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2020年 第49卷 第08期    刊出日期：2020-08-15

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深部破碎岩体巷道围岩控制技术研究

吴大伟, 李元辉, 钱源, 范纯超, 董二虎

2020, 49(08):  1-7. 

摘要 ( 179 )   PDF (2923KB) ( 364 )  

相关文章 | 计量指标

某金矿进入深部开采后，由于围岩破碎，巷道开挖后出现了明显的变形和破坏现象，难以满足其服务期间的稳定性要求。针对这一问题，采用现场调查、数值模拟和现场试验等手段开展了研究。首先，分析了巷道变形和破坏特征，认为该矿巷道破坏表现为两帮破坏，然后发展至顶板。其次，从充分利用深部破碎岩体自承能力的角度出发，提出了马蹄形巷道设计方案，并采用数值模拟的方法分别模拟了矩形巷道，直墙半圆拱巷道，直墙三心拱巷道和马蹄形巷道的开挖过程，结果显示当采用马蹄形巷道时，能够减小围岩应力松弛区的范围，改善围岩的受力条件，极大限度地抑制了围岩的变形和破坏。再次，给出了优化的马蹄形巷道支护方案，在传统只采用顶板锚杆的基础上增加两帮锚杆和穿带，其中，顶板锚杆间距 1.5 m，两帮锚杆间距 1.0 m，排距均为 1.0 m。最后，将得到的马蹄形巷道方案应用到该矿-900 m 分段联巷的工程实践当中，结果表明马蹄形巷道施工后围岩没有发生明显的变形和破坏，取得了较好的施工效果，保证了巷道的稳定性。通过本研究可以为该种类型的深部破碎岩体巷道的围岩控制技术提供参考和借鉴。

深部高应力矿柱应力隔断帷幕的卸荷效应研究

于世波, 杨小聪, 王志修, 原 野

2020, 49(08):  8-12. 

摘要 ( 188 )   PDF (2870KB) ( 378 )  

相关文章 | 计量指标

应力隔断帷幕是实现深部高应力岩爆隐患型矿柱主动卸荷的重要对策之一，仍存在卸荷效应不清晰、卸荷效果缺少定量化评价等问题。以会泽铅锌矿采矿实践为工程背景，应用数值模拟技术，研究了应力隔断帷幕实施前后的应力场、变形场和岩爆应力风险指标的变化特征。研究结果表明：基于应力隔断帷幕的底柱采场卸荷，并没有使应力消除或消失，而是改变了应力的传递路径，使应力集中远离目标开采区域，从而实现了对目标开采区域的“卸荷”。应力隔断帷幕实施后的上盘与下盘变形量增幅明显，变形能得到了快速释放，起到了对高应力底柱的有效卸荷作用。应力隔断帷幕的实施大幅度降低了底柱的岩爆应力风险指标，岩爆事件发生的概率和量级大幅度降低。研究方法与结果为类似条件下的深部高应力矿柱的安全开采提供了技术支撑。

全尾砂胶结充填体分层特性试验研究

程爱平, 董福松, 戴顺意, 舒鹏飞, 付子祥

2020, 49(08):  13-19. 

摘要 ( 175 )   PDF (2260KB) ( 357 )  

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在分段或阶段嗣后充填采空区中全尾砂胶结充填体的分层现象较为常见。基于此，以程潮铁矿所取尾砂及相关基础资料为试验基础，采用一次充填分别制作灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的全尾砂胶结充填体试样，进行单轴压缩胶结充填体超声波波速监测试验，获取胶结充填体试样破坏荷载及超声波波速，探讨不同灰砂比的充填体试样超声波波速分层变化特征，结合颗粒粒级特征，揭示全尾砂胶结充填体分层机理。试验结果表明：（1）通过对不同灰砂比、不同分层测点进行对比分析，得出超声波波速变化规律为：① v（上）＞v（中）＞v（下），② v（1∶4）＞v（1∶6）＞v（1∶8）＞ v（1∶10）；（2）结合颗粒粒级特征，表明全尾砂胶结充填体的分层变化特性是由于充填体试样内部颗粒间的排列方式及紧密程度之间的特征而导致；（3）全尾砂胶结充填体分层现象对充填体的强度影响较大，颗粒密实程度越好、颗粒排列越均匀，越能更好地对其强度进行表征。研究结果可为程潮铁矿极其类似矿山的充填生产实践提供有效指导意见。

基于 L管实验的全尾砂膏体流变特性研究

杜加法, 刘晓光, 王京生, 侯 晨, 朱兆文

2020, 49(08):  20-24. 

