时序维度的特征全 局关联性;最后,将集成LSTM 上下文时序和Transformer 位置编码强化后的特征作为全连接神经网络的输入,预测下 一时刻的煤自燃温度。通过在开源的某矿煤自燃发火试验数据集上进行测试,所提模型在平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、平均百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)和均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)3 个指标上分别实现了10. 62、6. 04%和25. 19%的性能值,优于当前主流的时间序列神经网络LSTM、GRU、Bi- LSTM,有一定的应用潜力。

矿物载体絮凝对高碱高浊废水沉降性能的影响

田德彬, 马文荣, 杜　亮, 陈　宏, 陈亚利, 张　攀, 孙　艺, 肖　奔, 夏英杰, 常兴华

2024, 53(12):  281. 

摘要 ( 30 )   PDF (1395KB) ( 55 )  

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隧道建设过程中产生的高碱高浊废水直接排放会严重危害生态环境。为解决该问题,以西藏红拉山某 隧道斜掌子面废水为对象,分别研究了该水体的pH、SS、COD、TOC 等水质情况,并对水体pH 调节试剂进行了探究, 筛选最佳pH 调节试剂,研究了不同矿物材料载体絮凝对水体沉降性能的影响,并探究了影响因素。研究结果表明: 水体的pH 和SS 远超排放标准,固体悬浮物主要成分为碳酸钙和二氧化硅,最佳pH 调节试剂为硫酸氢钠;扬州土(产 自扬州地区的膨润土,主要成分为蒙脱石)对水体絮凝沉降的促进效果最显著,可能因素为扬州土具有最佳颗粒尺 寸,在沉降过程中矿物材料颗粒可以与絮体桥连形成较大絮凝体,还能通过重力作用加速絮体沉降;当扬州土的加入 量为水体SS 含量的80%时,对水体沉降性能的促进效果最好。研究结果为高碱高浊废水的处理技术研究提供了新 的思路和方法。

矿物材料

玄武岩纤维和碳酸钙晶须增强磷建筑石膏性能研究

乔欢欢, 舒　朗

2024, 53(12):  292. 

摘要 ( 36 )   PDF (3004KB) ( 68 )  

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为了克服改善磷建筑石膏力学性能差的缺点,选择玄武岩纤维(BF)和碳酸钙晶须(CW)作为增强材 料,在磷建筑石膏中单掺BF 和混掺BF 与CW,研究磷建筑石膏抗折抗压强度、韧性、耐水性和拉伸强度的变化规律。 结果表明,掺入6、9 mm 的BF 对磷建筑石膏性能具有较优的增强作用,当6 mmBF 掺量为1. 5%时,抗折抗压强度分 别比未掺BF 的空白组提高了92. 2%和32. 0%。当掺入1. 5%9 mm 的BF 时,韧性比未掺BF 的空白组提高了76. 9%, 拉伸强度提高了31. 1%;掺入不同尺度的BF 均会使磷建筑石膏的耐水性下降。当固定6 mm 的BF 掺量为1. 5%并掺 入1. 0%的CW 时,磷建筑石膏的抗折强度比单掺1. 5%6 mm 的BF 试验组提高了9. 6%;当CW 掺量增加到2. 0%时, 磷建筑石膏的韧性比单掺1. 5%6 mm 的BF 试验组提高了27. 7%;CW 与BF 搭配使用,有助于提高磷建筑石膏的极限 拉伸应力和应变;混掺1. 0%6 mm 的BF、1. 0%的CW 与混掺1. 0%6 mm 的BF、2. 0%的CW 的磷建筑石膏在拉伸过程 中出现一定的伪应变强化效应,最大拉伸应变超过了1. 2%;CW 与BF 用量同时增加会增大磷建筑石膏的孔隙率,导 致抗压强度下降。

活性矿物掺合料对膨胀稳定性注浆材料性能的影响

林荣峰, 付　鹏, 陈　璐, 张耀磊, 杜　帅, 王志鑫

2024, 53(12):  301. 

摘要 ( 28 )   PDF (1530KB) ( 58 )  

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针对高水灰比普通水泥注浆材料存在析水率高和结石体体积收缩等问题,以自制膨胀稳定性水泥注浆 材料为研究对象,研究不同掺量的活性矿物掺合料对注浆材料流动性、凝结时间、抗压强度及自由膨胀率等的影响, 并利用XRD 对不同龄期内的结石体水化产物进行分析。试验结果表明:活性矿物掺合料的掺入增大了浆液的析水率 和流动度,且延长了浆液的凝结时间,有利于提高浆液在被注介质中的可注性;当活性矿物掺合料掺量为15%时,结 石体抗压强度最高,63 d 结石体的抗压强度达到15. 2 MPa;浆液结石体自由膨胀率受活性矿物掺合料的影响较小;在 硫酸钠溶液中养护的活性矿物掺合料的结石体28 d 抗折强度对比水中养护提高了3. 2%~44. 4%;活性矿物掺合料对 浆液结石体性能的影响主要体现在钙矾石和氢化钙等水化产物的生成量;研究成果可为稳定性水泥基注浆材料的配 制及选型提供科学指导。

钢渣基低碳胶凝材料的制备及其性能研究

叶雁飞, 申振伟, 李明阳, 任晓健, 彭健文, 高天赐, 马伟克, 张　浩

2024, 53(12):  307. 

摘要 ( 29 )   PDF (2835KB) ( 61 )  

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为实现降碳增效目标,提高工业固废的资源化利用率,以钢渣微粉、S95 矿粉、粉煤灰、脱硫石膏等工业 固废为原材料制备一种新型钢渣基低碳胶凝材料,探究钢渣基低碳胶凝材料的适宜配方,依据《混凝土用复合掺合 料》(JG/ T 486—2015)、《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》(GB/ T 17671—2021)测试胶砂试件的力学性能,采用X 射 线衍射(XRD)、差热分析(TG-DTA)、扫描电子显微镜(SEM)等测试方法表征钢渣基低碳胶凝材料胶砂试件的组成及 结构,揭示钢渣基低碳胶凝材料胶砂试件的水化机理。结果表明,普通硅酸盐水泥与钢渣基掺合料5 ∶5 配比下,试件 的力学性能均低于水泥与钢渣基掺合料7∶3 配比下;在水泥与钢渣基掺合料7 ∶3 配比下,胶砂试件活性指数均高于 《混凝土用复合掺合料》(JG/ T 486—2015)中一级的力学性能;钢渣基低碳胶凝材料最佳配比为水泥与600 目钢渣基 掺合料7∶3 配比下,其胶砂试件养护28 d 的抗压强度为47. 47 MPa,活性指数为100. 8%;胶砂试件早期由针棒状AFt 提供骨架强度,后期AFt 持续生成,并进一步增长增粗,填充于C—S—H 中,彼此包裹,相互支撑,进而提高了钢渣基 低碳胶凝材料胶砂试件的力学性能。