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当期目录

    2020年 第49卷 第05期    刊出日期:2020-05-15
    协同开采
    “协同开采”内涵析理与发展方向展望
    陈庆发
    2020, 50(05):  2-8. 
    摘要 ( 152 )  
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    “协同开采”是我国学者独立提出的一项采矿技术理念,该理念在推广应用过程中出现了一些争议。通过对“协同开采”的内涵进行析理,对相关争议进行了回应,并对其发展方向进行了展望。首先,回顾了“协同开采”理念的提出背景与发展过程,概述了我国学者在协同开采领域的相关研究进展;其次,对与该理念密切相关的“开采”与“采矿”、“协调”与“协同”两组基础词汇进行了内涵辨析;在此基础上,进一步对“协同开采”定义做了修订,并划分了“协同开采”的类型;然后,对“协同开采”与“协调开采”、“参数优化”之间的区别及对有关“协同采矿”、“适用领域”等方面的争议给出了明确观点;最后,从理论研究、采矿设计代次、领域横断发展、横向分支技术、特殊环境下资源开采、与新一代信息技术(如人工智能技术、大数据技术等)相结合等方面,对“协同开采”未来的发展方向进行了展望。分析结果对于准确理解“协同开采”内涵及推进相关科学研究与技术开发具有重要促进作用。
    “同步充填”研究进展与发展方向展望
    韦才寿, 陈庆发
    2020, 50(05):  9-18. 
    摘要 ( 112 )  
    相关文章 | 计量指标
    “同步充填”是陈庆发教授继“协同开采”理念之后于2010年提出的一项采矿技术理念。该理念提出10 a来,我国学者在该方向的理论与技术研究方面均取得了一些显著进展。通过对这些进展进行细致地梳理、分析与研究,并对发展方向进行了展望。研究表明:金属矿领域有4种“同步充填”性质的采矿方法被提出,这些方法在提高矿石回采率、降低损失贫化率、维护采场稳定等方面与传统采矿方法相比具有显著优势;煤炭领域也有命名为“同步充填”的采矿技术被提出,但其实质与“同步充填”理念的内涵有一定的区别,宜归属于“单层充填”或“跟随式充填”范畴;同步充填放矿理论研究取得了新进展,形成了一套比较完整的柔性隔离层下散体介质流理论。最后,从实践应用、技术创新、理论研究、机械装备等方面对“同步充填”的发展方向进行了展望。研究成果有助于进一步认清“同步充填”的内涵,同时有助于推进相关研究与工程实践。
    下向分层胶结充填开采中的协同性
    赵奎, 卓毓龙, 曾鹏, 王万银
    2020, 50(05):  19-25. 
    摘要 ( 140 )  
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    胶结充填法已得到广泛应用,并在该领域诸多方面取得了理论和技术应用成果,这些研究成果主要是针对特定的研究对象,缺乏作为采矿方法整体性的论证和内在关系的研究,为此,基于“协同开采”理念,对下向分层胶结充填开采中的协同性进行了归纳分析。首先,分析了分层开采中的充填体顶板支护系统的协同性,论证了竖直钢筋、托盘、钢丝网及充填体之间作为顶板支护体系的协同性,重点阐述了作为顶板支撑作用的内在整体协同性,并介绍了该支护系统的工程应用效果。其次,将块体理论应用于进路侧帮稳定性分析,讨论了分层进路方向、分层进路回采顺序及上下分层回采进路之间的协同性,分析了和谐处理开采中不稳定性因素的过程及采矿要素间的协作性,进而论述了实际采矿工艺的良好协同性及整体效应。最后,针对矿体上盘围岩破碎不稳定的特定条件,提出了超前护帮充填方案,并通过数值模拟揭示了超前护帮充填提高采场顶板稳定性的机理;在此基础上进一步分析认为,超前护帮充填就是在本分层开采过程中,同时考虑了为下个分层的安全开采提高保障,其实质就是开采过程中避免后续灾害发生的一种“协同开采”理念。研究结果可为建立充填法开采的协同理论和技术体系提供一定的借鉴。
    采空区隐患影响下的残矿协同开采技术研究
    李海港, 李仕杰, 郑小龙, 刘周超, 闫雷
    2020, 50(05):  26-33. 
    摘要 ( 121 )  
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    采空区时空分布复杂、地压显现严重是制约赣南钨矿残矿资源回收的关键性技术难题。为解决赣南地区钨矿残矿资源回收的难题,基于“协同开采”理念,兼顾资源开采与隐患处理,提出了针对赣南地区 钨矿的采空区探测—微震实时监测—残矿协同回采(探—监—采)的协同开采关键技术方案,并结合赣南某典型钨矿开展了工程案例分析。研究表明:针对31132矿块空区复杂的时空分布特征,以三维精细探测技术为基 础精细化构建了整体地质模型和采空区模型,精确得到残矿形态与残矿量,矿量估算误差小于10%,并以此为基础分别对顶柱、底柱和间柱因地制宜制定了回采方案;残矿回采过程中建立了IMS微震监测系统,对31132 矿块采场的采空区稳定性进行了实时监测和预警,并协同应用空区封闭、胶结充填等方法处理空区,实现了空区隐患处理与残矿资源回收的有机统一,完成了31132采场顶柱残矿全部回收,并为间柱回采创造了条件。 研究结果可为赣南地区钨矿残矿资源安全、高效、协同开采提供技术参考。
    含夹层或软弱破碎带难采矿体协同开采技术研究
    解联库, 万串串, 熊代余, 王建文
    2020, 50(05):  34-40. 