摘要 ( 188 )   PDF (1815KB) ( 322 )  

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膏体的流变特性是影响膏体管道输送的重要因素。为获取膏体充填料浆真实的输送流变特性，利用 L 管实验装置，基于宾汉塑性模型获得膏体料浆的屈服应力及塑性粘度，得到不同料浆浓度和灰砂比条件下的管道输送阻力和充填倍线。结果表明：料浆浓度和灰砂比的上升都会导致剪切应力的增加，充填倍线的降低，其中，料浆浓度是影响充填体流动特性的最关键因素，而灰砂比是影响膏体强度的关键因素，但是膏体浓度的影响也不能忽视。根据 L 管和强度特性实验结果以及一二步骤采场的强度和输送需求，分别推荐了采场最佳膏体配比。

预制交叉裂隙花岗岩强度特征试验

周 游, 武 旭, 郭奇峰, 颜丙乾,

2020, 49(08):  25-31. 

摘要 ( 213 )   PDF (2175KB) ( 303 )  

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为探究交叉裂隙对岩石强度的影响，通过制备含不同角度主次交叉裂隙的花岗岩试件，对其进行单 轴压缩试验。结果表明：主裂隙平行于加载方向时，试件的峰值强度与起裂强度普遍较大且均随裂隙角度增加而 呈降低趋势，主裂隙对试件强度的影响非常小，试件的破坏主要受次裂隙控制；主裂隙不平行于加载方向时，试件 的峰值强度与起裂强度相对较低，次裂隙的角度变化一定程度上会使岩石试件的强度产生波动，但从主裂隙相同 组试件的平均强度上看，其引起的变化很小；主裂隙相同时，随次裂隙角度的变化，峰值强度与起裂强度的变化波 动规律大致相同，成正相关关系；主裂隙相同组试件平均的峰值强度与起裂强度均随裂隙角度增加呈降低趋势，同 单裂隙试件相对应的峰值强度与起裂强度相接近。

露天转地下开采不同坡高影响下覆岩采动 响应特征研究

罗 浪, 李小双, 王运敏

2020, 49(08):  32-37. 

摘要 ( 201 )   PDF (4191KB) ( 310 )  

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以云南滇池周边典型的缓倾斜含软弱夹层中厚磷矿床露天转房柱法地下开采为研究背景，通过现场 勘查取样和室内岩石力学试验，基于 AutoCAD、ANSYS 和 FLAC3D等软件进行耦合建模，对倾角为 45°时边坡高度为 50 m 和 80 m 的上覆岩层位移与应力响应特征进行动态模拟和对比分析。研究结果表明：在露天终了边坡为 50 m 时，地下开采对覆岩影响相较 80 m 坡高小，此时围岩相对稳定，塑性区面积较小，整个岩体处于相对稳定状态。露 天终了边坡为 80 m 时，开采对覆岩的扰动较大，回采完毕后矿柱处于临界破坏状态，塑性区较 50 m 坡高进一步发 育并延伸至坡面，不利于矿山的安全稳定。研究成果确定了该矿山露天终了边坡的合理高度范围，对矿山的安全、 经济生产具有重要的理论指导意义。

深部开采过程中隔离矿柱承载机理及厚度优化

王文军, 李家树, 徐 帅, 吴 超, 于清军

2020, 49(08):  38-43. 

摘要 ( 130 )   PDF (4242KB) ( 291 )  

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废石掺量对胶结充填体强度及变形破坏的影响

于恩毅, 黄旭东, 王珍岐, 黄晢航, 龚甲桂

2020, 49(08):  44-48. 

摘要 ( 179 )   PDF (2843KB) ( 292 )  

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用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填，不仅能够提高充填体的强度，还能减小充填体在载荷 作用下的变形，满足了部分矿山较高的充填要求。胶结充填体的强度主要取决于充填料浆的配比，即骨料、胶凝材料、 水的配比。本研究拟采用控制变量的试验方法，基于SEM电镜扫描和XRD试验，探究在废石—全尾砂混合骨料下胶 结充填体强度及变形特性，探究废石掺量（≥40%）因素对胶结充填体强度以及变形破坏的影响规律和机理。研究表 明：随着粗骨料的增加，充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。由于粗骨料含量太多，所形成的骨架太大，水化产物相 对较少未能充分填满产生较多孔隙，对提高充填体强度产生了不利的影响。此外，随着废石掺量的增加，其强度有所 下降，其破坏时的总应变量基本相同；其应力—应变曲线在初期基本重合，主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。

矿山开采过程中顶板冒落冲击振动规律 相似试验研究

莫 超, 陈星明, 贾 达, 刘小平, 龙林健

2020, 49(08):  49-54. 

