金属矿山

王运敏, 刘祥鑫, 游　勋

2025, 54(1): 1.

摘要 ( 128 )

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当前大数据、大模型、深度学习等人工智能新兴技术的快速发展,为推动矿业、岩土、信息、安全等多学科交叉融合提供了全新的研究视角。新兴技术引入岩石力学与岩石工程领域后,岩石破裂在时空尺度的表征及评估取得了长足进步。纵观岩石破裂问题的研究历程,所存在的不足在于人为将时序和空间特征割裂研究。究其本质,是对岩石破裂的时空一致性缺乏深度认知。在此背景下,分别从唯物主义哲学和物理学发展的视角总结了事物的时空变化性和物质运动的时空延展性规律,以能量时空性为主线,提出了岩石破裂时空观学术思想,从“岩石→能量→破裂” 完全统一角度定义了岩石破裂时空观。结合新时代学科发展前沿问题,岩石破裂时空观理论体系的提出将为岩石力学与岩石工程领域的研究提供全新的第四研究范式。

金属矿山充填料浆管道输送理论研究20 a 进展与展望

甘德清, 孙海宽, 刘志义, 薛振林, 张友志

2025, 54(1): 9.

摘要 ( 84 )

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尾砂胶结充填采矿法是实现绿色矿山建设,符合“双碳”战略发展的重要采矿手段。管道输送系统为充填料浆顺利输送至采空区提供了可靠途径,随科技进步而不断发展。分析了近20 a 国内外充填料浆管道输送的发展脉络,提出了管道输送系统具备的3 个特点。首先,管道输送研究理论体系丰富,归为尾砂胶结充填料浆性质及管流特性两方面;其次,管道输送安全事故频发,堵管、爆管、磨损失效尤为突出,开展管输理论与工程应用研究具有重要现实意义;最后,为提高矿石开采效率,实现采充协调,大流量管输系统成为料浆输送的主要发展趋势。基于管道输送两方面研究内容,从充填料浆自身属性角度出发系统梳理了充填材料类型及充填料浆的流变性、触变性等研究进展,从管输特性角度综述了管输的具体影响因素及管流特性取得的研究成果,并对速度场分布、管输阻力计算方法、管道磨损、管流可视化及传热等方面所建立的理论体系展开了深入探讨。结果表明:常采用Bingham 模型及H-B 模型描述不同类型的充填料浆流变特性、塑性黏度及屈服应力等流变参数是料浆管道输送的主要影响因素,通过加入减阻剂、减水剂或缓凝剂等外添加剂可以有效改善料浆流层间的黏滞阻力;优化管径、输送速度、充填倍线等设计参数可改善充填料浆在管道内的流动状态,减少流动过程的摩擦阻力损失。针对“三高一扰动”问题及经济高速发展需求,在“双碳”背景下,展望了未来管输核心装备及技术研发的发展前景,认为未来研究侧重点主要包括:① 在装备方面,开发新型充填材料,充分利用工业固废资源,实现绿色清洁生产;建立一套自动化充填料浆制备系统,依据料浆性质与管输设计参数进行自适应性计算与分析,实现物料精准控制;对管道材料进行精细化加工或替换,减少输送摩擦阻力,提高料浆输送效率;实现充填料浆的物理可视化监测,减少堵管爆管事故发生。② 在技术层面,有必要进一步将矿业工程学科与计算机科学的交叉融合,致力于开发智能化、可视化、高效化且经济性显著的现代充填料浆管道输送系统。

急倾斜薄矿脉开采技术现状与“ 采—选—充” 协同开采新模式

李元辉, 丁跃跃, 孔伟中, 李坤蒙, 肖贵轩

2025, 54(1): 27.

摘要 ( 91 )

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自20 世纪80 年代以来,急倾斜薄矿脉开采以浅孔留矿法和削壁充填法为主。近30 a 来,静态留矿法、小分段浅孔留矿法、削壁充填法、削壁留矿法以及中深孔高效采矿方法等多种适应不同开采条件的采矿新工艺不断研发和应用,提高了极薄矿脉和不稳定矿岩的开采效率和矿石贫损控制水平。由于薄矿脉矿体形态变化大、采场作业空间狭小、机械化程度低,一直面临着生产效率低、作业安全性差、矿石贫化高、损失大等突出问题。为进一步提高开采效率、降低贫损率,从协同开采理论出发,提出了薄矿脉井下“采—选—充”协同开采新模式。通过将矿石预选、尾废充填工艺移至井下,采用中深孔落矿的高效采矿方法,在井下开拓系统中增设矿石预选抛废装置,提前分离矿石中的粗粒废石,提高供矿品位,并将预选处理的废石和粗粒尾砂充填至采空区,创新了采、选、充协同高效绿色开采工艺流程。所提开采新模式对于改变薄矿脉开采效率低、矿石贫损率大、作业安全性差、开采成本高等现状,破解开采效率与贫损控制难以兼顾的重大技术难题具有深远意义。

软破矿岩崩落法采场大高跨切割槽形成技术研究与应用

秦国玉, 龚　臻, 谭宝会, 张刚刚, 粟登峰, 陈帮洪, 王惠芬, 张志贵

2025, 54(1): 37.

摘要 ( 61 )

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在采场中形成质量合格的切割槽是保障无底柱分段崩落法矿石回采效果的重要基础。以龙首矿西二采区需要在软破矿岩条件下形成切割槽为工程背景,提出了一种在切割平巷中先借助楔形炮排掏槽再利用直立平行炮排扩槽的无井成槽方案,并在现场进行了前期应用。应用结果表明:楔形掏槽爆破质量对于整个切割槽形成效果起决定性作用,当楔形掏槽跨度一定时,楔形掏槽高度越大,所受的爆破夹制作用越明显;在西二采区矿岩条件下,当楔形掏槽跨度为15 m 时,有效掏槽高度为15~18 m,无法满足崩落法采场最末分段需要形成高度27. 3 m、跨度75 m 切割槽要求。为此,针对该成槽方案展开进一步研究,提出了加大楔形掏槽跨度、分次完成楔形掏槽以及加大排间微差爆破间隔等关键性改进技术。并采用ANSYS/ LS-DYNA 软件对改进后的成槽方案进行了数值模拟研究,验证了改进方案的有效性和可行性。最后在矿山开展了工程实践,顺利在崩落法采场形成了达到设计要求的切割立槽。

适用于采空区治理及残矿回收的“ 人工关键层” 构建及应用

胡世利, 邱景平, 孙晓刚, 熊　博

2025, 54(1): 48.

