金属矿山

陈庆发　玄昊然　商　昱　甘　泉　付振宇　李建辉

2025, 54(7): 1-7.

摘要 ( 107 )

PDF (1754KB) ( 133 )

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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。

房式空区预充填复采矿柱稳定性研究

任振群　张羽者　李　林　侯玉亭　张英超　黄　鹏

2025, 54(7): 8-15.

摘要 ( 45 )

PDF (9122KB) ( 67 )

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矿山房式空区受限于采区矿柱分布不明、矿柱稳定性难控制等因素,大量遗留矿产资源滞留在井下,不仅造成资源浪费,同时可能诱发空区失稳灾害。山东某矿拟对早期遗留房式矿柱开展复采工作,提出预充填空区、布置综采工作面矿产资源回收方法;据此建立了矿柱极限强度校核数值模型,得到了原始状态、充填加固时矿柱的稳定性判别公式,2 种情况下的矿柱极限强度均随高宽比增大呈非线性降低趋势;基于 CAD 软件绘制了空区矿柱实际赋存形态,导入 MIDAS NX 软件构建了非规则矿柱预充填复采数值模型,研究了综采工作面不同推进距离的矿柱稳定性。结果表明:未充填情况下工作面推进 120 m 后,靠近工作面的矿柱陆续破坏;充填情况下,所有矿柱弹性核区应力减小,所受载荷均未达到极限强度。研究结果验证了胶结预充填回收矿山房式矿柱方法的可行性,对于回收呆滞资源具有一定的参考意义。

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,

2025, 54(7): 16-24.

摘要 ( 33 )

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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。

基于卸荷应力的思山岭深部采区地应力场反演方法研究

崔　松　王晓南　丁　勇　刘　杨　关广学　宋建村　史述浩　金长宇

2025, 54(7): 25-32.

摘要 ( 39 )

PDF (3493KB) ( 48 )

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地应力作为地下工程的主要载荷,其理论分析与回归方法一直是岩土领域的研究热点。受地质演化过程、地质条件以及地应力测试精度等不确定性影响,在地应力场回归过程中容易出现解的不唯一性与易陷入局部最优的难题,因而提出了一种考虑卸荷应力的地应力场精细反演方法。首先通过现场测试获得原岩地应力与卸荷地应力量值;然后采用数值计算对地质演化与开采扰动过程进行模拟,利用岩体路径上关键节点处应力值,采用神经网络反演计算模型边界条件,最终将反演获得的边界条件输入计算模型,进而计算获得工程区域地应力场。根据该方法对思山岭深部采区地应力场进行了反演,通过地应力测试值与反演结果对比证明了所提方法的科学性和适用性,为该矿深部采区稳定性分析提供了依据。

裂隙类型和倾角影响下红砂岩损伤破裂机理研究

王　雄, 　刘小宇　袁　超　马志敏

2025, 54(7): 33-42.

摘要 ( 28 )

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岩体失稳通常从裂隙处开始,不同类型裂隙和角度对其破坏特征具有显著影响。通过原岩预制不同裂隙倾角模拟实际岩体的结构效应,开展了裂隙砂岩三轴压缩和数值模拟试验,研究了张开/ 闭合裂隙倾角及围压对砂岩力学特性和破坏模式的影响规律。结果表明:① 随着闭合裂隙倾角增大,岩样峰值应力与弹性模量先减小后增大; 随着围压增大,闭合裂隙岩体弹性模量与峰值应力均增加。 ② 张开/ 闭合裂隙砂岩峰值应力与破坏过程产生的微裂纹占比呈正相关,即砂岩承载能力越强破坏过程中产生的微裂纹数量越多,破裂程度越剧烈,表明微裂纹占比可以作为量化模型试样内部损伤程度的重要指标。 ③ 垂直加载方向的闭合裂纹压缩后尖端闭合,其尖端应力集中程度小于砂岩颗粒不均匀性引发的应力集中程度,进而导致其破坏模式和峰值应力与完整岩样接近;而垂直于加载方向的张开裂隙压缩后尖端产生严重的拉应力集中,尖端首先产生沿压缩方向扩展的拉伸裂纹,导致其峰值应力较小。上述研究揭示了不同倾角下张开/ 闭合裂隙岩体变形破裂机理,可为裂隙岩体工程灾害防治与安全评价提供理论依据。

基于 XGBoost 算法的冻土强度预测与影响因素分析

王晨光, 　秦浩然, 　杨超越　王延宁,

2025, 54(7): 43-50.

摘要 ( 30 )

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深厚表土层井筒施工中较多采用冻结法,其中无侧限抗压强度是冻结设计的重要力学参数。由于室内试验的局限性及影响因素的复杂性,强度经验公式的适用性差。提出了采用高度集成的 XGBoost 算法预测不同粒径分布冻土强度的方法,与其他经验公式方法相比,准确度较高。进一步通过皮尔逊相关系数分析,分别研究温度、应变速率与冻土无侧限抗压强度的非线性相关性。结果表明:温度和无侧限抗压强度呈强负相关性;强度前期增速较大, 中期增速平缓,后期增速较大。应变速率和无侧限抗压强度呈正相关性,强度对不同大小的应变速率敏感程度不同。应变速率较小时,强度略有增加;应变速率增大时,强度增幅增大。不同土体变化趋势相似,但粒径分布不同造成最终强度有差异。该研究可为冻结法施工中土体强度预测提供科学依据。

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,

2025, 54(7): 51-59.

摘要 ( 37 )

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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。

褐铁矿氢基矿相转化过程脱水行为动力学研究

郭晨阳, 　高　鹏, 　唐志东, 　刘全坤, 　韩跃新, 　李艳军,

2025, 54(7): 60-65.