    摘要 ( 136 )  
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    含夹层或软弱破碎带矿体开采一直是矿业界难题。现阶段针对此类矿体,一般是对矿体上下盘采用不同的采矿方法进行适应性开采,但大部分矿山受地质特征、作业安全、采矿成本等因素制约,通常采用 采易弃难的回采方式,造成了矿产资源的永久损失。以“协同开采”理念为指导,提出了一种含夹层或软弱破碎带难采矿体协同开采技术,即预先回采夹层或软弱破碎带,实现回采工序协同作业以及地压协同管理, 从源头上解除安全隐患,为后续矿体开采创造安全的技术条件,最大化发挥协同开采的技术价值。以国内某磷矿与某铜多金属矿为例,针对其特定的开采技术条件,以夹层剔除与切割槽作业协同实施为核心,制定了 矿体内含不同厚度夹层与上下盘矿体的协同开采方案;同时基于地压协同或环境再造理念,发展了一种软弱破碎氧化带矿体协同开采方法,实现了软弱破碎氧化带矿体的安全高效回采。所提出的协同开采方案为国内 类似矿体开采提供了技术参考,在一定程度上提升了“协同开采”理念在类似复杂难采矿体开采中的实践指导价值。
    地下矿山多夹层难采矿体矿废分离协同采矿方法研究
    韦才寿, 牛文静, 潘桂海
    2020, 50(05):  41-49. 
    摘要 ( 164 )  
    相关文章 | 计量指标
    多夹层矿体作为一种复杂难采矿体,采用传统的采矿方法进行开采存在诸多突出问题,开展针对性的采矿方法研究对于实现此类矿体安全、高效、绿色开采具有重要意义。以“协同开采”和“无废开采” 等采矿理念为指导,充分吸收“采空区协同利用”思想,以多夹层矿体安全、高效开采为目标,提出了多夹层矿体矿废分离协同采矿方法,并对两种典型倾角的多夹层矿体的具体实施思路进行了设计。从理论上建立 了多夹层水平—缓倾斜矿体的最优协同厚度关系,推导了多夹层倾斜—急倾斜矿体未爆破夹层最优协同高度的计算公式,并引入矿废分离协同度定义,量化表征了新采矿方法的适用性。基于云南某铜矿多层缓倾斜矿 体和贵州某磷矿急倾斜两层矿体的开采技术条件,对所提采矿方法进行了工程案例分析。研究表明:所提方法在一定的开采技术条件下与传统采矿方法相比,在降低废石运输成本、降低矿石损失贫化率、提高回采效 率等方面具有显著优势;该方法的提出有助于解决多层复杂矿体的开采技术难题,具有一定的推广应用价值。
    地下矿山缓倾斜多层矿体协同开采设计实践
    李杰林, 高乐, 陈杰, 周科平
    2020, 50(05):  50-54. 
    摘要 ( 110 )  
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    云南锡业股份有限公司老厂分公司13-8#矿群为缓倾斜多层矿体,属于典型的复杂难采矿体。为实现该矿群的安全、高效和经济开采,对传统的上行式及下行式开采方案进行了分析,指出了传统方案的利 弊,通过引入“协同开采”理念,提出了缓倾斜多层矿体的协同开采设计方案。该方案将缓倾斜多层矿体的开采扰动、采空区处理、地压管理控制三者结合起来整体考虑,根据矿体赋存条件,将13-8#矿群划分为上盘 区矿块、下盘区矿块及13-8-7#倾斜矿体,并完成了矿群和上、下盘区矿块开采顺序的优化设计。研究表明:协同开采设计方案充分考虑了各层矿体的开采技术条件,通过矿块划分和回采顺序优化,实现了多层矿体的 协同开采,有助于提高缓倾斜多层矿体开采的安全性、高效性和经济性。该方案为实现老厂分公司13-8#矿群开采提供了新思路,也为其他类似矿体开采设计提供了借鉴。
    长走向平行钒铁矿体协同开采方案研究
    黄明清, 陈霖, 李兵磊, 刘青灵
    2020, 50(05):  55-60. 
    摘要 ( 113 )  
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    七角井矿区的钒、铁双层矿体走向长度超4 km且呈近似平行产出,下盘铁矿开采时损失贫化率高且上盘钒矿资源保护难度大。根据钒铁矿体走向长、近平行产出、厚度负相关、空区隐患大的开采技术条件 特征,采用平面分区、开采时序规划、采矿方法优化、区域稳定性控制等技术来实现钒铁矿协同开采。根据铁矿“中间厚、两端薄”、钒矿“中间薄、两端厚”的形态特征,将长走向的钒铁矿体分为东区、中区及西 区。工程空间上,双层矿体共用一套开拓、采准、运输等开采系统;开采时序上,在提高铁矿生产能力的同时保证了钒矿开采的时间灵活性;采矿方法上,东区及西区铁矿采用阶段矿房嗣后膏体微胶结充填法,中区 铁矿采用阶段矿房法转崩落法;此外,通过中区崩落顶板及上盘围岩,东、西区膏体充填方式保证了矿区开采时及开采后的区域稳定性。研究表明:所提出的协同开采方案使矿山铁矿设计开采储量增加了1 064.7万t ,膏体充填每年消耗干抛层、尾矿等矿山固废86万t以上,矿山安全及经济效益明显。
    高危空区群下地下转露天协同开采技术研究
    何斌全, 汤永平
    2020, 50(05):  61-69. 