摘要 ( 53 )

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为实现采空区治理与残矿回收的有效结合,以内蒙古某矿山为工程背景,基于关键层理论,采用废石散体水泥灌浆胶结充填采空区构建“人工关键层”,支撑采空区的顶部围岩;采用废石散体黄沙料浆胶结充填其他采空区,进一步控制采空区变形。通过“人工关键层”与胶结充填体、围岩之间的耦合作用,达到了平衡地应力和控制围岩变形的目的。分别通过理论计算与数值模拟方式,系统研究了“人工关键层”厚度、耦合体应力特征及地表沉降值分布规律。研究表明:“人工关键层”作为再生顶板具有较好的稳定性,关键层厚30 m 时最大地表沉降2. 17 mm,满足《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》对地表沉降的要求。根据数值计算获得应力分布与位移特征,确定了由上而下、由边至中的施工原则,以及“构建‘人工关键层’—现状采空区治理—残矿回收—采空区综合治理”的施工步骤,达到了采空区治理与残矿回收的双赢效果,对于类似矿山有一定的参考意义。

不同斜溜槽倾角下溜井井壁冲击破损特性研究

孙永茂, 赵芳芳, 陈中原, 徐文彬

2025, 54(1): 56.

摘要 ( 38 )

PDF (2084KB) ( 61 )

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矿石通过斜溜槽进入溜井时,不可避免地会对井壁造成冲击性损害。准确评估矿石对井壁的冲击位置、冲击力及其持续时间,对于选择合适的支护策略和确保溜井长期稳定运行至关重要。以张庄铁矿6-1 盘区溜井为研究对象,基于相似模拟原理建立溜井模型,结合数值模拟,模拟斜溜槽倾角为40°、50°、60°和70°情况下,不同斜溜槽倾角对矿石卸矿过程中冲击效应的影响。研究结果表明:矿石首次冲击位置较第二次冲击位置更为集中,且首次冲击对井壁的破坏更为显著;随着斜溜槽倾角增大,斜溜槽下槽面所受法向冲量和切向冲量逐渐减小,下段溜井左右两侧井壁所受法向冲量和切向冲量均逐渐减小,即随着斜溜槽倾角增大,溜井所受冲击破损程度逐渐减小。数值模拟结果与相似模拟结果相吻合,验证了数值模拟方法在此类研究中的可靠性和有效性,为溜井斜溜槽角度选择及井壁支护和加固提供了科学依据。研究结果有助于优化溜井结构设计,降低工程成本,延长溜井使用寿命。

充填法开采过程中爆破震动波传递规律与围岩破坏模式研究

郭志东, 祝贺超, 潘　博, 柴青平, 刘惠洋

2025, 54(1): 65.

摘要 ( 54 )

PDF (3233KB) ( 49 )

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目前地下厚大矿体开采方法主要采用嗣后充填法,研究爆破开采对围岩和充填体的动力学响应至关重要。为此,针对鞍本区域某厚大矿体空场嗣后充填法开采中面临的围岩—充填体损伤破坏和地表爆破振动控制安全问题,通过拉—压剪耦合爆破损伤力学模型数值模拟,开展了围岩—充填体损伤区空间分布规律研究,揭示了矿体与充填体的损伤区分布以及爆破震动波传播规律,为爆破参数优化设计提供理论支撑。研究结果表明:在采场生产爆破作用下,可将爆破损伤区划分为强扰动区(D =1. 0)和弱扰动区(D<1. 0),强扰动区深度均大于弱扰动区,整体分布随着深度呈现出非线性递减规律;充填体对爆破振动波的传播有明显地弱化机制,振动速度场总体呈现出非对称分布,地表监测质点峰值振动速度满足规范要求。

危岩体稳定性分析的三维极限平衡法

苏国韶, 刘本朝, 刘友能, 范秋雁

2025, 54(1): 72.

摘要 ( 44 )

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针对二维极限平衡法不完全适用于三维危岩体稳定性分析的问题,根据极限平衡理论,考虑结构面宽度方向两侧贯通程度不一致时危岩体具有侧向扭转倾向的情况,提出了一种改进的危岩稳定性分析的三维极限平衡法。该方法通过对危岩体主控结构面进行拉伸拓展,得到三维计算简图,进而对三维计算简图进行受力分析,计算其抗滑(扭)力(矩)和滑动(扭转)力(矩)的比值,得出了滑移式、坠落式和倾倒式3 类危岩相应的稳定性系数计算公式,依据所提公式与数值模拟分析了侧向贯通率及上部贯通率对危岩稳定性的影响。研究表明:随着侧向贯通率及上部贯通率增大,危岩体稳定性呈下降趋势。相较于传统的二维极限平衡法,所提方法计算精度更高,计算相对误差降低了50%以上,并且能够同时适用于主控结构面竖向与侧向完全贯通条件与不完全贯通条件下的危岩稳定性分析,有效解决了现行规范推荐的二维极限平衡法无法考虑主控结构面侧向贯通影响的问题,扩展了二维极限平衡分析方法的适用范围,丰富了危岩稳定性分析理论。

不同含水率花岗岩单轴压缩力学特性及破坏特征研究

庞建勇, 王　宇, 巩义鑫, 李垂宇

2025, 54(1): 81.

摘要 ( 46 )

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为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算, 得出能量演化规律。研究结果表明:花岗岩试样应变软化特征明显,且随着含水率增加,峰值应力逐渐减小,非线性增加趋势明显,且伴有局部起伏涨落的趋势;花岗岩试样的抗压强度、弹性模量、脆性指标均随含水率增加而减小,饱和试样与干燥试样相比下降了40. 1%、33. 8%、61. 8%;破坏模式随含水率增加而改变,崩落破坏时剧烈程度逐渐降低, 干燥花岗岩呈现脆性劈裂破坏,破坏面以近竖直裂纹为主,低含水率花岗岩的破坏模式为拉—剪复合破坏,花岗岩近竖直裂纹数量减少,倾斜裂纹增多,随含水率增大呈现拉—剪复合破坏减少而剪切破坏增多,饱和岩样以剪切破坏为主,破坏面主要为倾斜破裂面;花岗岩的含水率越大,吸收能量的能力减弱,储能速率降低,但能量耗散现象显著。研究结果可为富水地区硬岩地下工程岩石工程灾害防控提供参考。

双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷能量耗散特征研究

孙光华, 吴柄纬, 韩　强, 刘志义, 郭　将, 韩凯明, 齐育珠

2025, 54(1): 89.