摘要 ( 23 )

PDF (1727KB) ( 33 )

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氢基矿相转化技术是处理难选铁矿资源的有效手段,对我国难选铁矿石开发有重要意义。在矿相转化过程的加热阶段,褐铁矿会发生脱羟基行为,物相由褐铁矿转变为赤铁矿,对后续的还原与磨选过程影响较大,但其对应的机理研究较少。针对典型包子铺褐铁矿石,考察了加热温度、时间对其氢基矿相转化过程脱水行为的影响,并采用 TG-DSC 进行热失重分析及非等温动力学计算。试验结果表明:在加热温度 700 ℃ ,空气流通过 5 min 的条件下, 褐铁矿脱水失重率为 5. 22%。非等温动力学计算得出:褐铁矿脱水反应的表观活化能为 197. 62 kJ/ mol,最概然机理函数为 D5 扩散模型,积分形式为 [(1 - α) -1/ 3 - 1] 2 ,主要限制环节为气体扩散环节。研究明确了包子铺褐铁矿石在氢基矿相转化加热阶段脱水行为的关键参数及机理,为深入理解褐铁矿的氢基矿相转化过程提供了重要依据。

椰油酰甘氨酸钠对菱铁矿与赤铁矿的浮选分离影响研究

印万忠　张西山　马英强　吴春辉　张　瑞

2025, 54(7): 66-72.

摘要 ( 24 )

PDF (2088KB) ( 35 )

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为了解决含碳酸盐赤铁矿石分选指标不理想的问题,以菱铁矿和赤铁矿为研究对象、椰油酰甘氨酸钠+ 油酸钠(SCG+NaOL)为组合捕收剂,开展了高效浮选分离菱铁矿与赤铁矿的系统浮选试验研究。并通过接触角测试、 Zeta 电位测试、红外光谱分析、表面张力测试和吸附量测试揭示了复配药剂与矿物的作用机理。浮选试验结果表明: 组合捕收剂椰油酰甘氨酸钠+油酸钠(质量比为 7 ∶1)对菱铁矿具有良好的可浮性,对赤铁矿的可浮性较差;在 pH = 7、椰油酰甘氨酸钠+油酸钠用量为 100 mg / L 条件下处理人工混合矿(菱铁矿与赤铁矿质量比 1 ∶4),可获得 FeO 含量为 44. 07%、菱铁矿回收率为 71. 92%的泡沫产品,分离指数为 6. 71,相较于淀粉+油酸钠体系,菱铁矿 FeO 品位和回收率分别提高了 6. 14 和 32. 10 个百分点。机理分析表明,SCG 与 NaOL 复配后可显著提升 SCG 的溶解性,SCG+NaOL 与 2 种矿物作用后,可显著提升菱铁矿的疏水性和赤铁矿的亲水性。同时,与淀粉+NaOL 体系相比,SCG+NaOL 药剂制度简单,可显著提升菱铁矿与赤铁矿浮选分离的选择性。

孔雀石浮选中瓜儿豆胶对滑石的选择性抑制研究

张　瑞　印万忠　张西山　王　营

2025, 54(7): 73-79.

摘要 ( 15 )

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为实现硫化浮选中孔雀石与滑石的选择性分离,以瓜儿豆胶为抑制剂开展浮选试验,并利用接触角、 Zeta 电位、FTIR 和 XPS 分析手段探究其作用机理。浮选试验结果表明,瓜儿豆胶的加入可显著削弱脉石矿物滑石对孔雀石浮选的干扰。在 pH 值为 10、瓜儿豆胶用量 30 mg / L 的条件下,纯矿物浮选试验中孔雀石与滑石的浮游差达到 57. 18 个百分点;人工混合矿试验中,精矿 Cu 品位较未添加瓜儿豆胶时提高 4. 60 个百分点,MgO 品位降低至 10. 72%,精矿质量得到显著改善,实现了 2 种矿物的有效分离。机理分析表明,瓜儿豆胶使滑石表面由疏水变为亲水,改变其表面特性;且瓜尔豆胶能选择性吸附于滑石表面,在孔雀石表面几乎无吸附,该吸附方式为物理吸附。这一过程改善了浮选选择性,提升了孔雀石的浮选效率,进而实现了孔雀石和滑石的分离。

非洲某低品位铌钽矿石选矿试验研究

倪青青　高　志　李翠芬

2025, 54(7): 80-85.

摘要 ( 28 )

PDF (1867KB) ( 54 )

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非洲某风化残积型花岗伟晶岩铌钽矿原矿含 Nb2O5 0. 011%、Ta2O5 0. 015%,铌钽元素主要赋存于铌钽铁矿、铌钽锰矿等弱磁性金属矿物中,矿石高岭土化严重。为确定适宜的选矿试验流程,基于矿石性质开展了系统的选矿试验研究。针对矿石金属矿物含量低、风化严重、黏土矿含量高的特点,确定采用“捣浆—分级—磨矿—弱磁选—强磁选—分级摇床—酸洗—强磁选”的选冶联合工艺流程。全流程闭路试验可获得 Nb2O5 品位 26. 001%、Ta2O5 品位 35. 713%、Nb2O5 回收率为 70. 03%、Ta2O5 回收率为 69. 56%的铌钽精矿。精矿产品符合行业标准《钽精矿》 (YS / T 394—2007)一级品要求,研究成果可为类似矿石开发利用提供技术支撑。

白云鄂博浮选铌精矿工艺矿物学研究及分离方法论证

刘全坤, 　高　鹏, 　刘　杰, 　何佳昊, 　王子航, 　徐梦婷,

2025, 54(7): 86-93.