    摘要 ( 121 )  
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    柿竹园矿地表塌陷给井下生产带来了一系列难题,如地表泥水混入井下导致矿石贫化且影响选矿,塌陷区北部和东北部高陡悬崖导致地表滚石和滑坡显现,塌陷区南部形成大跨度悬臂空区,不稳定间柱与 大采空区形成高危空区群、含矿大块堵塞出矿巷等。根据矿山现场调研、实测绘图和岩移研究,通过3Dmine软件建模,精准划分了塌陷区、过渡型空区、高危明空区、外围空区等。为解决该矿生产难题,提出了井下 与露天协同开采技术方案:首先采用低品位矿石充填塌陷区周边的高危空区群;再禁止塌陷区南部井下采出矿石,并在地表采用深孔爆破技术崩落悬臂矿岩;然后对塌陷区北部和东北部高陡悬崖实施地表削坡剥离和 利用低品位矿石回填塌陷区;最后在6~8 a内由地下开采过渡到露天开采,并探索性回采塌陷区内的巨块矿石。为减少前期剥离投入、缓解剥离境界外修路难的问题,结合环山贴坡布置螺旋型阶梯状剥离台阶、道路融 入山坡剥离境界等思路,利用3Dmine软件建模研究,优化确定了720剥离境界。同时,通过生产计划上图标识,及时更新协同作业区,实时微震监测地下采区和GPS监测塌陷区岩移等技术措施,实现了矿山协同开采的 动态监测与预警。研究表明:所提出的优化剥离境界思路和一系列露天与井下协同开采技术方案,解决了该矿当前的生产难题,为该矿露天与井下协同作业提供了安全保障,可为类似矿山提供有益参考。
    地下金矿非爆破机械化连续协同开采技术
    陈维, 杜坤, 陈伟
    2020, 50(05):  70-75. 
    摘要 ( 125 )  
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    实现地下硬岩矿山非爆破机械化连续开采一直是业内追求的目标,随着材料与机械学科的深入发展以及卸荷岩石力学理论及岩石诱导破裂机制的不断完善,虽然少数地下硬岩矿山开始践行非爆破机械化连 续开采,并取得了很多有益的经验,但成功的案例仍然较少,并且非爆破机械化开采的应用条件尚不明确。结合金塘3#脉和杨山庄202#脉的赋存产状,提出了一种地下金矿非爆破机械化连续协同开采技术,即采用 EBZ160.Z型巷道掘进机开采金矿。根据矿体的厚度、掘进机截割宽度和充填方式的不同,分别提出了薄矿脉水平分层废石胶结充填法、薄矿脉水平分层尾砂胶结充填法、厚矿脉水平分层废石胶结充填法和厚矿脉水平 分层尾砂胶结充填法4种变体非爆破机械化连续协同开采方法。非爆破机械化连续协同开采技术所涵盖的“玻璃钢锚杆+高强纤维网+木支柱”支护、铲运机或装载机出矿及废石/尾砂胶结充填等工艺均取得了较好的实 践效果,具有开采成本低、劳动强度小、机械化程度高、作业连续及效率高等优势,大幅度提高了地下矿山的本质安全。
    大新锰矿西北地采矿区产状复杂矿体分区协同开采技术研究
    肖体群, 陈庆发, 黎永杰
    2020, 50(05):  76-81. 
    摘要 ( 121 )  
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    复杂难采矿体开采是采矿业亟待解决的一个科技难题。针对产状复杂矿体采用现有技术开采常导致生产效率低、安全性差、劳动生产率高、资源回收率低等突出问题,通过引入工程地质分区思想和“协同 开采”理念,提出了产状复杂矿体分区协同开采技术思路。针对大新锰矿西北地采矿区“U”形产状复杂多层薄矿体尚无成熟的采矿工艺保证安全高效开采的问题,根据产状复杂矿体分区协同开采技术思路,综合分析 了矿体地质赋存条件,并结合矿体三维模型选取了影响矿体开采的走向和倾角作为矿体分区依据,将矿体分为一区、二区和三区,提出了一种工程地质条件引导的矿体分区技术。针对不同分区的开采技术条件,在各 分区进行了采矿方法优选或设计,推荐一区、二区和三区分别采用浅孔留矿法、电耙出矿房柱法和电耙—爆力协同搬运伪倾斜房柱采矿法,形成了一种产状复杂矿体采矿方法优选与设计技术。研究表明:所提方法有 效解决了大新锰矿西北地采产状复杂矿体的开采技术难题,为产状复杂矿体高效协同开采提供了一种新思路。
    复杂多金属矿集约化开采进路断面尺寸协同优化研究
    田鑫, 钟文, 罗建林, 肖长波, 查道欢, 欧阳健, 朱文韬
    2020, 50(05):  82-88. 
    摘要 ( 200 )  
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    随着矿山地下开采机械化水平的不断提高,越来越多的大型金属矿山都倾向于对矿区内中小分散矿体采用集约化开采模式。然而对于矿体形态、产状多变的复杂多金属矿床,集约化开采模式推荐的最优采 场结构参数普遍存在单一性和排他性的不足。基于“协同开采”理念,将某复杂多金属矿山集约化开采的回采进路断面尺寸(宽度与高度)作为关键参数进行细部优化研究。针对由薄至中厚、倾角由缓倾斜至急倾斜 、产状复杂多样、有用元素伴生共生复杂多样的矿体,通过建立协同开采系统有序度模型,计算并比较了在经济、安全和技术多重指标相互影响下3种基准协同开采方案1、方案2和方案3的序参量分量有序度、子系统 有序度和协同度。在上述分析的基础上对协同度进行了比较并评价,获得多重指标影响下序参量分量在子系统中的协同程度。结果表明:方案2推荐的回采进路断面尺寸3 m×4 m与4 m×3 m协同开采程度最优,与前期 优选出的回采进路断面尺寸方案排序较为一致,在一定程度上验证了复合系统协同度模型对集约化开采复杂多金属矿山的适应性,为类似矿山采场结构参数优选提供了一种新思路。
    大冶铁矿同阶段崩落法转充填法开采隔离间柱合理宽度确定
    王刘宝, 刘艳章, 尹东, 姜维, 张国权, 蔡原田
    2020, 50(05):  89-94. 