摘要 ( 44 )

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针对重力场和单一方向水平应力场共同作用下的深部采场开挖面卸荷破坏问题,开展了双轴+侧限条件下的花岗岩单向卸荷声发射监测力学试验,并结合信息熵理论,分析了花岗岩单向卸荷能量耗散的时空演化规律。研究表明:双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷破坏模式以剪切破坏为主,声发射RA—AF 信号特征表明其破坏以张拉为辅;花岗岩声发射能量与破裂事件空间定位显示,双轴+侧限条件下加载时的应力集中现象是能量耗散聚集成核的主要原因,水平应力使能量耗散倾向于在水平应力方向分布,卸荷引起的能量耗散主要向卸荷方向传播;双轴+侧限条件下花岗岩单向卸荷全过程中的时间熵值呈“震荡—下降—震荡—急剧上升—急剧下降”发展趋势,空间熵值呈 “震荡—上升—下降—震荡—急剧上升—急剧下降”发展趋势,水平应力提高了花岗岩单向卸荷时能量耗散在时空上的混乱程度,时空熵值的演化过程与声发射特征分析结果相吻合。研究成果可为地下采矿工程中岩石开挖的灾害监测与预防提供理论依据。

煤气化灰渣分选技术与资源化利用研究进展

张迎霜, 冯　俊, 莫文龙, 郭　皓, 赵雨薇, 赵子涛, 张书培, 符剑刚, 杨志强, 魏　东, 黄朝峰

2025, 54(1): 97.

摘要 ( 61 )

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气化灰渣是煤气化转化过程产生的主要副产物,特征分析、炭灰分离和资源化利用是降低其环境危害性、提高煤炭资源利用率的有效途径。论文系统阐释了煤炭气化灰渣的孔隙结构、表面形貌、矿物组成等特征,这有助于根据物化性质设计资源化利用方案;深入分析了气化灰渣的分级、重选、电选、浮选、化学分选等分离技术,多技术联用可提高炭、灰分选效率;全面综述了气化灰渣的资源化利用途径,硅碳复合材料逐步成为气化灰渣大规模资源化的趋势。研究为促进气化灰渣的循环利用起到支撑作用。

基于某铁矿石矿物学特性的超级铁精矿制备研究

郭紫璇, 刘　杰, 葛文成, 石新宇, 张　月, 张淑敏, 董再蒸, 巩秀亭, 朱效军, 史秀杰, 袁　帅

2025, 54(1): 106.

摘要 ( 57 )

PDF (2734KB) ( 53 )

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对于TFe 品位37. 26%的山东某磁铁矿石,为了高效、低成本开发利用该资源,充分挖掘资源的潜在经济价值,以矿石的工艺矿物学研究成果为依据,开展了获取超级铁精矿工艺研究。结果表明,矿石属于低硫磷、高硅铝钙镁磁铁矿石;矿石中的Fe 主要以磁性铁的形式存在,分布率为84. 43%,主要铁矿物磁铁矿的结晶粒度较好、总体粒度较粗且纯度较高,随着磨矿细度的提高,磁铁矿单体含量越来越高,与主要脉石矿物角闪石、绿泥石解离越来越充分。据此,采用磨矿—弱磁选—反浮选—一次再磨—弱磁选—二次再磨—弱磁选—反浮选流程进行了试验研究,最终获得了全铁品位为70. 51%、铁回收率为26. 10%的高纯铁精矿,同时获得了全铁品位68. 53%、铁回收率为48. 91% 的优质铁精矿,该研究成果可作为现场工艺优化升级的依据。

三元组合捕收剂对钛铁矿与钛辉石浮选行为的差异

齐赛男, 孟庆有, 袁致涛, 李倩雯

2025, 54(1): 112.

摘要 ( 46 )

PDF (2432KB) ( 48 )

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钛辉石作为钛铁矿中的主要脉石矿物之一,二者浮选分离效果的好坏直接决定钛铁矿精矿的品质。苯甲羟肟酸属高效选择性捕收剂,但价格较高,为了在不影响产品指标的前提下降低其用量,研究了油酸钠、仲辛醇辅助苯甲羟肟酸的效果,并通过Zeta 电位分析、红外光谱检测、X 射线光电子能谱方法分析了组合捕收剂在矿物表面的吸附机制。试验结果表明,三元组合捕收剂扩大两种矿物浮游性差异效果更明显,纯矿物浮选试验在矿浆pH= 6. 0, 苯甲羟肟酸、油酸钠、仲辛醇物质的量之比为70∶6∶24 时,钛铁矿回收率为92. 20%,钛辉石回收率为23. 86%,两者回收率相差68. 34 个百分点;1∶1 人工混合矿(TiO2 品位为25. 58%)不同捕收剂对比试验中,三元组合捕收剂对钛铁矿的分选和回收效果最优,一次浮选分离可获得TiO2 品位为33. 67%、TiO2 回收率为93. 22%的钛铁矿精矿。三元组合捕收剂组分间具有正协同效应,其在钛铁矿表面的吸附能力大于钛辉石;苯甲羟肟酸化学吸附于钛铁矿表面,油酸钠增强苯甲羟肟酸在钛铁矿表面为吸附作用,仲辛醇通过氢键进一步吸附于矿物表面,因此,三元捕收剂可以显著增强钛铁矿的可浮性。

安徽某含镓斑岩型铜矿石选矿新工艺研究

杜淑华, 袁晓玲, 夏　亮, 朱国庆, 余长军, 吴　磊, 李　凡

2025, 54(1): 120.

摘要 ( 34 )

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安徽铜陵某斑岩型低品位铜矿石Cu、S、Ga 含量分别为0. 30%、2. 99%、22. 05 g/ t,主要有价矿物黄铜矿呈细脉浸染状嵌布,黄铁矿呈自形—他形粒状、条带浸染状、细脉状嵌布。为了高效回收该资源中的有价组分,进行了系统的选矿试验研究。结果表明,矿石棒磨至过80 目筛后,采用1 粗2 精2 扫选铜、1 粗2 精2 扫选硫、中矿顺序返回流程处理,可获得铜品位18. 12%、含镓8. 80 g/ t、铜回收率84. 68%的铜精矿,以及硫品位43. 80%、含铜0. 20%、含镓 3. 82 g/ t、硫回收率70. 91%的硫精矿;铜硫尾矿脱泥后采用捕收剂XK04 浮选石英,再经过酸洗可得到SiO2 含量达 99. 96%的低端高纯石英精矿;镓含量为22. 96 g/ t 的浮铜、硫、石英尾矿经800 ℃煅烧2 h,再用浓度50%的H2SO4 溶液+浓度20%的HF 溶液(体积比2∶1)浸出,在液固比为5∶1、100 ℃恒温磁力搅拌(300 r/ min)浸出时间3. 5 h 的情况下,镓浸出率达92. 36%,取得了理想的综合回收效果。

陕西某含碳金矿氧化焙烧—提金试验研究

郭守德, 靳建平, 李艳军

2025, 54(1): 126.