摘要 ( 21 )

PDF (3399KB) ( 38 )

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为了更好地开发利用白云鄂博铌矿资源,采用化学成分分析、SEM、MLA 等检测方法对白云鄂博稀土尾矿的铌浮选精矿进行工艺矿物学研究,并对该样品进行了分离回收探索试验。结果表明,白云鄂博稀土浮选尾矿的铌浮选精矿 Nb2O5 含量为 1. 92%,TFe 含量为 47. 80%;SiO2 和 TiO2 含量较高,分别为 9. 13%和 3. 89%;S、P 和 Zn 元素含量较低,分别为 0. 22%、0. 09%和 0. 01%。铌元素主要分布在易解石、烧绿石、铌铁锰矿和铌金红石中,少量 Nb 存在于硅钛铈铁矿中,铌矿物的单体解离度较低。铁元素则主要存在于磁/ 赤铁矿和霓石中,铁矿物的单体解离度较高。主要有用矿物易解石主要与铌金红石和磁/ 赤铁矿连生,铌金红石和磁/ 赤铁矿与易解石接触的边长占易解石总边长的比值分别为 8. 28%和 6. 00%,磁/ 赤铁矿主要与霓石连生,霓石与磁/ 赤铁矿接触的边长占磁/ 赤铁矿的比值为 3. 30%。由于铁矿物含量较高,铌铁嵌布关系较复杂,采用传统的选矿方法难以实现二者的有效分离。推荐采用“矿相转化—磁选”工艺,Nb 进入磁选尾矿,Nb2O5 含量为 3. 72%;大部分 Fe 进入磁选精矿中,TFe 含量为 65. 56%,可以实现铁、铌矿物的有效分离。

抗流态化聚磁介质盒对铁锂云母矿高梯度磁选效果的影响研究

杨亚楠　黄志华　王　前　胡志成　晏全香　库建刚

2025, 54(7): 94-99.

摘要 ( 20 )

PDF (4758KB) ( 32 )

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聚磁介质盒作为高梯度磁选机的核心部件,其结构直接影响分选效果。传统介质盒易导致矿浆在分选过程中发生流态化,造成磁性矿粒大量流失,显著降低捕收效率。因此,研发高效抗流态化聚磁介质盒对提升高梯度磁选性能具有重要意义。研究采用 COMSOL Multiphysics 多物理场仿真软件,模拟分析抗流态化介质盒在高梯度强磁选过程中的颗粒捕获效果,通过对比传统介质盒与抗流态化介质盒中颗粒的运动轨迹,验证了数值模拟对物料分选行为的预测规律,进而确定抗流态化介质盒的适宜结构参数。采用化学分析、光学显微镜及扫描电镜观察等手段对铁锂云母矿进行物相分析,并利用高梯度磁选机分别配备常规介质盒与抗流态化介质盒,开展“1 粗 2 扫 2 精”对比试验。试验结果表明:经“1 粗 2 扫 2 精”磁选流程处理后,抗流态化介质盒选别产品的 Li 2O 回收率为 59. 81%、品位为 1. 683%;传统介质盒对应产品的 Li 2O 回收率为 46. 83%、品位为 1. 697%。 2 种介质盒所得精矿品位相近,但抗流态化介质盒的回收率高出约 13 个百分点。研究证实,抗流态化介质盒可有效改善高梯度磁选效果,为聚磁介质盒的结构优化提供了理论与试验依据。

露天矿山智能无线起爆技术研究及应用

李萍丰, 　张兵兵, 　谢守冬, 　张金链　字永山, 　张万忠,

2025, 54(7): 100-105.

摘要 ( 31 )

PDF (4029KB) ( 45 )

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智能爆破是爆破行业转型升级的重要方向,而传统的有线网络起爆人工操作复杂、智能化水平不高,严重制约了爆破现场作业效率。因此,开发一套可靠适用的智能无线起爆器材意义重大。综合采用现代广泛应用的信息通信技术,与露天矿山爆破施工相结合,研制了智能无线起爆模块、智能起爆控制器及无人机搭载的中继器,实现无线双向通信,确保爆破作业现场复杂电磁环境下的正常通信、可靠起爆,解决了单台起爆器一次起爆电子雷管数量的限制以及复杂地理环境下起爆站位置设置受限的难题。通过在广东肇庆大排项目的现场试验表明:采用智能无线起爆模式在多个台阶爆破场景中的试验效果良好。研究成果有助于扩大爆破作业规模,降低爆破作业人员劳动强度,显著提高作业效率,为智能矿山高质量发展提供了有力支撑。

基于 FSWT-FDM 的露天矿爆破振动信号分解方法

孙　冰　宋良灵　曾　晟　尹　裕, 　罗志业

2025, 54(7): 106-113.

摘要 ( 24 )

PDF (4289KB) ( 34 )

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针对高采样率下的爆破振动信号在采用傅里叶分解方法(Fourier Decomposition Method,FDM)处理时出现过度分解的问题,利用频率切片小波变换(Frequency Slice Wavelet Transform,FSWT)能提取任意频域信号的特点,提出了 FSWT 与 FDM 耦合的爆破振动信号 FSWT-FDM 分解方法。采用正余弦函数模拟爆破振动信号,验证 FSWT-FDM 方法对信号的分解效果,并与 FDM 方法进行了对比。结果表明:与直接对信号进行 FDM 分解相比,采用 FSWT-FDM 方法的无效信号分量大幅减少,程序运行效率增加;使用 FSWT 提取的优势频带信号可以进一步进行傅里叶分解,且产生的信号分量与直接进行傅里叶分解的有效信号分量一致;以信号分量的相关系数和能量占比筛选出重构分量, 重构信号的总能量、峰值振动速度、最大误差等指标证明 FSWT-FDM 方法有效保留了原始信号特征信息。通过对实测露天矿爆破振动信号的分析,验证了 FSWT-FDM 方法在保留原始信号时频特征的同时,减少了信号分解时的无效信号分量,为露天矿爆破振动信号分解提供了新思路。

顾及分组延时的扇形中深孔岩石损伤机理与破碎效果评估

张启隆, 　徐振洋, 　王雪松, 　张祚富, 　刘奥博,

2025, 54(7): 114-123.