摘要 ( 213 )   PDF (2251KB) ( 282 )  

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以某矿山无底柱分段崩落法采场结构参数为参照，以相似理论为基础，设计相似试验物理模型，研究 采空区顶板在不同冒落高度、不同冒落量、采场有无安全垫层以及不同材料强度 4 种情况下顶板冒落冲击下部采 场的振动变化规律。试验结果表明：①振动速度大小和冒落高度、冒落量、材料强度呈正相关的关系；②振动速度 大小随着冒落高度的增加存在一个突变期，在突变期内振动速度增长最快；③采场内存在适当厚度的散体垫层对 冒落体具有良好的缓冲作用；④在各个试验条件下，距离冲击位置越近的测点速度变化越明显；⑤随着振动波在岩 体中的传播，存在某一临界深度，当超过这一临界深度时，上部采场顶板冒落造成的冲击振动影响很小。

大流量全尾砂膏体料浆管道输送参数计算与分析

杨 超, 郭利杰, 李文臣

2020, 49(08):  55-60. 

摘要 ( 273 )   PDF (2637KB) ( 273 )  

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在全尾砂膏体料浆管道输送技术中，合理输送管道参数的确定是确保其安全、可靠输送的核心。本 项目以某大型铜矿山为研究对象，设计采用全尾砂膏体料浆管道输送；针对其输送流量大、管道输送阻力大等技术 难题，以尾矿基础参数测试结果为基础，开展了全尾砂膏体料浆高效浓缩试验及料浆流变试验，根据试验结果推荐 输送浓度为 60%~65%；同时按照刘德忠公式及管道复合流态摩阻损失数学计算模型，计算分析了全尾砂膏体料浆 管道输送临界流速与摩阻损失等关键工艺技术参数；最终根据矿山生产参数，确定了管道输送方案及参数，即在日 生产尾矿量为 58 000 （t 干量）条件下，推荐全尾砂膏体料浆输送最佳浓度为 60%~65%，推荐采用单条管线输送，输 送工作流速为 1.85~2.12 m/s，对应输送管径为 650 mm。

卸荷作用下预应力锚索锚固特性研究

任青阳, 彭 洋, 韩 铠, 陈 斌

2020, 49(08):  61-68. 

摘要 ( 190 )   PDF (2428KB) ( 281 )  

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在超前预应力锚固或边锚固边开挖工程中，卸荷作用影响已张拉锚索的预应力和锚固段剪应力分 布。通过卸荷条件下拉力、压力集中型锚索锚固特性试验，研究卸荷带锚索的荷载传递机制、锚索锚固段剪应力分 布规律和预应力发展规律。研究表明：卸荷作用对拉力集中型锚索索体表面剪应力的影响主要为内锚段起点 1/3 内锚段长度范围内的剪应力增大；对 2 种锚索注浆体表面剪应力的影响主要为剪应力分布曲线峰值增大。压力集 中型锚索注浆体剪应力的峰值增大比率较拉力集中型锚索的更大。卸荷作用导致了 2 种锚索注浆体剪应力集中 区发生塑性滑移破坏，因而 2 种锚索注浆体剪应力峰值点向内部小距离移动。卸荷作用导致了 2 种锚索预应力产 生台阶式的增大，压力集中型锚索预应力的增加比率比拉力集中型锚索预应力的大。研究结果为预应力锚索的优 化设计提供了一定的参考。

钛铁矿精矿碳热还原制取碳氧化钛（TiC_xO_1-x）物相演化机理研究

戴 蔚, 何春林, 郑春慧, 韦悦周, 李 杰, 赵 健

2020, 49(08):  69-75. 

摘要 ( 214 )   PDF (3367KB) ( 273 )  

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基于 USTB 工艺，以广西某钛业公司的浮选钛铁矿精矿为研究对象，研究钛铁矿精矿直接碳热还原制 取碳氧化钛（TiC_xO_1-x）机理和物相变化过程。采用 XRD、SEM-EDS 和 HSC 热力学软件对碳热还原产物及反应过程 进行分析，结果表明：随着碳配比量的增加，还原过程物相主要为：FeTi₂O₅、Ti₂O₃、Fe、TiO、TiC_xO_1-x、TiC；当石墨的配 比质量分数为 22.92%~26.61% 时，1 550 ℃氩气气氛下还原 4 h 可得到 TiCxO1-x；结合反应热力学和物相分析结果可 知，整个还原过程主要是固相 C 参与还原，CO 还原作用小，还原过程物相演化规律为：FeTiO₃→FeTi₂O₅→Ti₂O₃+Fe→ TiO+Fe→TiC _xO_1-x+Fe。在 1 550 ℃下，反应生成 TiC 过程主要是固相碳起还原作用，CO 无法起到还原作用；生成碳 氧化钛 TiC_xO_1-x的 ΔG  介于 TiC 和 TiO 之间，属于不完全还原状态，主要通过控制碳配比量在反应温度内即可还原 得到碳氧化钛。

磁化处理对微细粒赤铁矿浮选的影响与机理研究

向 军, 周文波, 熊 玮, 程 晖, 朱照强, 徐 敏

2020, 49(08):  76-82. 