    摘要 ( 120 )  
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    为保障同阶段崩落法转充填法开采顺利过渡,过渡段处须设置竖向隔离间柱。以大冶铁矿龙洞采区-170 m同阶段崩落法转充填法梯形隔离间柱为研究对象,将其简化为变惯性矩固支梁,并以间柱的水平应 变量允许值为判据,初步确定梯形隔离间柱上端的初始宽度。以梯形隔离间柱上端的初始宽度为基础,采用数值模拟方法,计算了不同梯形隔离间柱上端宽度与不同充填体灰砂比协同作用下的充填采场顶板围岩沉降 量,并对不同灰砂比下梯形隔离间柱上端宽度与顶板围岩最大沉降量进行了数据拟合,由顶板围岩允许沉降值得到与不同充填体灰砂比协同匹配下的梯形隔离间柱上端的合理宽度。数值计算结果表明:与充填体灰砂 比分别为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12协同匹配的梯形隔离间柱上端合理宽度分别为16、19、21、25、29 m。研究成果可为合理确定矿山同阶段崩落法转充填法开采过渡段隔离间柱宽度提供参考。
    硬岩铀矿无废协同开采模式及技术研究
    薛希龙, 戴勇, 范永亮, 张晓, 刘德奇, 张树文
    2020, 50(05):  95-100. 
    摘要 ( 123 )  
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    针对我国硬岩铀矿开采中效率低、损失大以及堆浸铀尾渣、含放射性废石处置难等问题,结合“协同开采”理念,提出了硬岩铀矿无废协同开采模式。该模式通过调整回采工程布置,优化充填与尾废处置 工艺流程,采取相应的工程技术措施,使采矿与堆浸、采矿与充填、充填与堆排在时间和空间上实现协同,达到安全高效开采铀矿资源和无废处置铀矿冶尾废的目的。以粤北某铀矿为例,分析了现有上向分层干式充 填法和堆浸、尾废处置工艺的特点,开展了堆浸铀尾渣充排试验,改进了采矿方法,设计了采—充—排协同工艺方案,并对其工程应用效果进行了评价。研究表明:灰砂比为1∶10和1∶14、质量浓度为76%的充填体, 能够满足该矿机械化上向分层充填法和地表同步固化堆排的要求;采用无废协同开采模式后,采场生产能力和回采率可分别提升至135 t/d和88.86%,含放射性废石达到地表零排放,堆浸铀尾渣通过井下胶结充填和地 表固化堆排得到了有效处置,矿山经济效益和环境质量得以明显提升。
    煤铝共生缓倾斜薄矿床分层诱导协同开采方案研究
    王春, 展帅菲, 王怀彬, 胡亚超
    2020, 50(05):  101-108. 
    摘要 ( 143 )  
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    某煤铝共生矿的煤层近似平行赋存于铝土层之上,且二者倾角小、厚度薄,实现该矿煤铝共生缓倾斜薄矿床安全高效开采的难点在于瓦斯处理、开采工艺协调以及煤岩层稳定性控制。首先提出了先煤层后 铝土层、先铝土层后煤层、煤层铝土层交替、煤层铝土分层诱导协同4种开采模式;然后结合该煤铝共生矿床的实际开采技术条件,从瓦斯处理、通风、排水等方面对比分析了4种开采模式的优缺点,认为煤层距离铝 土层较近时采用分层诱导协同开采模式最合理。基于该矿床的实际工程地质条件,提出了煤铝共生缓倾斜薄矿床分层诱导协同开采底盘漏斗出矿开采方案,并对采场结构、回采工艺、采场通风、协同开采顺序等进行 了设计。以设计的方案为载体,再次对4种开采模式进行了分析,认为分层诱导协同开采方案不仅经济效益最佳,而且可确保开采过程中人员、设备的安全。
    复杂地形下缓倾斜磷矿床条带充填分区协同开采技术
    姚囝, 李鹏程, 王其虎, 叶义成, 孙丽军, 邓兴敏, 张莹
    2020, 50(05):  109-116. 
    摘要 ( 135 )  
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    如何实现复杂地形下缓倾斜矿体安全高效开采是目前亟待解决的关键问题。以宜昌某磷矿为工程背景,根据地应力不均匀分布特征构建分区采场结构,基于“协同开采”理念,提出了与其相适应的条带充 填分区协同开采技术,实现了同一盘区回采与充填协同作业。运用物理相似模拟试验方法,研究了分区协同回采过程中顶板及围岩矿柱的受力变形特征及其变化规律,探讨了分区充填过程中采场矿柱的承载机制。结 果表明:采区之间相互干扰程度较弱,围岩应力转移程度受埋深和开采步骤的影响较大;随着开采与充填的协同进行,不同采区条带上方顶板受拉与受压交错性分布;分区协同回采过程中,围岩及充填体矿柱并未发 生明显破坏,其中一步骤充填体和围岩矿柱是采场内的主要承载体,二步骤充填体的承载作用相对较弱;盘区矿柱之间及隔离间柱发生了非对称性变形。为了进一步降低充填成本,在原有协同充填模式的基础上适当 降低二步骤充填体的力学强度,并通过数值模拟方法验证了优化后采场充填模式的可行性。条带充填分区协同开采技术有助于实现复杂地形下缓倾斜矿床安全、高效、经济开采。
    煤型铀矿床煤铀协同开采理论模型
    曾晟, 叶文浩, 徐华清
    2020, 50(05):  117-123. 