摘要 ( 24 )

PDF (4550KB) ( 42 )

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针对地下矿山扇形中深孔爆破大块率高、施工作业效率低的问题,通过研究组间延时时间对岩石破碎效果的影响机制,提出降低大块率的爆破优化方法。建立了基于岩石损伤效应的破碎效果评价标准,优化了扇形孔分组爆破技术;通过数值模拟分析了不同组间延时时间下的岩石损伤演化规律、应力波传播特性及有效应力变化趋势;提出了基于岩石破碎度阈值的残余体积评价指标、定量关联体积残余率与大块率参数,确定 3 ms 为最优组间延时时间。现场试验表明:在孔径 90 mm、炸药单耗 0. 46 kg / m 3 条件下,采用 3 ms 组间延时爆破,使大块率从 9. 3%降至 6. 2%,破碎效果显著优于无延时爆破设计。分组延时爆破技术通过调控应力波叠加效应增强岩石损伤,验证了残余体积评价指标的科学性,为地下矿山扇形孔爆破大块率控制提供了有效方法。

基于 AI 识别模型的智慧矿山井上 / 下安全预警系统构建及应用

杨　洋　马　昆, 　王立兵, 　任予鑫, 　黄艳利　董霁红

2025, 54(7): 124-136.

摘要 ( 26 )

PDF (3567KB) ( 35 )

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针对智慧矿山建设中煤矿安全生产面临的复杂挑战,构建了一套面向全流程、多场景的人工智能安全预警系统,通过“感知—分析—预警—处置”的闭环架构,实现矿山安全生产的智能化管控。在感知层,设计了基于深度学习模型的矿山场景智能感知方案,实现对复杂矿山环境的精准识别;在分析层,开发了采—掘—运—通协同预警模型,实现生产环节的全面监控;在决策层,集成机器学习算法与知识图谱技术,构建了具有跨域适应性的混合智能预警系统;在应用层,搭建多维感知预警平台,包括综采工作面智能可视化、矿井水动态监测、井下人员行为智能研判等功能模块,实现了对矿山生产全过程的实时、精准监控。研究表明:① 融合 DETR 和 DeepLabV3+的矿山场景识别 AI 模型在高分辨率数据集上的 PA 值达到 0. 835、MIOU 值达到 0. 825,结合 SAM 模型对露天煤炭场地、井工煤炭场地、煤电场地和煤化工场地 4 类煤基场地的识别精度均超过 0. 820,在鄂尔多斯和宁东基地的验证中识别精度分别达到 0. 788 和 0. 838;② 矿山安全预警系统采用分层设计架构,可以完成从矿山开采数据采集、处理到业务逻辑和应用展示的全过程智能感知管控;③ 系统在宁东基地典型矿山的应用验证表明,该系统具有良好的实用性和可靠性,为推动传统矿山向智慧矿山转型提供了实践范例。

矿山生产集成与安全应急管控平台研发与应用

刘允秋, 　徐修平, 　席浩睿, 　华绍广, 　隋福仁　叶　飏　程小舟, 　肖益盖, 　尹宜雪, 　于正兴　曹　帅　岳利平

2025, 54(7): 137-145.

摘要 ( 24 )

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为应对矿山采矿生产系统与安全智慧应急系统面临的挑战,满足矿山多源数据集成分析的需求,解决智慧矿山建设中的数据孤岛问题,基于物联网、大数据等技术,设计并研发了智能矿山生产集成与安全应急管控平台。该平台主要包含矿山基础信息管理、生产管控以及安全智能应急 3 个子系统。在技术实现上,平台采用微服务架构,基于 J2EE 规范和轻量级 SpringBoot 框架进行搭建,能够对矿山数据进行采集、预处理、存储、分析与应用,实现矿山安全生产的实时监测预警与调度指挥功能,推动互联网与矿山行业的深度融合。在某大型金属矿山对所研发的平台进行了应用,结果表明:该平台在矿山安全监管方面展现出显著优势,实现了对矿山各区域的实时监测与数据自动化采集,有效提升了监管效率;同时,在自动化管理方面,平台优化了矿山生产流程,减少了人工干预,降低了人为失误风险。所研发的平台有助于提升矿山安全监管的精准度与自动化管理水平,促进矿山智能化发展,为矿山行业数字化转型提供有力支持。

基于 HSV 空间融合与 Retinex 算法的矿井图像增强算法

朱　磊　曾铜炳　梁雄乾

2025, 54(7): 146-154.

摘要 ( 17 )

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随着智能矿井建设不断推进,图像在矿山安全监测、设备识别与作业辅助中发挥着重要作用。然而,矿井图像常面临低照度、光照不均、噪声干扰等复杂环境问题,导致图像细节模糊、亮度失衡,严重影响后续图像识别与智能分析的准确性。为解决上述问题,提出了一种融合多尺度增强机制与色调、饱和度和亮度色彩空间的矿井图像增强算法。该算法以 Retinex 理论构建的深度增强网络为基础,首先将矿井图像分解为光照与反射 2 个成分。针对光照成分,设计多尺度卷积网络提取不同空间尺度下的亮度信息,增强全局光照建模能力;针对反射成分,引入双边滤波机制进行噪声抑制与边缘结构保留。然后,分别将优化后的光照与反射成分通过融合重构形成初步增强图像。最后,在 HSV 色彩空间中分离初步增强图像的亮度通道,引入曝光调整与细节增强模块,进一步实现亮度补偿与纹理还原的联合优化。试验结果表明,所提方法在 DIV2K 公开数据集中的峰值信噪比高达 28. 9 dB,结构相似性指数达到 0. 87。在自制的矿井图像数据集上,该算法的特征相似度指数最高提升至 0. 902,通用图像质量指数最高达 0. 847。在不同光照条件下,该方法均表现出良好的细节恢复与亮度均衡能力,验证了其在矿井图像增强中的有效性。

基于生成对抗网络的小目标图像超分辨算法研究

孙飞扬

2025, 54(7): 155-159.

摘要 ( 23 )

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随着经济社会飞速发展,对于信息传播速度和传播质量提出了更高要求。在计算机视觉领域,超分辨率重构算法也使人们能够更加便捷地获取高分辨率图像。然而,目前大多数方法都专注于提升图像的整体质量,针对图像中包含的具体目标,尤其是小尺寸目标的处理结果都不是很理想。提出了一种新的生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)模型(A-ESRGAN)。该模型使用 real-ESRGAN 作为基础网络框架,引入 Vision Transformer 增强自注意力机制并替换激活函数。通过设计针对性的数据集对该算法进行目标检测消融试验,验证该算法的可行性。研究表明:该模型在面对含有小目标的图像时可以生成质量更高的图像,同时在主流的超分辨重构效果指标上优于原始模型。

基于改进生成对抗网络的矿山三维虚拟场景建模

周超逸　贾美玲　屈　波　黄　臻

2025, 54(7): 160-165.