摘要 ( 166 )   PDF (1996KB) ( 280 )  

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为了提高微细粒赤铁矿浮选的分选效果，分别对浮选用去离子水和油酸钠溶液进行磁化预处理，研 究了磁化预处理对微细粒赤铁矿和石英浮选效果的影响。结果表明，磁化水和磁化药剂均能显著提高微细粒赤铁 矿的浮选回收率，且对石英有一定的抑制作用。在 pH=9、磁场强度 400 mT 时磁化水 7 min，赤铁矿浮选回收率最高 达到 83.15%，比未磁化时提高了 10.79 个百分点；在 pH=9、磁场强度 100 mT 时磁化药剂 7 min，赤铁矿浮选回收率最 高达到 80.14%，比未磁化时提高了 7.78 个百分点，说明磁化水对赤铁矿浮选的影响要大于磁化药剂。通过对磁化 处理前后赤铁矿表面的 ζ 电位测定发现，磁化处理后的赤铁矿表面的 ζ 电位绝对值增大，说明磁化处理可以促进油 酸根在赤铁矿表面的吸附。红外光谱分析结果表明，磁化处理可以增强油酸根在赤铁矿表面的物理吸附和化学吸 附作用。通过对矿物表面质点反应的热力学计算可知，经过磁化处理有可能会促进 Fe3+与 Ol-反应正向进行，使赤 铁矿表面吸附更多的油酸铁从而增加赤铁矿的可浮性。

纳米气泡在鞍山式铁矿反浮选中效果探索

徐冬林, 陶东平, 吴中贤, 侯 英

2020, 49(08):  83-90. 

摘要 ( 167 )   PDF (1885KB) ( 293 )  

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纳米气泡已被大量研究证实可有效提高微细颗粒尤其是难浮微细颗粒矿物的浮选效果。但是，以往 的纳米气泡浮选研究主要集中在正浮选（泡沫产品为有价矿物）作业上，为考察纳米气泡对反浮选的影响，探索了 纳米气泡对鞍山式铁矿反浮选（泡沫产品为脉石矿物石英）的影响。针对鞍钢集团鞍千选矿厂的浮选给矿，进行了 实验室纳米气泡浮选与常规浮选的比较试验研究，详细考察了不同浮选条件下，尤其是多种不同药剂用量时纳米 气泡对浮选效果的影响。结果表明：纳米气泡浮选可显著提高精矿 Fe 品位和回收率，同时降低药剂消耗量，改进 的效果取决于药剂用量条件。典型指标是纳米气泡浮选与常规浮选相比在精矿铁品位为 67% 时一段浮选可将铁 回收率从 68% 提高至 84%。讨论了纳米气泡强化浮选的机理，提出空化产生的纳米气泡在疏水性石英颗粒表面优 先生成并引发的疏水性团聚是改善微细粒矿物分选的主要途径。

硫氰酸钠在难处理金矿浸出中的应用

朱一民, 周振亚, 张 凛, 谷晓恬, 韩跃新

2020, 49(08):  91-96. 

摘要 ( 447 )   PDF (3653KB) ( 286 )  

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由于传统氰化浸金方法因为环保问题被限制使用，对于高效环保浸金药剂的研究受到越来越多的关 注。硫氰酸盐作为一种选择性强、低毒性的浸金药剂，众多选冶工作者对其进行了研究。以硫氰酸钠为浸金药剂， 对加拿大赫姆洛矿区金品位为 3.39 g/t 的石英脉型金矿石进行浸出处理。试验结果表明，矿石磨至-45 μm 含量 85% 并在 700 ℃下焙烧 1 h 获得焙砂，焙砂在硫氰酸钠用量 3 kg/t、液固比 4 mL/g、浸出温度 45 ℃、过氧化氢用量 0.9 mL、pH 值 11.5、浸出时间 24 h 的条件下进行浸出，能得到金浸出率 90.52%、浸出渣金品位 0.33 g/t 的指标。同时，硫 氰酸钠作为浸金药剂时毒性远比传统氰化物要小，因此硫氰酸钠是一种高效环保的金矿浸出药剂。

陕西某难处理金矿预处理—浸出试验研究

孙 敏, 谷晓恬, 朱一民, 孙 升, 韩跃新

2020, 49(08):  97-101. 

摘要 ( 188 )   PDF (1781KB) ( 300 )  

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针对陕西山阳某难处理金矿中硫化物包裹金及碳质物“劫金”现象导致金浸出率低的问题，使用二氧 化氯作为氧化剂，实验室自制复配表面活性剂 DS-1 作为碳质物抑制剂，DS-5 作为浸出剂对该难处理金矿进行预 处理—浸出条件试验。结果表明：在磨矿细度-23 μm 含量 80%，使用二氧化氯 0.6 kg/t 预氧化 1 h，预氧化后试样在 碳质物抑制剂 DS-1 用量 4.5 kg/t、碳质物抑制预处理时间 0.5 h、预处理温度 30 ℃条件下进行碳质物抑制预处理，预 处理后矿样在浸金药剂 DS-5 用量为 5 kg/t，矿浆 pH=11.08，液固比 3 mL/g 以及浸出时间 48 h 的条件下浸出，最终金 的浸出率为 49.30%，相比于原矿在该条件下直接浸出的浸出率 9.29% 提高了 40.01 个百分点。

贵州某铝土矿浮选脱硫脱硅试验研究

刘安荣, 彭 伟, 刘洪波, 王振杰

2020, 49(08):  102-106. 