摘要 ( 34 )

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陕西某含碳金矿石金品位为3. 29 g/ t、碳含量为4. 12%,自然金主要以显微金、细粒金形式被石英、褐铁矿等载金矿物包裹,包裹金占比达71. 73%;矿石中石墨碳含量为0. 94%、有机碳含量为1. 30%,其余碳以碳酸盐形式存在。为了解决金的包裹和碳质物在浸金时的“劫金”现象,课题组开展了矿石悬浮氧化焙烧—浸金工艺研究,并进行了悬浮氧化焙烧对浸金效果改善的机理分析。结果表明,在给矿粒度-0. 074 mm70%、氧气浓度20%、焙烧温度650 ℃、焙烧时间90 min 条件下的脱碳率达98. 23%;在液固比1. 5∶1 mL/ g、“金蝉”用量10 kg/ t、浸出温度25 ℃、浸出时间12 h、搅拌转速300 r/ min 条件下的金浸出率达88. 72%。悬浮氧化焙烧的积极意义在于:焙烧使白云母发生了脱羟基反应,白云石及方解石发生分解反应生成了氧化钙,硫化物发生了氧化裂解反应,其余碳质被氧化生成了二氧化碳而逃逸;焙烧使大量的包裹金变成了裸露-半裸露自然金。简而言之,矿石的悬浮氧化焙烧既使自然金充分暴露,又有效消除了“劫金”因素,因而有助于后续金的浸出。

云南某重晶石-方解石型萤石矿石选矿试验

黄俊玮, 魏付帅, 张其武, 李洪潮, 陈　飞, 姜　婷

2025, 54(1): 133.

摘要 ( 30 )

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云南某重晶石-方解石型萤石矿石CaF2、BaSO4、CaCO3 含量分别为27. 80%、27. 06%和33. 22%,主要有用矿物为萤石和重晶石。萤石、重晶石和方解石嵌布粒度较细、嵌布关系较紧密,且三者可浮性差异较小,属难选萤石矿石。为高效开发利用该萤石资源,课题组进行了系统的选矿试验研究。结果表明:在磨矿细度为-0. 074 mm 占 70%的情况下,采用1 粗1 精摇床重选、1 粗9 精1 扫、全部浮选中矿集中再选后返回精选1 的工艺流程处理矿石,最终获得CaF2 品位为98. 46%、回收率为79. 07%的萤石精矿,以及BaSO4 品位为90. 88%、回收率为61. 64%的重晶石精矿。萤石与方解石浮选分离取得理想效果的原因,在于铁离子预处理配合单宁酸有效实现了对方解石的选择性抑制。该研究成果可作为该萤石资源开发利用的依据。

Al3+ 强化单宁酸浮选分离萤石和方解石的研究

赵　晗, 李茂林, 孔令东, 曾耀莹, 崔　瑞, 姚　伟

2025, 54(1): 138.

摘要 ( 38 )

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萤石矿中常富含方解石,在浮选回收萤石时,方解石的抑制效果决定了浮选效果的好坏和分选工艺的繁简。为探索萤石矿浮选中方解石的高效、环保抑制剂,通过纯矿物浮选试验和人工混合矿浮选试验,探讨了Al3+ 强化环保有机物单宁酸选择性抑制方解石的效果,并通过吸附量测试、Zeta 电位测试、UV-Vis 测试和X 射线光电子能谱测试分析了抑制机理。结果表明,Al3+ -单宁酸选择性抑制方解石的效果明显强于单宁酸;单宁酸和油酸钠在两种矿物表面存在竞争吸附,Al3+ -单宁酸在方解石表面的吸附作用强于萤石;Al3+ 与单宁酸发生配位反应生成Al3+ -单宁酸配合物,是Al3+ -单宁酸在方解石表面吸附强度高于单宁酸,从而进一步抑制方解石上浮的根本原因。

垃圾焚烧飞灰和赤泥共还原回收铁、镍、铜和铬试验

李永密, 耿　超, 史先锋, 李全明, 高娅婕, 张　红

2025, 54(1): 147.

摘要 ( 34 )

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垃圾焚烧飞灰和赤泥是我国亟待处理的危险废物和工业固废。针对垃圾焚烧飞灰和赤泥物理化学特性,试验以山西某拜耳法赤泥为原料,以中国北部某城市垃圾焚烧飞灰为还原剂和添加剂,将飞灰和赤泥进行共还原协同利用试验研究。结果表明,垃圾焚烧飞灰和赤泥共还原能够实现飞灰和赤泥中的有价金属回收;在最佳还原条件下,可以得到Fe、Ni、Cu 和Cr 回收率分别为76. 55%、84. 89%、73. 95%和58. 87%,Fe、Ni、Cu 和Cr 品位分别为 94. 40%、0. 45%、0. 77%和0. 42%的铁合金产品;同时,Zn、Pb 和Cd 等挥发性重金属以氯化物形式在二次飞灰中得到较好的富集;尾渣主要由无定型SiO2-Al2O3-CaO-FeO 体系的非晶态玻璃构成,不属于危险废物,可作为建筑材料使用。该工艺为飞灰和赤泥的利用提供了一条新的技术路线。

适用于矿山爆破的“ 悟空” 大模型构建及其平台研发

李萍丰, 谢守冬, 张　宣, 张万忠

2025, 54(1): 153.

摘要 ( 87 )

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针对矿山爆破面临的复杂地质条件、爆破效果准确性差及多源数据驱动模型构建困难等问题,为提高矿山爆破作业的智能化和自动化水平,提升作业效率和安全性,构建了一种基于GPT 大模型的矿山爆破大模型——— “悟空”大模型,该模型集成了GPT 大模型的强大自然语言处理能力与深度学习算法,旨在实现智能布孔设计、智能知识问答及智能问数统计等特色功能。进一步研发了配套的智能平台,该平台引入了自动化的爆破布孔方案生成机制,能够根据地质条件、炸药类型及爆破目标等参数,实现快速优化爆破布孔方案,提升布孔设计的合理性和准确性; 平台开发了一个知识问答模块,能够实现即时解答爆破作业中的疑难问题,进一步提升作业效率;此外,平台智能问数统计模块能够以对话形式实现数据自动统计分析、自动图表展示、智能数据洞察等功能,赋能矿山数据多场景分析研判。研究表明:① 智能布孔设计能够显著提高布孔设计效率和准确性,减少人工干预;② 智能知识问答能够有效解决矿山爆破领域中的专业知识获取难题,提升行业人员专业素养;③ 智能问数统计能够有效收集并分析爆破作业数据,可为矿山爆破的精准管理与决策提供有力支持。所建模型及其配套的智能平台为实现矿山爆破作业智能化提供了新思路,具有重要的理论意义和实用价值。

露天台阶爆破智能设计系统研发及应用

杨　军, 李立杰, 刘红岩

2025, 54(1): 160.