    摘要 ( 118 )  
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    煤型铀矿作为一种双重能源备受世界各国关注,从煤型铀矿中同时开采煤和铀资源对于矿产资源综合利用具有重大意义。“协同开采”理念的提出为煤型铀矿资源合理开采提供了新思路。通过对煤型铀矿 资源基本特征和煤型铀矿床开采经验的分析,认为煤矿先采影响地下水位,不利于铀矿回收,铀矿先采形成放射性直接影响煤矿能否继续开采,实现煤铀同步开采具有可行性。因此,借鉴金属矿床地下协同开采思路 ,提出了煤型铀矿床煤铀协同开采构想:将不连续煤型铀矿床进行分区、分段和分层,共享开拓系统;采用分区出矿分区支护的方式,解决顶板支护不到位和回采效率低的问题;采用压抽混合式通风方式降低氡浓度 和瓦斯排放。其中涉及到一些技术难题如不连续煤型铀矿床如何分区分段、各零散矿段如何合并、回采区铀品位高和瓦斯含量高的地段如何设置特殊安防措施及整个矿床如何综合疏水等有待进一步攻关,未来仍需在 煤铀协同采矿方法和工程技术方面进行研究与实践,进一步丰富煤铀协同开采理论。
    深部矿产与地热资源协同开采模式
    宋健, 唐春安, 亢方超
    2020, 50(05):  124-131. 
    摘要 ( 140 )  
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    为了解决深部矿产资源开采所面临的高温问题,降低深部地热开采成本,以基于开挖的增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems Based on Excavation Technology, EGS-E)为基础,提出了一种 矿产与地热资源协同开采模式。该模式以围岩温度为标尺,将地质资源类型分为低温资源(50 ℃以下)、中温资源(50~100 ℃)和高温资源(100 ℃以上),对应的开采模式分别为低温矿产开采模式,中温“热矿 共采”模式和高温地热开采模式。低温资源采用传统的矿产开采模式,以矿产资源开采为主。中温资源采用先采热后采矿的热矿共采模式,在对中温型地热资源进行利用的同时,可增加可采矿产资源储量。高温资源 采用基于开挖的增强型地热系统(EGS-E),采用独特的热储致裂和热能交换技术实现地热资源大规模开采。研究表明:热矿协同开采模式将传统采矿技术与增强型地热系统相结合,既能消除中高温区域的热害影响, 保证矿产资源安全开采,又能实现中温区域地热资源利用以及高温区域地热资源大规模开采;该模式以中高温地热资源的开采弥补矿产资源开采因温度升高引起的成本激增,同时以低温区域矿产资源开采缓解深部地 热资源开发的巨额投资压力,为深部矿产和地热资源安全高效开发提供了一种新的方案。
    矿山多属性环境协同作用对锚杆腐蚀的影响
    吴赛赛, 朱昊天, 张雯, 程平, 刘非
    2020, 50(05):  132-136. 
    摘要 ( 139 )  
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    锚固材料失效造成围岩失稳呈现多元化特征,其中锚固材料在服役过程中受到多属性腐蚀环境协同作用造成其腐蚀越来越严重。锚杆腐蚀开裂频繁发生在富黏土地带,反映出多属性环境(包括含氧率、地 下水、矿物质等)协同作用是锚杆腐蚀的重要影响因素。为了掌握锚杆在多属性环境协同作用影响下的腐蚀规律,将锚杆服役环境以“腐蚀细胞”的方式进行了实验室模拟试验。研究表明:环境中的矿物质通过离子 交换增加水溶液离子溶度,间接加速了锚杆的腐蚀,证明了溶液中离子浓度与腐蚀速率成正相关关系;腐蚀是长期的过程,经过3个月的试验后,大部分腐蚀产物形成于螺纹和锚杆端部,以及被黏土与煤包裹的部位, 反映出矿物质能加速锚杆的腐蚀;相比于腐蚀介质仅为去离子水,锚杆在包含黏土或者煤的试验环境中腐蚀后的抗拉强度均有所降低;锚杆在煤和黏土共同作为腐蚀介质且开放的环境下,抗拉强度最小,这也间接说 明矿物质材料能加速锚杆的腐蚀。上述研究进一步表明:环境中煤、黏土、地下水可通过增加溶液总离子浓度提高环境腐蚀性,因此在含有矿物质与地下水的区域,矿山支护设计与维护时需进行防腐蚀方面的考虑。
    金属矿露天坑与地下空区尾矿协同充填清洁生产
    卢宏建, 王奕仁, 李成合, 李胜, 李晓东, 杜英男
    2020, 50(05):  137-143. 
    摘要 ( 139 )  
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    针对露天坑和地下空区诱发地质灾害、尾矿库存在溃坝风险和破坏区域环境等问题,以金属矿露天转地下开采矿山工程为研究对象,结合阶段空场嗣后充填法开采,发明了不均匀尾矿充填体制作与取样装 置,基于流体弗劳德准则,结合现场原位取样力学试验,提出了考虑尾矿充填强度不均匀特性的强度计算方法;基于测量学与系统工程理论,提出了露天坑与地下空区三维信息提取和尾矿协同充填与排水技术;运用 流体力学和有限元理论构建了一次充填高度和挡墙构筑位置参数优化三维模型,形成了高效—材料再用—低成本轻型挡墙尾矿充填封闭技术。研究成果在石人沟铁矿得到应用,建成了原矿200万t/a的铁矿床露天转地 下开采尾矿充填清洁技术工程示范,取得的主要技术指标为尾矿综合利用率达到100%、嗣后充填成本25元/t、挡墙构筑效率0.016道/(人·时)、构筑成本606元/m2。突破了露天坑与地下空区尾矿协同充填技术瓶颈, 完善了矿山尾矿处置理论与技术,实现了尾矿零排放,消除了露天坑与地下空区安全隐患,推动了冶金矿山生态文明建设,加快了资源绿色开采进程。
    膏体—地聚物协同效应的铀尾矿井下充填处置体系构建
    王富林, 袁正平, 陈国梁, 杨仕教
    2020, 50(05):  144-150. 