摘要 ( 173 )   PDF (1739KB) ( 303 )  

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贵州某高硫高硅铝土矿 Al2O3含量为 58.36%，S 含量为 1.85%，硅含量为 11.37%，铝硅比为 5.13，属典型 的高硅高硫铝土矿。为给该矿石开发利用提供依据，进行了浮选试验。结果表明，在磨矿细度为-0.074 mm 含量 76.18% 条件下，以 Na2CO3为调整剂，CuSO4·5H2O 为活化剂，无机高分子聚合硅酸盐为抑制剂，PG-20 为脱硫捕收 剂，胺类混合捕收剂为脱硅捕收剂，2#油为起泡剂。采用 1 粗 2 精 2 扫闭路流程处理，可得到 Al2O3含量为 64.68%、S 含量为 0.2%、SiO2含量为 8.96%、铝硅比为 7.22、Al2O3回收率为 84.92% 的铝土矿精矿，脱硫率达到 91.67%，铝硅比提 高了 2.09。该方法可为此类型铝土矿的开发和利用提供理论支持和借鉴。

海南石碌铁矿石工艺矿物学研究

韩文杰, 李艳军, 李文博, 朱一民

2020, 49(08):  107-113. 

摘要 ( 204 )   PDF (7194KB) ( 274 )  

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随着矿山开采年限的增加，近年来海南石碌铁矿的品质有所下降，该矿目前采用的选别工艺可获得 铁品位约 62.5%、铁回收率仅为 65% 的精矿，造成铁矿资源的浪费，经济效益一般，亟需依据该矿山新采出矿石的 禀赋特征研发创新性和颠覆性技术，形成高效开发利用方案，为海南石碌铁矿的高效开发与利用提供技术支撑。 通过化学分析、X 射线衍射分析、光学显微镜等分析手段对海南石碌铁矿进行了工艺矿物学研究。结果显示：矿石 TFe 品位 40.53%，铁主要以赤铁矿形式存在，其次为磁铁矿；有害元素 S 含量较高，为 1.32%，主要赋存于黄铁矿中； 主要脉石矿物为石英。矿石结构主要表现为赤铁矿和磁铁矿的自形晶结构，磁铁矿和黄铁矿的半自形晶结构，两 种及两种以上矿物之间交代结构、包含结构等。矿石主要呈浸染状构造、块状构造和条纹状构造产出。矿石中赤 铁矿和磁铁矿嵌布密切，较难解离，同时部分磁铁矿与赤铁矿中分布细粒脉石矿物，难以分离。黄铁矿粒度细小， 与磁铁矿和赤铁矿嵌布密切，易混入精矿，影响精矿质量。根据矿石工艺矿物学研究结果，依据当前难选铁矿石高 效选别新技术研究进展和矿石禀赋特征提出了脱硫—预富集—焙烧—细磨磁选的工艺流程。

某低品位金矿半工业性浮选柱探索试验研究

熊召华

2020, 49(08):  114-118. 

摘要 ( 144 )   PDF (1952KB) ( 273 )  

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针对青海某高含泥微细粒浸染型含砷、碳低品位金矿粗选回收率低、流程冗杂、尾矿细粒级金损失严 重的问题，在原矿工艺矿物学研究和工艺考察的基础上，开展了半工业性浮选柱探索试验研究。结果表明：采用浮 选柱粗选，常规浮选机 1 精 1 扫浮选联合工艺，可获得最终精矿金品位 27.31 g/t、综合回收率 80.32 %的试验指标。 该生产工艺对国内同类型矿山精简流程、强化细粒级回收效果具有一定的借鉴意义。

万家坪锰矿地质地球化学特征及找矿远景

刘大勇, 彭桥梁, 苏 特

2020, 49(08):  119-128. 