摘要 ( 62 )

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爆破作为采矿的主要环节在数字化矿山建设中具有举足轻重的作用,提高爆破设计的科学性和合理性,需要突破传统爆破设计过多依靠个人经验和爆破理论发展不足等瓶颈。为此,以VC++作为开发平台,采用Open GL 作为3D 图形引擎,由底层自主开发了相应的露天台阶爆破智能设计系统。该系统基于高精度延时逐孔起爆条件下单孔拟柱体(炮孔分担区域)破碎理论模型,结合人工智能和台阶爆破设计原理,实现三维布孔自动化、起爆网络连接自动化、爆破参数选取智能化和设计图表规范化等目标。系统具有的逐孔计算校核炮孔药量和爆破震动、飞石及爆堆破碎效果预测等功能,成功解决了爆破方案精确设计中的核心问题。最后将该系统应用于非洲纳米比亚湖山铀矿复杂矿体矿岩分离爆破生产实践,通过矿岩分离爆破技术成功地将矿石贫化率由最初的17%大幅降至13%,直接生产成本降低了4. 60%,同时显著提高了矿山爆破作业的智能化水平,节约了企业总生产成本,取得了显著的经济和社会效益。

西藏巨龙超大型斑岩型铜矿床地质特征及找矿前景

康　旭, 谢富伟, 丁　帅, 龚建生, 樊炳良, 周敖日格勒, 孙　杨, 何逸飞, 贾　敏, 徐煜昕, 邱泽航, 曹　润, 刘诗语, 张家璇

2025, 54(1): 168.

摘要 ( 75 )

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巨龙铜矿床位于拉达克—冈底斯—下察隅岩浆弧东段南缘,是我国首个单体铜金属资源量超过2 000 万t 的世界级斑岩型铜矿床。最新勘查成果显示巨龙铜矿是由驱龙铜矿和荣木错拉铜矿组成的一个完整斑岩成矿系统。结合矿区2020 年以来的补充勘探成果,开展了巨龙铜矿矿床地质特征研究,建立了三维地质模型和矿体模型,总结和探讨了矿床成因,分析了矿区找矿前景。研究结果表明:巨龙铜矿发育于近EW 向逆冲断裂带与SN 向正断层系统交汇部位的中新世复式岩体中,主要赋矿岩体为二长花岗斑岩、黑云母二长花岗岩、花岗斑岩;矿体在平面上呈近似圆形,空间上呈厚大柱状体,产状近直立,铜品位由浅部向深部逐渐降低;围岩蚀变以发育大量硬石膏、泥化蚀变叠加显著为特征;巨龙铜矿是典型的碰撞型斑岩铜矿成矿系统,降温可能是铜发生大规模沉淀的主要因素。在上述分析基础上,以Leapfrog 三维地质建模软件为平台,通过隐式建模方法构建了矿床三维地质模型和三维矿体模型,并结合矿床成因和找矿标志,认为巨龙铜矿体北侧及东侧深部未封闭,深部找矿潜力巨大。此外,该矿北西方向串珠状低磁异常区及北侧默龙玛矿段也具有良好的找矿前景,有望取得新的找矿突破。

西藏锂硼铷铯战略性新兴矿产成矿规律与找矿前景

白潍铭, 史鹏会, 白朝军, 申开洪, 何姝珺, 王跃峰

2025, 54(1): 177.

摘要 ( 27 )

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青藏高原大幅隆升为西藏盐湖和盐湖矿产的形成创造了极为有利的气候条件、地貌条件、地质构造条件。西藏地区Li、B、Rb、Cs 等成盐元素区域地球化学背景值高,富含Li、B、Rb、Cs 等的温泉广泛分布,为该区成盐元素大量聚集提供了充足的成矿物质来源,是我国寻找Li、B、Rb、Cs 战略性新兴矿产的重要产地。对西藏Li、B、Rb、Cs 盐湖矿产的成矿溶液和成矿物质来源,以及时空分布规律、成矿控矿条件、化学组分及相关性等进行了分析研究,系统总结了成矿规律和找矿标志。基于古大湖演化成盐模式,建立了锂硼铷铯盐湖矿产遥感综合找矿模型,在西藏全区圈定出181 个Li、B、Rb、Cs 找矿靶区,其中经验证新发现7 处盐类矿产地,包括2 处超大型铯、大型锂硼综合性矿床,1 处大型锂矿床和4 处中小型锂硼综合性矿床。

融合多源因素回归和ARIMA-LSTM 的露天矿地表形变趋势分析

李如仁, 李梦晨, 葛永权, 刘明霞

2025, 54(1): 186.

摘要 ( 46 )

PDF (3586KB) ( 46 )

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露天矿山大规模开采引发的地表形变严重威胁了周边基础设施的稳固性及附近民众生命财产安全,形变演化趋势的精准预测对于保障矿山安全运营具有重要意义。针对当前形变监测技术的时空采样率低、成本高,以及数据处理过程中影响因子筛选困难、趋势预测精度欠佳等问题,以辽宁省鞍山市露天矿集中分布区为工程背景,提出了一种融合自回归差分移动平均(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型—长短期记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型的多源因素融合回归的露天矿地表形变演化趋势分析方法。首先,利用短基线子集干涉测量(Small Baseline Subset Interferometric Synthetic Aperture Radar,SBAS-InSAR)技术开展2020 年1 月—2022 年4 月期间研究区地表形变的长时序监测,获取该时段内地表形变时空分布特征。然后,耦合因子分析及灰色关联分析法提取形变主影响因子,基于皮尔逊相关系数(Pearson)验证影响因子的筛选效果,同时考虑地表相邻点位形变的联动效应,构建了多源异构数据融合回归序列。在此基础上,引入自回归差分移动平均(ARIMA)模型改进的长短期记忆网络(LSTM)模型开展形变趋势预测,并采用平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)、标准误差(Root Mean Square Error,RMSE)以及平均百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)评估所提方法的预测性能。结果表明:监测期内东鞍山矿东部、大孤山矿中部以及鞍千矿东部沉降相对严重,年均沉降速率最高达166. 41 mm/ a。耦合因子分析及灰色关联度法提取的影响因子合理可靠,融合高程、地形起伏度及累积降雨量等因子的形变序列更贴合矿区地表真实形变过程。与ARIMA-LSTM 模型相比,基于多源因素融合回归模型的预测误差MAE、RMSE、MAPE 分别降低了48. 0%、16. 7%和25. 5%,预测精度有所改善且能够有效反映形变累积的整体趋势。

基于Raspberry Pi 的矿井通风环境在线监测系统研制与应用

任海龙, 孔　铭, 张宝金, 黄铂然, 黄　浩, 王培涛

2025, 54(1): 198.