    摘要 ( 135 )  
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    铀尾矿井下充填处置是铀矿“协同开采”理念的重要技术支撑,但铀尾矿复杂的物理化学性质影响了胶结充填体的固结固化特性,进而制约了铀尾矿骨料胶结充填技术的应用。基于膏体和地聚物特性的协 同效应,针对铀尾矿地表堆置和常规井下充填处置存在的问题,提出了基于地聚物分割包裹—膏体稳固协同固化的铀尾矿井下充填设想。铀尾矿井下胶结充填体的技术指标包括机械强度、化学稳定、抗浸出性、氡析 出率和增容特性,物料组成包括铀尾矿骨料、地聚物基材、矿黏合剂、外加剂、功能矿物和水等,制备与充填过程的关键工艺为铀尾矿颗粒级配重构、充填材料多元复配以及充填质量的原位监测与动态调整技术。以 某铀尾矿库尾砂、复配冶炼矿渣等材料为研究对象进行了验证试验,当水固比为0.25、灰砂比为1:4时,充填体试件在(20±1)℃、湿度≥95%条件下养护28 d后,试件的最大单轴抗压强度为17.65 MPa,表明基于地 聚物的铀尾矿膏体充填体制备具备可行性。该充填体系的构建对于促进膏体充填技术在低或极低放射性固体废弃物处置领域的应用具有一定的意义。
    基于闭合排队网络扩展求和算法的露天矿车铲协同优化研究
    赵加征, 李宁, 叶海旺, 王李管, 王其洲, 雷涛
    2020, 50(05):  151-157. 
    摘要 ( 144 )  
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    为解决车铲协同优化不合理导致的卡车待装时间过长的问题,运用排队理论构建了矿山闭合网络模型,将生产流程分解成采装、重车运行、称重、卸矿、空车运行等多级服务过程。针对多铲车且装车时间 服从正态分布的情形,引入扩展求和算法(Extended Summation Algorithm, ESUM)求解闭合网络模型中各级服务系统的排队指标。基于等待制排队模型与混合制排队模型之间的差异,改善了ESUM前期误差较大的不 足,改进后的算法计算结果精度更高。以某露天矿为例,首先根据该矿山实际装车时间的统计分析,确定该矿山装车时间服从正态分布规律;然后结合该矿山某处运输路段只允许单车通行的实际情况,在闭合网络模 型中加入“单车道”排队系统,通过求解该模型,计算在不同卡车数量下该矿山各个生产环节的作业状态,并得到采装过程是制约卡车运行效率的关键环节;最后以采装过程中卡车等待时间最少为目标,满足平均班 产量为约束,确定该露天矿的合理卡车数为7辆,此时卡车在采装过程的逗留时间较原来缩短了42.24%。在上述分析的基础上,采用Matlab软件平台对相应条件下采装时的平均排队长度进行了模拟分析,结果验证了用 扩展求和算法进行车铲协同优化的有效性和准确性。
    基于“协同开采”理念的深部磷矿岩爆防控研究
    吝曼卿, 柯晓苏, 张电吉, 彭亚利, 周磊, 杨敏
    2020, 50(05):  158-163. 
    摘要 ( 119 )  
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    随着浅层磷资源的逐步枯竭,磷矿山企业逐步转向深部开采,然而深部磷矿开采中的岩爆灾害突出,对井下人员和设备造成了严重的安全隐患。以某磷矿深部开采中呈现的岩爆现象为例,结合工程开挖环 境与开挖工况,引入“协同开采”理念,从应力转移、应力防控和岩性改善的角度对深部磷矿岩爆防控进行了研究。结果表明,①井下岩爆主要表现为开拓巷道掌子面附近的即时型岩爆和巷道交叉处及采区矿柱中上 部的滞后型岩爆;②对采场切割巷道掌子面附近采取“品”字形错位布置和泄压挂网的主动防护方式,可有效降低岩爆产生烈度和岩爆发生次数,并对岩爆瞬间飞溅碎屑进行阻拦;③通过优化矿区尺寸,采用间隔错 位开采方式优化回采工艺,并进行采区充填,可有效降低开挖引起的采区应力集中程度,从而在控制工程成本的同时降低作业现场安全隐患程度。基于“协同开采”理念的深部磷矿岩爆防控思路的提出,对于确保磷 矿深部安全高效开采具有一定的借鉴意义。
    基于相对隶属度模型的采空区协同前期评价
    王立, 赵奎, 曾鹏, 於鑫佳
    2020, 50(05):  164-170. 
    摘要 ( 120 )  
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    随着矿产资源的不断开发,采空区处理成为预防与控制空区灾害的关键,影响其危险性的因素较多且复杂,其中部分具有模糊性。目前空区安全性评价已多方面取得了理论与技术研究成果,但多数研究未 能从资源协调开采的角度开展。为此,在经济、安全、高效的原则下,针对采空区复杂性和危险性特征,以“协同开采”理念为基础,通过构建相对隶属度模型对采空区危险性进行协同前期评价,以便为后期空区协 同治理提供可靠依据。选取采空区埋深、跨高比、地下水、外围扰动、采空区跨度、围岩结构、RQD岩石质量指标、采空区面积、矿柱布置尺寸等9个特征参量,依据模糊数学理论,构建了相对隶属度矩阵,以广东某 矿区为研究背景,建立了采空区危险性评价模型,根据模糊数学理论计算出的特征量评价等级对采空区进行了危险性评价。结果表明:2#、3#、5#、6#采空区的危险性最高,与矿山实际情况相符合,据此可对空区危 险性进行协同前期预判,降低空区治理费用与安全风险度。同时应用该相对隶属度评价模型使各评价因素之间具有对比性,其模糊识别模型具有一定的数学和物理意义。
    矿物工程
    微生物在矿物浮选中的应用及作用机理研究进展
    毛宇宇, 窦培谦, 张瑞洋, 张学进, 王清萍
    2020, 50(05):  171-177. 