摘要 ( 22 )

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随着虚拟现实技术的快速发展,矿山三维虚拟场景建模在矿山安全管理、培训以及灾害预防等领域展现出广泛的应用前景。然而,传统的三维建模方法通常依赖于人工操作,耗时多且精度有限。为此,提出了一种基于改进生成对抗网络的矿山三维虚拟场景建模方法。首先,利用三维激光扫描技术获取矿山实际地形数据,构建高精度的点云模型。然后,通过预处理和特征提取,设计条件生成对抗网络以提高生成模型的稳定性和逼真度,将点云数据输入改进的生成对抗网络中。生成网络通过学习点云数据的空间分布特征,生成逼真的矿井三维虚拟场景;判别网络则用于评估生成场景的真实性并指导生成网络的优化。试验结果表明:改进的生成对抗网络方法在细节保留度上达到了 95. 8%,生成一个三维模型仅需 15 s,在细节保留、真实性和建模效率方面均优于传统方法,为矿山三维虚拟场景建模提供了有力支持。

基于超分辨率深度图像修复的输送带煤流检测算法

范巧艳　董　洁　郭　攀

2025, 54(7): 166-171.

摘要 ( 14 )

PDF (2092KB) ( 33 )

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由于输送带的运动速度快、煤流的形状和颜色变化大,并且光照条件复杂,传统的输送带煤流检测方法往往存在准确性不高、易受干扰等问题。为此,提出了一种基于超分辨率深度图像修复的输送带煤流检测算法。该算法采用 YOLOv3 作为基础框架,结合超分辨率深度图像修复模型,对模糊且含有噪声的煤流图像进行处理。图像修复模型通过编码器—解码器结构,对破损图像的特征进行提取和修复,同时保留浅层纹理信息并将其传递至深层。处理后的清晰煤流图像,通过基于 YOLOv3 的目标检测算法进行煤流检测。在北方某煤炭加工厂的试验结果表明:当图像破损度为 50% 时,相比于基于互编码器的图像修复模型,所提图像修复模型结构相似性提升了 10%;相比于 YOLOv4-tiny,所提煤流检测算法的处理速度提升了 56 帧/ s,反映出该算法可有效提高输送带煤流检测效率。

基于 AHP-EWM 与多源数据的尾矿库安全风险动态监测评价

冯　威　张小龙　唐立鹤　孙铭骏　骆明华,

2025, 54(7): 172-181.

摘要 ( 26 )

PDF (3278KB) ( 35 )

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尾矿库作为矿业生产中存储和处理废弃物的重要设施,其安全运行直接影响着周边环境和居民的生命财产安全。我国尾矿库数量众多,一旦发生溃坝等事故,可能导致严重的环境污染和人员伤亡。精准评价尾矿库的安全风险是实现尾矿库安全管理和风险防控的前提条件和关键技术。针对传统评价方法缺乏对实时动态数据考虑的不足,提出了一种层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)和熵权法(Entropy Weight Method,EWM)相结合的尾矿库安全风险动态监测评价模型。首先,系统梳理了国内外尾矿库安全风险评价的研究现状,详细分析了危险源和安全风险,确定了涵盖库区周边环境、排洪系统、尾矿坝等 7 个方面的 38 个影响因子,构建了全面的安全风险评价指标体系。其次,将多源数据划分为静态数据和动态数据,采用 AHP-EWM 组合赋权方法计算各影响因子的综合权重,构建了静态因子与动态因子相结合的安全风险动态评价模型,并将其嵌入在线监测预警系统,实现了尾矿库安全风险的实时动态评价。最后,以青山尾矿库为例进行实证分析,评价结果显示尾矿库处于安全状态,与人工定期核查结果一致,验证了模型的有效性和准确性。所提模型能够全面、科学地反映尾矿库的安全风险等级,为尾矿库安全管理和风险防控提供了有力的技术支撑。

暴雨诱发某尾矿库洪水漫顶致灾机理与防控技术措施

闫星起　徐宏达

2025, 54(7): 182-188.

摘要 ( 26 )

PDF (1647KB) ( 44 )

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洪水漫顶是尾矿库事故的主要类型之一,深入认识尾矿坝漫顶事故过程对于促进尾矿库防灾减灾具有重要意义。针对尾矿库洪水漫顶事故的工程安全问题,以广东省某尾矿库洪水漫顶事故为案例,系统分析了该事故溃坝的本质原因,并提出尾矿库调洪库容不足的防控措施。聚焦于尾矿库防洪能力失效的本质原因,首先通过调洪演算与简化三角形法定量验证该尾矿库排洪隧洞最大泄洪能力为 48. 8 m 3 / s,满足 200 a 一遇洪水 24 h 泄空需求,该尾矿库符合安全渡汛要求;其次通过建立排水井高程—初期坝顶关系的判定准则,探讨了排水井与初期坝顶的位置关系,发现抬高排水井进水口标高导致尾矿库调洪库容丧失是本次事故的主要原因。在此基础上,提出了沉积滩三段坡比优化(前段>2%、中段 1. 5%、邻水段 1%)、子坝时序堆筑控制(保持 2 m 的高度)及过渡段缓冲空间预留(水平段≥50 m) 3 种库容增强技术,可有效提升尾矿库调洪库容,为尾矿库本质安全运行提供理论支撑。研究成果实现了从被动应急向主动防控的转变,对于降低尾矿库溃坝风险、提升矿山工程安全性具有较好的参考意义。

基于集成学习的矿山能耗预测与异常检测方法

索智文　贾美玲　闫　明　屈　波　周超逸

2025, 54(7): 189-194.