摘要 ( 132 )   PDF (3461KB) ( 273 )  

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万家坪锰矿位于江南古陆南缘，湘中印支褶皱带东北端，属“大塘坡”式海相沉积变质改造型锰矿床。 矿床虽被发现多年，但边深部找矿尚未取得较好的成果。通过对矿区以往勘查资料的整理及野外地质调查，结合 采样分析测试，从地层岩性、岩相古地理、氧化—还原条件及热液活动等方面入手，对矿区矿床地质特征、地球化学 特征和控矿因素进行了深入分析和总结。研究表明：①锰矿床的形成与海相碎屑沉积密切相关，Fe、Mn 在成矿过 程中分离非常彻底，在成矿过程中有大量热水注入；②矿床形成时为弱氧化—氧化的沉积环境，Mn 2 + 与 CO 2 3 - 并非 直接结合沉淀形成菱锰矿，而是先以锰的氧化物或氢氧化物沉淀后，在后期缺氧且富含有机质的成岩改造过程中 逐渐转化形成；③矿区具有较好的成矿地质条件，通过类比邻近的湘潭锰矿，并结合矿区最新勘查成果，预测矿区 深部有较好的找矿潜力，值得进一步开展深部找矿工作。

基于多光谱遥感的矿区积水区水深反演

吴 双, 武瑞杰, 吴 侃, 王 瑞, 周大伟

2020, 49(08):  129-135. 

摘要 ( 293 )   PDF (2177KB) ( 297 )  

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采煤沉陷区积水会严重影响到矿区周围的生态环境和生产工作，为定量获取淮南潘一矿沉陷区的积 水深度，基于多光谱遥感数据对沉陷区积水深度的反演方法进行了研究。首先选择两期 Landsat 5 卫星遥感影像进 行辐射定标和积水区水体提取等预处理；然后基于像元绝对辐射亮度值与 2005 年研究区水深实测值，分别选取单 波段模型、双波段比值模型进行建模分析，在此基础上，选择拟合优度最高的影响因子建立多波段模型并进行模型 改进；最后将 2010 年反演结果与矿区沉陷预测预报系统（MSPS）软件计算的水深值进行对比分析。结果表明：改进 后的水深反演模型拟合优度达到 0.9 以上，且 2005 年潘一矿沉陷区积水深度反演值与实测值相比平均绝对误差为 0.21 m，平均相对误差为 10.92%；2010 年该区域水深反演值与预计值的平均绝对误差为 0.63 m，平均相对误差为 15.24%，二者差值呈正态分布，可以达到相互验证的目的。研究表明：利用多光谱遥感影像可以得到精度较高（误 差在分米级）的水深反演模型，在一定程度上满足工程需求，可以为矿区生态环境治理和评价提供可靠依据。

采煤塌陷积水区面积无人机采集方法

迟臣鑫, 陈伟强, 朱鹏程, 查剑锋, 殷和健, 马晨阳

2020, 49(08):  136-141. 

摘要 ( 166 )   PDF (2003KB) ( 270 )  

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近年来，采煤塌陷引起的积水区面积呈现逐年增加的趋势，现阶段采煤塌陷积水区面积常用的计算 方法多为 RTK 实测法和遥感法，对于中小区域的采煤塌陷积水区面积计算具有工作量大、时效性差等不足，精准 计算中小区域的采煤塌陷积水区面积对于积水区生态修复、经济赔偿及安全防护工作具有重要意义。为此，提出 了一种基于无人机影像的采煤塌陷积水区面积获取方法。在分析常见影像噪声的基础上，通过分析对比现有去噪 方法的优势和局限性，提出了耦合高通滤波和中值滤波的去噪方法；通过 4 种阈值选取方法的实例对比分析，采用 三角法确定采煤塌陷积水区影像二值化的阈值；提出了依据轮廓坐标点的精度来评估面积计算精度的方法。依据 所提的采煤塌陷积水区面积计算方法，计算了某矿附近采煤塌陷积水区的面积，并与 Pix4Dmapper 软件和 RTK 实测 法获取的面积值进行了对比验证。结果表明：耦合滤波方法可较好地去除无人机影像的噪声点，在此基础上计算 的采煤塌陷积水区面积与其余两种方法的计算结果的相对误差优于 6%，精度较好，为采煤塌陷积水区生态修复等 工作提供了可靠依据。

矿用刮板输送机的模糊 PID控制调直方法研究

吴新佳

2020, 49(08):  142-146. 

摘要 ( 222 )   PDF (2006KB) ( 270 )  

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为了提高矿用刮板输送机的直线度，降低其运输阻力，提出一种矿用刮板输送机布置角度与形态解 析算法，同时搭建模糊 PID 算法。将中部槽连接耳处空隙误差与各段矿用刮板输送机之间通过哑铃销连接的误差 结合，由数学模型计算出各液压支架对刮板机进行推溜所需要的流量，通过模糊算法与 PID 的输出进行融合计算， 实现了模糊 PID 算法对液压缸工作时间的调整，并通过 MATLAB 2018a 与 LMS-Samtech 进行调直效果的仿真。所 有试验中的平均偏差均较小，不超过 5 mm，证明了本研究中模糊 PID 控制调直方法能较好地实现了矿用刮板输送 机的调直效果。研究结果为综采面的全面自动化提供了前期研究，同时对于降低因刮板机直线度偏差过大造成的 事故具有积极预防意义。

矿用自卸车车架疲劳失效试验与研究

关丽坤, 邓明胜, 朱海平

2020, 49(08):  147-150. 