    摘要 ( 127 )  
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    生物浮选是利用微生物及其代谢产物,选择性调控矿物表面物理化学性质,使有用矿物与脉石矿物浮选分离的一种选矿方法。从浮选微生物的种类、微生物与矿物相互作用的机理以及微生物在有色金属、 铁矿和煤炭浮选中的应用等方面总结了近年来微生物在浮选中应用方面的研究工作,重点从微生物与矿物的吸附、矿物表面化学反应和微生物细胞表面化学等方面来阐述微生物对改变矿物表面性质的影响机制。指出 所报道的生物浮选多是根据经验发展起来的,或侧重于特定的生物方面,或侧重于浮选指标。尽管在润湿性、动电位、红外光谱、基于DLVO理论的计算等一些矿物表面性质表征上已有一定的积累,但关于生物、浮选 药剂及矿物三者之间交互作用的理解仍然是不清楚的。针对微生物和矿石种类的多样性,基于知识的设计、调控微生物-矿物界面行为来解决浮选过程中的问题,或将是未来的努力方向。
    酒钢尾矿悬浮磁化焙烧扩大连续试验研究
    陈毅琳, 唐晓玲, 李艳军, 刘金长, 孙永升
    2020, 50(05):  178-184. 
    摘要 ( 131 )  
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    酒钢选厂强磁选工艺产生的铁尾矿品位较高,约为21.50%。尾矿大量堆存不仅占用土地、污染环境,还浪费了大量铁资源。为了研究利用悬浮磁化焙烧技术处理该类尾矿的可行性,缓解酒钢原料不足的矛 盾,对该尾矿进行了预富集—悬浮磁化焙烧—磁选—反浮选扩大试验研究。试验结果表明:①酒钢尾矿经一段弱磁—两段强磁预富集工艺分选,获得了铁品位26.01%、回收率82.71%的预富集精矿,预富集精矿中含铁 矿物主要为赤铁矿、磁铁矿和菱铁矿,脉石矿物主要为石英、白云石和重晶石。②预富集精矿在还原温度530 ℃、CO流量2.0 m3/h、N2流量3.0 m3/h、处理量99 kg/h的适宜悬浮焙烧工艺参数下,稳定试验连续运行了 48 h,取得了磁选管磁选铁精矿平均铁品位51.41%、铁回收率72.39%的技术指标。③酒钢总尾矿采用预富集—悬浮焙烧—磁选—反浮选全流程处理,最终可获得铁品位58.67%、铁回收率57.82%、SiO2含量6.48%的铁精 矿,综合尾矿铁品位12.00%,指标良好。该试验结果为酒钢下一步对该类尾矿资源的回收利用提供了技术依据。
    含难分离赤铁矿的钛铁粗精矿选冶提质工艺研究
    喻连香, 汤优优, 刘军, 陈雄
    2020, 50(05):  185-190. 
    摘要 ( 122 )  
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    马拉维海滨砂钛铁粗精矿中含钛矿物占有率大于95%,TiO2含量仅为42.71%,部分钛铁矿物赤铁矿化蚀变明显。为确定钛铁粗精矿选冶提质工艺,以该地区海滨砂经重选—磁选工艺处理后获得的钛铁粗精 矿为研究对象,通过详细的工艺矿物学研究及条件试验,优化出选冶流程中适宜的工艺参数。钛铁粗精矿焙烧试验最佳的还原条件为:还原焙烧温度875 ℃、还原时间12.5 min,还原剂用量5%。焙砂经1次弱磁粗选、 中磁扫选,最终可获得TiO2含量49.05%、TiO2回收率77.16%的钛铁矿精矿以及Fe含量49.73%、Fe回收率34.61%的铁精矿,TiO2含量从42.71%提高到49.05%,精矿品质得到大幅度提升。该选冶联合工艺流程简单,无药 剂污染,可为该类难分离钛铁粗精矿资源的有效利用提供技术途径。
    羧酸铵盐浸取剂对风化壳淋积型稀土矿助浸过程研究
    陈文斗, 张臻悦, 池汝安
    2020, 50(05):  191-196. 
    摘要 ( 138 )  
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    目前,稀土矿浸出研究仅针对稀土浸出过程中抑杂浸出或抑制黏土矿物膨胀的某一方面。为综合考虑稀土浸出过程中高效抑铝和抑制黏土矿物膨胀的协同作用,采用氯化铵分别与不同浓度的乙酸铵、酒石 酸铵、柠檬酸铵3种羧酸铵盐助浸剂组成复配溶液,通过柱浸方法回收风化壳淋积型稀土矿,从而实现在保证稀土浸出率的情况下,达到有效降低浸出液中杂质铝含量的目的,同时得到黏土矿物的最佳抑膨条件。选用 0.2 mol/L氯化铵分别与3种羧酸铵盐助浸剂复配,探讨了助浸剂浓度、浸出温度及浸出液pH对风化壳淋积型稀土矿浸出过程以及对黏土矿物膨胀性能的影响。结果表明,3种羧酸铵盐助浸剂的最佳添加浓度为:0.04 mol/L乙酸铵、0.07 mol/L酒石酸铵、0.005 mol/L柠檬酸铵,在最佳添加剂浓度下抑铝能力为:乙酸铵>柠檬酸铵>酒石酸铵,黏土矿物的膨胀率大小为:δ乙酸铵<δ酒石酸铵<δ柠檬酸铵。在常温下,0.2 mol/L 氯化铵与0.04 mol/L乙酸铵复配溶液作为浸取剂时抑铝和防膨效果最佳,在pH=4时,稀土浸出率为90.08%,铝浸出率为26.37%,黏土矿物膨胀率为2.705%。
    非洲某难选高硫铜锌硫化矿选矿试验研究
    加锴锴
    2020, 50(05):  197-204. 