摘要 ( 40 )

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为解决目前我国矿井通风监测系统安装周期长、功能不足、布点灵活性较低、数据二次利用水平不足等问题,自主开发了一套矿井通风环境在线监测系统。系统以Raspberry Pi 开发板为核心,连接多种传感器进行数据采集,并以ONENET 物联网平台为终端数据显示和储存平台,进而利用其触发器功能实现井下通风环境安全预警。该系统已成功应用于眼前山铁矿,结果表明:通过该系统成功建立了井下温度场等数据库;以三维仿真通风系统为基础,对井下实时监测数据进行整合,经最小二乘法拟合获得温度、风速修正公式,最终系统实现了井下通风环境(温度、湿度、大气压强、风速、巷道内空气质量指数IAQ 和CO 浓度)的实时监测和数据传输。该系统操作简易,运行稳定,可大面积布点,数据可进行二次利用,提高了通风网络解算数据的准确性。同时,开放式云平台的应用能减少服务器架设,降低开发成本,有效满足金属矿山通风监测需求,具有良好的应用前景。

海外大型露天矿山智能化建设体系与应用实践 ———以拉斯邦巴斯铜矿为例

吴立活, Miguel Canz, Hermes Guevara, 李国清, 侯　杰, 张永芳

2025, 54(1): 207.

摘要 ( 41 )

PDF (4068KB) ( 53 )

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拉斯邦巴斯铜矿运用现代化信息技术构建覆盖“地质资源—计划管理—过程控制—安全保障—智能决策”全方位智能化建设框架,通过关键应用场景设计与应用,实现矿山生产运营的高效协同与智能管理。针对矿体赋存条件复杂、开采规模庞大、作业地点分散等问题,应用矿床地质建模、三维可视化及无人机技术,实现矿山全生命周期的地质资源精细化管控。在此基础上优化开采工艺,应用精准定位及智能卡调技术,实现大规模高陡边坡的精准穿孔、控制爆破以及矿岩运输。构建了以超前预防为目标,全面覆盖人、机、环、管,与生产过程深度融合的矿山安全监测预警体系,显著提升了矿山的安全作业水平。通过云平台和数据湖技术实现多源异构数据融合,应用机器学习算法构建数据分析与决策模型,为矿山管理者科学决策提供有力支持。拉斯邦巴斯铜矿智能化建设成果对于国内大型露天矿山智能化建设具有一定的示范作用。

尾矿库灾害智能化双控平台研发及应用研究

刘　迪, 边润泽, 李泽宇, 顾清华, 马莲净, 马金博

2025, 54(1): 216.

摘要 ( 40 )

PDF (2610KB) ( 33 )

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尾矿库是矿山的重大危险源,其传统重经验的被动式、经验式、依赖员工素质的粗放式安全管理模式, 已不能满足信息化时代的矿山安全管理需求。利用数字化信息技术、大数据分析与应用技术,深入剖析风险分级管控和隐患排查治理两大流程,提出了基于“互联网+双重预防机制”模式的智慧矿山全生命周期的主动式、科学化、依赖技术创新的信息化安全管理模式。综合风险识别和隐患排查建立尾矿库双重预防机制,实现了灾害智能化平台设计和研发,能够实时监测预警风险隐患,实现尾矿库全生命周期的智能化安全管理,并在陕西某尾矿库应用中取得良好效果。结果表明:与传统双重预防方法相比,基于智能化双控平台下的安全管理模式使尾矿库安全管理更加精准和科学,能够实时监测和分析尾矿库的运行状态,识别潜在风险并预警,实现了从事后应急处理到事前主动预防的转变,有效提升了尾矿库安全预控能力。该模式可为矿山企业防灾减灾提供新思路,亦可为新时代的安全管理创新和应急管理创新提供依据。

基于BIM 模型的矿井泵房设备异常监测系统研发

李雯静, 焦宇豪, 邱立强, 马　倩

2025, 54(1): 224.

摘要 ( 36 )

PDF (3786KB) ( 41 )

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针对矿井泵房的可视化监测难题,结合泵房设备状态的实时监测需求,提出了一种基于BIM 的矿井泵房设备异常监测方法。分析了当前矿井泵房设备监测可视化水平较低、设备异常监测不及时、信息共享能力不足等问题,以BIM 技术具备的三维可视化效果好、管理精细化程度高以及覆盖项目全生命周期等优势为依托,结合深度学习理论构建了一种矿井泵房设备异常监测系统。首先,基于Revit 软件及其二次开发插件构建矿井泵房的BIM 轻量化模型,该模型能有效降低内存资源消耗,实现BIM 模型在Web 端的场景流畅显示;其次,引入长短时记忆网络构建设备异常监测模型,通过模型预测数据与实时采集数据对比识别设备运行情况,提升异常数据监测的准确率;最后, 基于Web 框架和WebSocket 通信协议进行系统开发,通过传感器数据与模型信息的融合展示,提升监测的可交互性与实时性。研究表明:该系统能直观地将设备的状态信息进行可视化描述,对设备的运行数据和生产数据能够进行实时管理分析并有效监测设备的异常状态,提高了矿井泵房的监测效率。

基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱构建与应用

郭　梨, 高　元, 吴　昊, 杨　震

2025, 54(1): 233.

摘要 ( 33 )

PDF (2602KB) ( 31 )

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针对尾矿坝事故风险分析的复杂性和不确定性,提出了一种基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱构建与应用方法。该方法首先设计了尾矿坝事故风险分析的混合因果逻辑模型框架,针对尾矿坝自身风险,识别确定性因果逻辑关系;针对人为组织失误,识别非确定性的因果关系。在此模型中,事件序列图位于最顶层,用于风险逻辑演化和计算事故发生概率;中间层为故障树,探究关键事件发生的原因;贝叶斯网络位于最底层,分析具有变化性且相互关联的事件或因子的影响,评估人为和组织失效的概率。然后根据所得到的节点及其之间的逻辑关系,采用 Python+Neo4j 方法转化为基于混合因果逻辑的尾矿坝事故知识图谱。以降雨引发的尾矿坝事故为例,分析了尾矿坝事故的主要原因和影响因素,以及它们之间的因果关系,利用混合因果逻辑模型对尾矿坝事故风险进行了定量和定性的推理和分析,并构建了相应的知识图谱。研究结果表明:该方法能够综合考虑尾矿坝事故风险的复杂性和不确定性,从多个角度以图形化方式描述事故的演化机理,为尾矿坝风险管理提供了一种有效工具。

矿井多人员定位轨迹的预警分类方法研究

蔡安江, 徐海涛, 程东波, 刘锋伟

2025, 54(1): 243.