摘要 ( 171 )   PDF (2741KB) ( 262 )  

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针对某型矿用自卸车车架在使用过程中存在焊缝边开裂现象，进行车架焊接材料的疲劳试验研究。 借助 SDS1 000 kN 电液伺服疲劳试验机对 HG70 钢材进行 6 组疲劳实验，直至试件完全断裂为止，实验结果与某型 矿用车车架疲劳破坏位置基本相符。结果都是焊缝周边 2～3 cm 处出现开裂现象，而非焊缝出现开裂。由此考虑 是焊接过程中散热不及时产生热影响区的原因，使得材料回火软化，影响材料的机械性能。使用金相显微镜对低 合金焊接钢 HG70 的母材和热影响区的微观组织进行对比，发现确实存在回火软化区。通过扫描电镜对断口扫描 找到疲劳源和开裂方式，表明焊接过程存在问题，为增加车架的疲劳强度，对焊接方式提出改进意见。

对称双进口旋流器流场特征及分离性能

张悦刊, 葛江波, 刘培坤, 杨兴华, 魏庆施

2020, 49(08):  151-157. 

摘要 ( 257 )   PDF (4753KB) ( 296 )  

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传统单进口旋流器存在流场不稳定、分离精度低等问题。创新旋流器结构、优化流场性能、提高分离 精度是当前旋流器应用的迫切需求。为了解决传统单进口旋流器对流场冲击大而引起的流场波动不稳定问题，提 出了一种对称双进口旋流器结构型式。采用数值模拟方法，通过 RSM 湍流模型、VOF 和 Mixture 多相流模型，对两 种进口结构的旋流器流场特征及分离性能进行了对比研究，结果表明：对称双进口旋流器的零速包络面和旋流流 场更加均匀，可以为颗粒迁移运动创造更加稳定的分级、分选条件；对称双进口旋流器流场静压、湍动能、轴向速度 和切向速度比传统旋流器均有不同程度的提高，其中对分离起主导作用的切向速度最大值提高了 16.90%，有效增 大了离心强度，强化了分离效果；入口速度为 7.5 m/s 时，10 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 4.82 个百 分点，15 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 11.34 个百分点。研究结果对丰富旋流器结构型式，进一步 提高旋流分离性能具有一定的指导意义。

基于向量投影加权响应面法的边坡可靠度分析

盛建龙, 彭宗桓, 叶祖洋

2020, 49(08):  158-163. 

摘要 ( 224 )   PDF (1945KB) ( 272 )  

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对于复杂的岩土结构而言，功能函数常表现为高度非线性隐式函数，响应面法成为刻画真实功能函 数的重要方法。在向量梯度投影选择取样点的同时，对各取样点的重要性程度进行评估，并通过构造加权系数矩 阵实现对响应面函数的拟合修正。将加权回归思想与向量投影取样相结合，并采用所得实验点拟合极限状态方 程，为解决含有隐式功能函数的工程问题提供一种高效方法。以 2 个边坡为例研究所提方法的可靠性，结果表明： 与传统响应面法相比，该方法具有效率快、精度高等优势。此外，研究了所提方法中相关参数的取值，增强了该方 法的实用性。

基于微震的地压灾害预警体系构建与应用研究

郭晓强, 王 果, 唐绍辉, 皇甫风成, 栗盼平, 钟志强

2020, 49(08):  164-171. 

摘要 ( 190 )   PDF (2090KB) ( 260 )  

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为了研究阿舍勒铜矿深部开采中面临的地压灾害问题，结合现场实际与采动影响下岩体活动致灾模 式，基于现场微震监测的有效事件库，进行了时空强微震活动性因素分析。选取了多种物理意义清晰、数学模型明 确的分析因素：时间因子方面的活跃期与时序集中度 Q 时，空间因子方面的活跃区域与震中集中度 Q 空，定量地震学 因子方面 b 值、βn值、η 值、CUFIT 模型。结合现场微震数据库对各参数的分析，总结了各因素的高低值、趋势特征 及其揭示的地压活动性规律与预警特征：时序活跃期、Q 时高值，空间活跃区域、Q 空低值、低 b 值、高 βn值、高 η 值， CUFIT 模型符合急剧积累至高值后呈下降趋势都表征现场地压显现可能性较大。在此基础上，综合考虑多项时 间、空间、定量地震学参数的预警因素，构建了基于微震的地压灾害预警体系，通过综合判定函数 F 与各因素相关 性及其预警方法进行了现场实际应用，预警效率高、应用效果好。

基于微震技术的矿山地压活动监测及预警研究

张尔辉, 朱权洁, 缪华祥, 高林生, 晁海杰, 张 震

2020, 49(08):  172-181. 