    摘要 ( 147 )  
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    非洲某高硫铜锌硫化矿中Cu和Zn的品位分别为1.30%、2.97%。由于原矿中铜矿物嵌布粒度细,与锌矿物紧密共生,矿石中次生铜矿物易氧化释放出铜离子活化闪锌矿,导致精矿互含率高,生产指标较差。 针对该矿石特点,进行了系统的工艺优化试验。结果表明:①矿石中主要铜矿物为黄铜矿,嵌布粒度较细,主要集中在10~35 μm;锌矿物为铁闪锌矿,粒度集中在10~75 μm;有害元素As主要以毒砂形式存在,少量 存在于硫砷铜矿中;其它硫化物主要为黄铁矿;脉石矿物主要包括方解石、白云石、菱铁矿、石英等。②在磨矿细度为P80=75 μm的条件下,经“粗精矿再磨+1粗3精1扫”选铜和选锌流程,最终可获得Cu品位26.03% 、含Zn1.72%、Cu回收率84.02%、Zn损失率3.29%的铜精矿和Zn品位44.16%、含Cu2.84%、Zn回收率90.63%、Cu损失率9.80%的锌精矿,较好地实现了铜锌资源的分离与回收。③试验采用焦亚硫酸钠作为锌的高效抑制剂 ,降低了难免离子对闪锌矿的活化;对于部分共生关系致密,嵌布粒度极细的铜锌矿物,通过超细磨技术进一步促进了铜锌单体解离,最终实现了铜锌高效分离。
    新型捕收剂GC-I在铜矿渣浮选中的应用
    迟晓鹏, 郭芸杉, 衷水平, 吕旭龙, 刘春, 吴健辉
    2020, 50(05):  205-209. 
    摘要 ( 115 )  
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    铜冶炼炉渣为铜精矿经冶炼加工后剩余的炉渣,有价金属铜含量丰富,具有综合回收利用价值。某铜矿渣选厂采用Z-200为铜矿物捕收剂,选择性较好,但价格昂贵,基于此,研发了一种新型廉价浮选药 剂替代Z-200。通过丁基黄原酸钠和二氯乙烷反应,合成新型捕收剂GC-I。与Z-200相比,新型捕收剂GC-I具有更低的药剂成本,更好的选择性。在磨矿细度为-0.045 mm占74%,石灰用量400 g/t,水玻璃用量600 g/t ,GC-Ι用量105 g/t的条件下,经“1粗3扫”,获得铜品位23.84%、铜回收率82.37%的铜精矿;相同条件下,以Z-200为捕收剂,铜精矿中铜品位21.43%,铜回收率82.23%。通过闭路试验指标计算年药剂成本为69.93 万元,每年预计降低药剂成本19.98万元,经济效益可观,具有一定的推广应用价值。
    研磨作用下磨矿产品粒度特性研究
    郭润楠, 杨金林, 马少健, 帅智超
    2020, 50(05):  210-214. 
    摘要 ( 113 )  
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    磨矿是冲击和研磨共同作用的结果,但前人并未对单一研磨作用进行系统研究。基于此,以2种常见矿物黄铁矿和磁黄铁矿为研究对象,在磨矿介质处于泻落状态条件下,采用相对可磨度、磨矿动力学分 析等方法,研究矿物在研磨作用下磨矿产品粒度分布特征及规律,初步探讨磨机在介质泻落状态时的磨矿特性。结果表明,相同条件下,矿物入料粒度越细,磨矿产品粒度随磨矿时间变化越明显;黄铁矿在很短的时 间会获得较高的磨矿细度,而随着磨矿时间的延长,磁黄铁矿的磨矿细度变化更为明显,磁黄铁矿受磨矿时间影响更大;磨矿产品粒度分布特征对于磨矿一阶线性动力学模型有很好的拟合度。试验结果可为后续研究 泻落状态下磨矿介质的运动规律及磨矿特性提供理论依据。
    W掺杂ZnO纳米线型矿业安全用NO2气敏材料研究
    李慧萱, 滕飞, 刘明昊, 李瑞敏, 沈岩柏
    2020, 50(05):  215-220. 
    摘要 ( 121 )  
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    以二氯化锌(ZnCl2·2H2O)、碳酸钠(Na2CO3)为前驱体,钨酸钠(Na2WO4·2H2O)为钨源,采用水热法制备不同W掺杂浓度的ZnO纳米线,并对其结构形貌和NO2气敏性能进行研究。利用X射线衍射(XRD )和扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构性能进行表征,表明W掺杂浓度对ZnO纳米线的结构和形貌基本没有影响,所获产物为直径50~80 nm、长度2.0~5.2 μm的六方纤锌矿结构ZnO纳米线,其表面光滑,结晶度优良 ,分散性良好。针对NO2的气敏特性结果表明,W掺杂浓度为1%时,ZnO纳米线可获得对NO2气体的最大灵敏度,其最佳工作温度为200 ℃,且具有优良的选择性、可逆性和重现性。通过电子耗尽层理论和反应活性位点 对气敏机理进行了分析和探讨。