摘要 ( 18 )

PDF (1602KB) ( 37 )

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随着矿山自动化和智能化的不断发展,智慧矿山已成为矿山行业转型升级的重要方向。能耗优化和异常检测是智慧矿山建设中的关键环节,对矿山安全生产和经济效益至关重要。提出了一种基于集成学习策略的矿山能耗预测与异常检测方法。首先,构建了一个基于集成学习的能耗预测模型。该模型利用历史能耗数据和实时监测数据,通过集成支持向量机、随机森林和神经网络等算法,对矿山能耗进行实时预测和优化。其次,提出了一种基于集成学习的异常检测方法。该方法将孤立森林、局部异常因子和自编码器等算法进行集成,对矿山能耗数据进行异常检测。将所提方法应用于某矿山,结果表明:与单一方法相比,该方法可以有效降低矿山能耗,提高异常检测的准确性,为矿山智能化建设提供了技术支持。

近断层地震作用下腐蚀环境中框架结构易损性分析

杨福剑, 　赵浩楠　马天畅　易　刚　纪建华　李小双

2025, 54(7): 195-206.

摘要 ( 17 )

PDF (3418KB) ( 32 )

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矿山开挖过程中释放的粉尘、湿气、化学物质以及矿石中伴随的腐蚀性介质(如硫化物)共同作用形成了复杂的腐蚀环境,对矿山工程附近的建筑结构具有不利影响。为量化材料腐蚀与近断层地震动作用对钢筋混凝土 (RC)结构抗震性能的影响,以一栋位于腐蚀环境中的 6 层 RC 框架结构为研究对象,探讨地震与环境腐蚀共同作用下结构抗震性能的变化。基于数值模拟与概率分析方法,引入 5 种腐蚀工况(0%、5%、10%、15%、20%)开展地震易损性评估,并选取层间位移角作为结构损伤指标,量化分析了不同腐蚀程度和地震强度下的结构性能退化机理。研究结果表明:近断层地震作用下结构的失效概率高于远场地震,高腐蚀率会导致在相同峰值加速度(Peak Ground Acce leration,PGA)条件下失效概率显著增加;远场地震的累积损伤效应更为显著,而腐蚀对易损性的影响在近断层和远场地震中表现差异较小。矿山环境对建筑结构易损性具有多方面影响,其中化学腐蚀的直接作用尤为显著。因此,在结构设计与管理中需充分考虑腐蚀环境的影响,以保障建筑结构的安全性与耐久性。

基于 MSPA 模型的矿业城市生态网络构建与优化 ———以淮南市涉矿区县为例

徐燕飞, 　李　兵, 　安士凯, 　王　瑞, 　晋　康, 　张世文,

2025, 54(7): 207-216.

摘要 ( 26 )

PDF (5039KB) ( 36 )

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为解决矿业城市生态斑块破碎化和景观连通性不足等问题,构建安徽省中北部区域性生态屏障,选取淮南市涉矿区县为研究区,基于形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)与景观连通性评估方法系统识别生态源地,通过最小累积阻力模型(Minimum Cumulative Resistance,MCR)构建生态廊道网络,并采用空间优化策略提升生态网络效能。研究结果表明:① 研究区共识别生态源地 30 处,潜在生态廊道 63 条,总面积 169. 33 km 2 ,呈现中西部集聚、南北部分散的分布特征;② 研究区生态阻力面呈现显著的空间异质性特征,高阻力区集中分布于淮河沿岸采煤沉陷区及中部城镇发展核心区;③ 通过增补 6 处战略生态源地、新建 23 条补偿廊道及修复 23 个关键障碍节点,实现生态网络结构优化,网络闭合指数(α)、连接度指数( β)与连通率( γ)分别提升了 0. 143、0. 289 和 0. 093。研究结果可为淮南市涉矿区县乃至类似矿业城市生态网络体系优化、国土空间生态修复和景观格局优化提供参考与理论依据。

某细粒金尾矿充填材料的性能与浸出液水质研究

胡　敏, 　李浩然,

2025, 54(7): 217-222.

摘要 ( 19 )

PDF (1625KB) ( 43 )

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以四川平武大包山金尾矿与硅酸盐水泥为原材料,采用一步法制备了金尾矿充填材料,分析了灰砂比、料浆质量浓度对充填材料的流动性、泌水率、力学性能的影响规律;以蒸馏水为充填材料浸提剂,以浸出液 pH、悬浮物、化学需氧量(COD)以及氨氮、总磷、氟化物的含量为评价指标,考察了充填材料对地下水的影响。结果表明:金尾矿充填材料强度的发展以水泥水化为主,水泥水化后的碱性环境激发了尾矿的水化;随着灰砂比降低、料浆质量浓度增加,流动性变差,泌水率降低,抗压强度减小;所有浸出液水质指标均符合《地下水质量标准》 (GB/ T 14848—2017) 要求,对地下水无二次污染风险;采用功效系数法对 9 个性能指标进行的综合评分,认为料浆质量浓度为 68%、灰砂比为 1 ∶6 所对应的系统综合性能最佳。微观分析显示充填材料强度主要来自 C-S-H 凝胶。

重磁电综合物探方法在龙桥铁矿深边部勘查中的应用

陶　龙, 　欧邦国　叶　林, 　丁文祥　张莎莎　兰学毅, 　王阳阳

2025, 54(7): 223-232.