摘要 ( 30 )

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为解决矿井综采操作区域多人员定位轨迹的预警分类问题,提出了一种基于超宽带(Ultra Wide Band, UWB)的多人员定位轨迹数据的预警分类方法。该方法首先对采集的UWB 定位轨迹数据进行预处理;然后利用 UWB 定位轨迹数据中的人员ID、坐标、时间、求救信号等特征参数作为UWB 人员定位轨迹预警分类模型的输入指标,以人员的预警行为类别作为输出指标,对预警分类模型进行拟合训练,基于人员4 级违规预警机制与专家建议设置预警阈值;最后采用随机森林算法对多人员UWB 定位轨迹数据进行人员行为预警识别和分类。研究表明:该方法能够对区域人员作业超员、工作超时、作业求救、定位轨迹缺失和作业越界等行为进行有效预警并准确分类,能够消除隐患,提高矿山人员管理效率和生产作业的安全性。

程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律相似模拟研究

王　平, 齐梦寒, 骆正杰, 陈国兴, 韩亚民, 冯　俊

2025, 54(1): 250.

摘要 ( 25 )

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以程潮矿-570 m 中段、-675 m 中段矿体与围岩为研究对象,采用室内相似模拟试验方法,对程潮矿深部矿体分区开采地表沉降规律进行研究,分析了深部分区开采下地表沉降与围岩应力随开采深度变化规律。相似模拟研究表明:随着开采深度的增加,地表沉降数值亦呈增长趋势;在相似模拟试验所有待采矿体开采完毕之后,地表最大沉降点为8#地表监测点,总沉降值为19. 058 mm,地表最小沉降点为1# 地表监测点,总沉降值为2. 199 mm;从应力变化规律上可知无底柱崩落法对矿岩的应力变化影响较大,而充填体的充填对空区的保护作用显著。通过数值模拟分析和程潮矿实际地表监测数据对相似模拟试验结果进行工程验证,综合分析3 组数据得出了分区开采目标矿体时地表的沉降值对新程潮大湾的稳定性不产生较大影响的结论。

基于遥感指数的我国西部矿区生态质量监测 ———以彬长矿区为例

姚顽强, 李　悠, 郑俊良, 蔺小虎, 相里海龙, 惠伯辰, 李文欣

2025, 54(1): 259.

摘要 ( 39 )

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我国西部矿区是煤炭资源开采的主要地区,也是最具代表性的生态脆弱区,探讨西部矿区自然生态环境的演变趋势及影响机制,对于矿区自然环境保护与有序恢复有着重要意义。以彬长矿区为例,通过遥感和GIS 技术,利用Sentinel-2 和Landsat 8 遥感影像数据,基于遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)模型,在深入剖析该矿区土地利用/ 覆被变化(Land Use/ Cover Change,LUCC)和生态环境时空演变的基础上,分析了该矿区LUCC 的生态质量。结果表明:① 2017—2022 年矿区LUCC 结构上出现明显的转移特征,形成以林地、耕地和建设用地为主的新LUCC 格局,并伴随着林地大范围转出为耕地和建设用地的情况,转移量约191. 04 km2。② 5 a 中,矿区生态环境质量呈下降趋势,RSEI 由0. 54 降至0. 47,研究发现矿区生态环境质量主要受绿度和干度指标因子影响。 ③ 2017—2022 年矿区生态环境质量改善的面积占总面积的9%,生态环境质量恶化的面积占总面积的22%,分析结果可为西部矿区生态环境保护和修复提供参考。

矿山酸性废水中重金属的自然去除及风险评价

祝栋梁, 王　强, 张秋根, 甘一民, 张园眼, 张　萌

2025, 54(1): 267.

摘要 ( 21 )

PDF (1441KB) ( 31 )

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为评估江西某银铅矿矿山酸性废水中重金属的自然去除效果,野外调查了AMD 排水小溪地表水中重金属自然去除规律,利用重金属形态分析、沉积物X 射线衍射分析和溶度积分析,揭示了重金属自然去除可能的机制,评价了自然去除后重金属污染的环境风险和生态风险。结果表明:AMD 中重金属经约5 km 自然去除后,去除率可达89. 90%(As)、100%(Cd)、100%(Cu)、81. 87%(Fe)、42. 46%(Mn)、60. 83%(Zn)、47. 89%(Al)、33. 20%(Ca);去除机制可能是小溪的稀释作用、无定型氢氧化铁的吸附作用、As 与Pb、Fe、Mn、Zn、Cu、Cd 生成砷酸盐沉淀等因素;风险评价表明,自然去除后地表水中重金属污染由严重降为轻度;沉积物中重金属As 属极度污染,Cu 和Pb 属偏中度污染,Mn 和Zn 属轻度污染;沉积物中重金属的生态危害程度属强-很强,As 的平均贡献率98. 7%,需密切关注。

钝化剂对土壤Cd 形态和冬荪子实体Cd 含量的影响

杨　珍, 王晓敏, 唐　玲, 杜慕云, 张钦语, 陈　波

2025, 54(1): 274.

摘要 ( 22 )

PDF (1412KB) ( 31 )

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为了提高冬荪土壤质量,降低冬荪安全风险,提高冬荪品质,探究不同钝化剂对Cd 污染土壤及冬荪子实体Cd 含量的影响。通过框栽模式向冬荪基质土壤中添加碳酸钙、钙镁磷肥、玉米秸秆生物炭三种钝化剂,探究其对土壤理化性质及冬荪子实体Cd 含量、土壤Cd 的赋存形态及冬荪富集情况的影响。结果表明:① 施加碳酸钙、钙镁磷肥、玉米秸秆生物炭均能使基质土壤的pH 升高。② 适量添加碳酸钙、钙镁磷肥、玉米秸秆生物炭均能使冬荪子实体Cd 含量降低。③ 添加碳酸钙、钙镁磷肥、玉米秸秆生物炭后,除土壤可交换态Cd 含量明显下降外,其余4 种形态大部分含量上升、少部分含量下降;合理添加改良剂可以降低冬荪基质土壤的交换态Cd 含量和生物有效性。总体而言,碳酸钙、钙镁磷肥、玉米秸秆生物炭对土壤中的Cd 表现出钝化潜力,有助于减少冬荪子实体Cd 的积累。

高压CO2 和机械搅拌下碳酸化钢渣粉的微结构形成机理

胡晨光, 付佳伟, 刘　刚, 白瑞英, 封孝信

2025, 54(1): 280.