摘要 ( 21 )

PDF (5090KB) ( 45 )

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在采矿山深边部资源勘查是矿山企业未来增储扩产的重要方向。针对在采矿山探明深度浅、增储勘查思路创新不足及技术方法手段单一等问题,以安徽庐枞盆地北部龙桥铁矿为研究对象,通过系统收集矿区地质、矿床成因及地球物理资料,构建了地质—地球物理综合找矿模型,明确了矿体与地质、地球物理场的耦合关系。基于该模型,开展了大比例尺重力、磁法和复电阻率法综合勘查,划分出 4 处具有找矿潜力的异常区。以已知钻孔数据和综合勘查揭示的矿区深部主要地质体密度结构、磁性体分布范围、低阻高极化异常蚀变带等为约束条件,以岩矿石物性为纽带,应用 2. 5D 重磁联合反演技术,分析了矿山深部地质体的空间分布特征,识别出了潜在有利的成矿空间,为矿体深度预测及钻孔位置布设提供了依据。验证钻孔 ZKT04-3、ZKT03-2 揭露了多层铁铜多金属矿化蚀变,证实在采矿山采用重磁电综合物探勘查,可以精准圈定有利找矿靶区,服务于矿山企业增储,为今后在同类地区在采矿山开展深边部找矿工作提供了有效的技术手段,具有重要的现实意义。

栾川县石窑沟钼钨矿区地物化综合找矿模型

吕宪河　刘俊涛　胡红雷　宁　勇　王海勇　霍清华

2025, 54(7): 233-242.

摘要 ( 19 )

PDF (4247KB) ( 42 )

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栾川县石窑沟钼钨矿区地处华北陆块南缘与北秦岭造山带的结合部位,该区域经历了多期次构造运动,区域上广泛出露燕山期花岗岩体,具有良好的成矿地质条件。针对 1 ∶5 万化探综合异常,结合矿区地质特征和物化探特征,系统分析了地质、地球化学和地球物理信息之间的内在联系,构建了地物化综合信息找矿模型。该模型融合了地质背景分析、地球化学异常追踪与地球物理深部探测,实现了不同方法优势互补,在该区域取得了理想的找矿成效。研究表明:① 地质测量初步查明了矿区的成矿地质背景,钼矿化多产于岩体与四岔口岩组外接触带及内接触带附近,钼钨矿与早白垩世侵入岩关系密切;② 通过 1 ∶1 万土壤剖面测量,圈定了铜钨钼综合异常,土壤异常与 1 ∶5 万水系异常浓集中心基本吻合,表明该区具有 Mo、W、Bi 等成矿元素的局部富集特征;③ 激电中梯测量和激电测深结果显示,矿区存在明显的高阻高极化异常,与矿体产出部位基本吻合;④ 综合运用地质、地球化学和地球物理方法,构建了石窑沟钼钨矿区的综合找矿模型,为该区成矿预测提供了科学依据;⑤ 依据综合信息找矿模型,在石窑沟钼钨矿区共圈出钼矿体 1 条,钼矿化体 10 条,钨矿化体 4 条,钼钨矿化体 1 条,其中 12 # 钼矿体分为东西两段,控制长度 135 m,厚 0. 94~ 2. 16 m,品位 0. 112% ~ 0. 149%,取得了显著的找矿成果。

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,

2025, 54(7): 243-253.

摘要 ( 27 )

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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。

广西某铜冶炼渣协同处理磷矿石生产磷铁的工艺研究

李绪泽　莫新仕　何贵香, 　赵　义　朱文云　李中林　李义兵　蒋学先,

2025, 54(7): 254-259.

摘要 ( 14 )

PDF (1882KB) ( 32 )

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铜冶炼渣是一种高铁二次资源,为了解决其堆存所致的众多问题,并实现其高值化综合利用,研究以广西某铜冶炼渣和磷矿石为铁和磷源,开展了碳热还原法合成磷铁试验研究。结果表明,对于 Fe 含量为 46. 28%,主要矿物相为 Fe2 SiO4 、Fe3O4 的铜冶炼渣,以及 P2O5 含量为 33. 41%,主要物相为 Ca5(PO4 )3F 的磷矿石,在原料铁磷质量比为 1. 0、还原剂石墨用量为 1. 0 倍理论值、助熔剂硼砂与原料质量比为 6%、黏合剂甲基纤维素与原料质量比为 0. 4%、体系压力为 0. 1 MPa、温度为 1 600 ℃的情况下,可获得 P、Fe 平均品位分别为 16. 59%和 81. 10%的优质磷铁产品;还原渣的主要物相为 Ca2 SiO4 ,可作为生产水泥的原料,实现资源循环利用。

CuO 基异质结在电阻式气体传感器的应用研究现状及进展

黄世毅　陈享享, 　刘天豪　张朝阳　柳方正　邱　璐　欧阳云飞　柯骏威　谢馨瑶　吴浩宇

2025, 54(7): 260-266.

摘要 ( 14 )

PDF (1491KB) ( 32 )

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针对 p 型半导体材料在气体传感器中存在灵敏度较低,且 CuO 气敏材料在低温检测性能和气体选择性方面有待提升的问题,本综述旨在梳理 CuO 基异质结构材料在气体传感器领域的研究进展,为气敏材料的定向设计提供理论指导。综述重点探讨了通过与金属氧化物、金属硫化物等不同材料构建异质结构以改进纯 CuO 材料性能的策略,并分析了相关的敏化机制。研究表明,构建异质结构可显著提升纯 CuO 材料的气敏性能,不仅增强了传感器对目标气体的灵敏度和选择性,还实现了低工作温度下的快速响应;同时,CuO 基异质结材料在环境监测、工业安全等领域的应用得到推动。 CuO 基异质结构通过复合构筑能有效改善气敏性能,其敏化机制的总结可为气敏材料的定向设计提供理论支持,具有重要的研究价值和应用前景。

电解锰渣基多孔陶瓷材料制备及其对 Pb 2+ 的吸附性能研究

王桂芳, 　邹志斌　梁光传　胡青艳

2025, 54(7): 267-273.

摘要 ( 14 )

PDF (2259KB) ( 32 )

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针对电解锰渣资源利用率低以及堆存带来的污染问题,本研究以未脱硫电解锰渣、废玻璃和高岭土为基材,结合造孔剂添加—压制成型—常压烧结工艺制备多孔陶瓷材料。通过正交试验优化原料配比与工艺参数,确定当粉煤灰添加量为 15%、原料(锰渣、废玻璃与高岭土)质量比为 3 ∶6 ∶1、成型压力 10 MPa、烧结温度 975 ℃ 时,所得到的材料综合性能最优,其抗压强度达 214 MPa,体积密度为 1. 83 g / cm 3 ,Pb 2+吸附量 7. 79 mg / g。进一步的吸附试验表明,在 pH= 1. 5、Pb 2+初始浓度为 100 mg / L、温度为 25 ℃ 、振荡速率为 170 r/ min 条件下反应 540 min,多孔陶瓷材料对 Pb 2+的吸附量和去除率分别为 7. 86 mg / g 和 87. 70%。该研究为电解锰渣的资源化利用提供了新思路,有效实现了固废协同处置与重金属污染治理的双重目标。

宜春锂云母尾矿制备泡沫陶瓷材料试验研究

郭维庚, 　罗仙平, 　唐学昆, 　刘子帅, 　周贺鹏,

2025, 54(7): 274-285.

摘要 ( 17 )

PDF (4102KB) ( 32 )

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为了实现江西宜春某锂云母尾矿的泡沫陶瓷领域应用,以锂云母尾矿为主原料,以粉煤灰、高岭土、 CaCO3 为辅料,以 SiC 为高效发泡剂,运用高温发泡技术,系统探究了烧结温度、保温时间、CaCO3 含量、SiC 加入量及尾矿占比对泡沫陶瓷性能的影响。结果表明:在尾矿、粉煤灰、高岭土、CaCO3 添加量之比为 85 ∶10 ∶5 ∶5 情况下,外掺 0. 35%的 SiC,1 240 ℃ 、保温 40 min 制备的泡沫陶瓷抗压强度为 9. 8 MPa、气孔率为 81. 62%、密度为 0. 528 g / cm 3 、平均孔径为 1. 95 mm,其性能指标满足轻质建筑材料与过滤材料的应用要求。研究明确了关键工艺参数与原料配比的协同作用机制,为锂云母尾矿的规模化高效利用及泡沫陶瓷制备工艺优化提供了理论支撑与技术路径。

花岗岩风化土制备抗冻免烧砖试验研究

王志伟　喻文强　陈志勇　薛璐韬　龚泉冰　李　瑞　李育彪

2025, 54(7): 286-292.

摘要 ( 13 )

PDF (2529KB) ( 31 )

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为解决花岗岩风化土大量堆存造成的环境问题,并探索其资源化利用途径,本研究旨在开发一种以花岗岩风化土为主要原料的抗冻免烧砖。以花岗岩风化土和市售 P. O 525 水泥为原料,采用压制法制备免烧砖,系统研究风化土掺量、养护龄期及铁元素对抗冻性能的影响。当风化土与水泥配比为 1 ∶1 时,制备的免烧砖 28 d 抗压强度达 24. 87 MPa,软化系数为 97. 12%,抗冻系数为 90. 66%,表明其具备优异的力学性能和抗冻耐久性。该研究为花岗岩风化土的高效资源化利用提供了可行方案,所制备的免烧砖性能指标满足建筑材料应用要求,具有显著的环保价值与推广潜力。

磷石膏悬浮煅烧制备高品质Ⅱ型无水石膏试验研究

黄　昊, 　李艳军, 　袁　帅, 　高　鹏,

2025, 54(7): 293-298.

摘要 ( 19 )

PDF (2205KB) ( 34 )

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针对传统磷石膏煅烧工艺传热效率低、能耗偏高的问题,探究高效低耗的磷石膏资源化利用技术,制备高品质Ⅱ型无水石膏。采用煅烧工艺,系统考察煅烧温度、时间及煅烧方式对产物性能的影响,并通过 X 射线衍射 (XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等手段表征产物特性。优化得到最佳工艺条件为 700 ℃悬浮煅烧 60 min,此时产物中Ⅱ型无水石膏含量达 90. 49%,结晶水残留量 0. 48%,白度值 91. 8%,各项指标均符合《磷石膏处理处置规范》(GB/ T 32124—2024);相较于静态煅烧,悬浮煅烧可显著提升产物纯度与白度,降低结晶水含量, 且明确了磷石膏向Ⅱ型无水石膏的转化机制。悬浮煅烧工艺为磷石膏的高值化利用提供了高效可行的技术路径,相关研究结果具有重要的理论与应用价值。

基于机器学习和室内实验的固废湿喷混凝土性能研究

王小平　冯　亮　胡亚飞

2025, 54(7): 299-312.

摘要 ( 21 )

PDF (3993KB) ( 33 )

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针对中国西北地区某镍矿的固体废物资源化利用难题,以废石和戈壁砂为复合骨料,协同利用钢渣、高炉矿渣及脱硫石膏等工业固体废物制备胶凝材料,研发了适用于地下岩体支护的固体废物基湿喷混凝土( Solid Waste Based Wet Shotcrete,SWC)。采用响应面法进行试验方案设计,系统揭示了不同因素对 SWC 力学性能的影响规律,并借助多种微观表征方法揭示了 SWC 的力学性能形成机制。同时,通过机器学习算法建立了 SWC 配合比智能优化模型。结果表明:SWC 抗压强度随钢渣掺量增加呈先增大后减小的趋势(钢渣掺量为 30%时抗压强度达到最大 35. 2 MPa),胶砂比与抗压强度呈正相关关系,戈壁砂占比则与抗压强度呈负相关关系。微观机理研究表明,戈壁砂占比会影响骨料堆积体系的孔隙结构(戈壁砂占比为 0. 4 时骨料堆积密实度最大),钢渣掺量则调控胶凝体系的水化反应进程,二者均通过改变材料密实度影响 SWC 的力学性能。建模结果显示,通过哈里斯鹰算法(Harris Hawks Optimization,HHO)对支持向量回归( Support Vector Regression,SVR) 模型进行参数寻优,显著提升了预测精度( R 2 > 0. 99, RMSE<0. 20,VAF>99. 80),结合遗传算法(Genetic Algorithm,GA)构建的 HHO-SVR-GA 智能模型实现了 SWC 配合比的精确设计(误差低于 5%)。

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