摘要 ( 28 )

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钢渣含有碱性矿物可作为碳捕集和封存材料,而目前在高压CO2 和机械搅拌联合作用下碳酸化钢渣微结构的形成规律尚不清晰,研究模拟水泥砂浆搅拌方式,利用扇叶搅拌式高承压碳酸化反应釜,结合XRD、DSC-TG、 FT-IR 与SEM-EDS 等测试手段,研究了碳酸化反应时间、CO2 压力、搅拌转速等参数对钢渣粉微结构的影响。结果表明:随着碳酸化时间的延长,硅酸盐矿物早期形成的“未反应矿物-凝胶层-碳酸钙层”核壳结构在碳酸钙体积膨胀和机械搅拌的双重作用下,向“内部多核壳颗粒堆积-凝胶嵌挤-外部大壳包裹”的“类石榴型”结构转变;增大CO2 压力将促进形成“未反应矿物-凝胶层-碳酸钙层”的核壳结构;提高搅拌速度将加速形成“类石榴型”结构。在碳酸化过程中,钢渣中RO 相的MgO 参与水化反应产生体积膨胀,与搅拌作用共同使RO 相粉化,Mg2+ 从RO 相溶出,并向外层富硅区迁移形成水化硅酸钙(镁)(C-(M)-S-H)凝胶。随着碳酸化时间的延长,RO 相粉化程度提高,形成分散的颗粒状结构。铁酸钙参与碳酸化反应,会因生成的碳酸钙体积膨胀作用而粉化,增大CO2 压力会促进铁酸钙粉化而呈现“蜂窝状”结构。

碱金属盐对硫铝酸盐水泥基注浆材料的影响

郝瑞婷, 赵钰彬, 那　森, 薛婉文, 廖　霖

2025, 54(1): 293.

摘要 ( 17 )

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通过揭示碱金属盐在注浆材料中的作用机理,可以更好地利用碱金属盐类早强剂调控注浆材料的性能。基于此,开展了碱金属盐对硫铝酸盐水泥基注浆材料宏观性能及水化机理影响的研究,第一阶段研究了碱金属盐Na2CO3、Na2SO4 对抗压强度和凝结时间的影响,第二阶段选取第一阶段获得的最佳碱金属掺量,研究了碱金属盐对注浆材料浆体性质及水化产物的影响。试验结果表明,碱金属盐中阳离子和阴离子均能不同程度地影响注浆材料的水化过程进而影响其硬化体强度。掺Na2CO3 的注浆材料水化初期,Na+ 易溶出且参与反应的程度低,体系碱度升高,CO2- 3 与Ca2+结合生成碳酸钙沉淀,凝结时间缩短,4 h 的抗压强度高达18. 95 MPa;掺入Na2SO4 的体系,SO2- 4 抑制石膏溶解,延缓了水化放热峰的出现,累计放热量增加对后期强度增长有利,但AFt 后期结晶压力过大引起强度塌缩, 28 d 的抗压强度为31. 84 MPa。研究对注浆材料外加剂的选择及复配提供了理论依据。

不同类型外掺料对植被混凝土抗冻性能的影响

郑　蔚, 刘大翔, 张琳瑶, 杨悦舒, 丁　瑜, 夏　栋, 肖　海, 许文年

2025, 54(1): 300.

摘要 ( 22 )

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植被混凝土生态修复技术在非冻土区、短时冻土区向季节性冻土区推广过程中发现,土体的物理、力学性能在冻融作用下均有所劣化。在冻融条件下,比较了不同类型外掺料(玄武岩纤维和棕纤维、硅粉和粉煤灰、木质活性炭和矿质活性炭)对植被混凝土的物理、力学性能的影响,综合选择了提升抗冻性能效果最佳的外掺料类型。研究结果表明:30 次冻融循环后,添加纤维的植被混凝土试件表面完整性最好,仅在棱角区域出现轻微剥落;添加矿物外掺料的植被混凝土试件随着矿物外掺料含量的增加,表面完整性变差;添加活性炭的植被混凝土试件在冻融循环后虽未出现较大程度的质量损失,但表面均有白色物质析出和局部沙化现象,且随着掺量增加,表面微裂纹增多。纤维类对植被混凝土试件在冻融条件下的改良作用最佳,有效提升了植被混凝土试件的无侧限抗压能力和致密程度, 增强了其塑性特征;添加硅粉与粉煤灰等矿物外掺料不利于植被混凝土试件无侧限抗压强度的提升,矿物外掺料的添加使得植被混凝土试件的内部结构更加疏松,矿物外掺料掺量的增加对植被混凝土试件的影响更大,在冻融作用下更易受到破坏;活性炭的添加不利于植被混凝土试件的密实度以及强度的提升,且木质活性炭比矿质活性炭对植被混凝土试件的影响更加明显。

铁尾矿渣细度对水泥基材料流变和力学性能的影响

陈　登, 卢继达, 陈森森

2025, 54(1): 309.

摘要 ( 22 )

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基于提高铁尾矿渣细度有利于激发其活性,为给铁尾矿渣的大宗利用提供理论依据,以平均粒径36、 14、7 μm 的铁尾矿渣同比例替代水泥对复合水泥水化热、流变性和力学性能的影响进行了研究,并采用X 射线衍射仪和差热-热重分析仪研究了铁尾矿渣对水泥水化产物和水化程度的影响,分析了其影响机理。结果表明:在相同铁尾矿渣掺量下,细度的提高能够有效提高复合水泥水化的放热速率和放热量,其中掺入10%、20%平均粒径为14 μm 或 7 μm 的铁尾矿渣的复合水泥的水化放热量均高于纯水泥。掺入铁尾矿渣可以降低水泥浆体的黏度和剪切应力,提高水泥浆体的流动度,且铁尾矿渣越细,水泥浆体的流动度越高。磨细铁尾矿渣会促进其组成中的白云石、方解石与水泥浆体中的氢氧化钙反应,水化生成半碳铝酸钙和单碳铝酸钙,消耗氢氧化钙,增加复合水泥浆体试件的结合水量, 从而有效促进复合水泥砂浆试件强度的发展。当铁尾渣平均粒径为7 μm、掺量为10%时,复合水泥砂浆试件各龄期的抗折和抗压强度均高于纯水泥砂浆试件,有利于铁尾矿渣作为混凝土掺合料的高值化应用。

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