摘要 ( 127 )   PDF (5273KB) ( 265 )  

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针对传统微震监测系统安装复杂、监测范围有限、定位精度低、处理速度慢等问题，利用一种新型的 微震监测系统（KJ549 微震监测系统）进行了矿山动力灾害（岩爆等）监测预警研究。以山东某金矿 19 中段（-590 m）和 20 中段（-630 m）为例，结合深部地压活动现状与现场施工状况，在两个中段各布置了 6 个检波器，实现了对 整个待采区的全范围、实时、连续监测。基于高精度微震定位，实现了对微震数据的多维度展示和统计分析。同 时，结合试验现场地质与采掘活动情况，对潜在危险区域进行了圈定和危险等级划分，并提出了应对措施。研究表 明：该矿受采掘、爆破、行车等采矿活动的影响，10 号线西穿脉到 34 号线西穿脉范围内有 4 个高危险潜在区域，这 些区域应作为重点关注区域，针对高危险潜在区域，应加强监测和现场巡查，及时发现问题、解决问题。研究成果 为该矿解决了地压监测困难等实际生产问题，为矿山人员和设备提供了安全保障，并且验证了 KJ549 微震监测系 统在矿山地压监测中的适用性，对于实现矿山动力灾害监测预警具有一定的参考价值。

基于 Rhino-Griddle-Flac3D的矿体建模与 地表稳定性分析

石满生, 许 威, 张美道,

2020, 49(08):  182-187. 

摘要 ( 192 )   PDF (4720KB) ( 305 )  

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为探究天億矿业地下开采对地表稳定性及相临银海矿业的影响，提出“Rhino-Griddle-Flac3D”三维数 值建模方法，建立天億矿业、银海矿业矿体与围岩模型。根据天億矿业和银海矿业排采计划，选取最具代表性的 4 种工况进行数值模拟计算和对比分析，结果表明：① 天億矿业和银海矿业开采，对地表稳定性无显著不利影响；② 采用全尾砂胶结充填对地表稳定性改善效果显著。研究成果为 Flac3D 构建大型复杂矿体模型提供一种可行方 法，也为天億矿业开采是否影响地表稳定性提供理论支撑。

重复采动地表移动变形规律分析

叶 伟, 徐良骥

2020, 49(08):  188-194. 

摘要 ( 136 )   PDF (3746KB) ( 280 )  

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淮南矿区某矿 11123 工作面位于高潜水位矿区，因重复采动影响地表形成了大面积沉陷水域，给地表 移动变形观测站的建立造成较大困难，并且地表移动变形较初采工作面复杂。综合分析了 11123 工作面地表水文 环境和地质采矿条件，建立了重复采动条件下工作面地表移动变形观测站。通过全面观测建立了观测站与矿区的 相对控制网系统，准确获取了观测站控制点的高程和平面坐标，为后期进行日常观测提供了精准的点位三维信息 平差基准。根据日常观测中每一期观测站数据计算了 11123 工作面观测站 3 号倾向观测线的倾斜变形和曲率变 形，从而根据两种变形曲线的特征点获取不同时期的拐点位置。并对日常观测中发现的地表采动裂缝进行了 3 个 阶段的实测，采用钢尺量距法测量裂缝长度和宽度，通过改进前人采用的石灰浆作为追踪剂，采用石灰喷雾作为追 踪剂开挖实测裂缝深度。利用拐点位置动态移动规律验证了地表实际调查裂缝的动态发育规律。研究表明：采用 石灰喷雾作为追踪剂实测裂缝深度，可以防止开挖中石灰浆发生渗透造成测量误差大的问题；根据 3 号倾向观测 线拐点从最初位于 MS59 点附近逐渐转移到 MS56 点，可知 MS56~MS59 点之间的拉伸变形区逐渐变为压缩变形区， 位于先拉伸后压缩变形区间的裂缝也呈现出由产生到发育再到闭合的动态演变过程。

某金矿尾矿库排水隧洞竖井段的优化设计

刘明生, 王睿齐

2020, 49(08):  195-198. 

摘要 ( 207 )   PDF (1425KB) ( 275 )  

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按环保要求，金矿尾矿库需实施清污分流的措施。某金矿尾矿库上游汇水面积大，雨季洪水量集中， 洪水导排设施结构复杂。通过对拟建库外排洪系统开展水工模型试验，复核及验证了设计的合理性。以大量实测 数据为基础，优化了设计方案。采取在竖井进口设置分流墩的措施，改变水流入井条件，减少水流直接冲击井壁的 范围，降低水流冲击竖井井壁造成的水浪高度，从而改善水流对竖井的脉冲，提高竖井消能，降低下接隧洞洞身出 现脉冲水浪的高度，确保排洪系统安全平稳地运行。对类似设施提供了值得借鉴的工程经验。

喷浆支护掘进工作面降温方案研究

谭星宇, 廖文景, 谢贤平, 谭星宇, 廖文景, 谢贤平

2020, 49(08):  199-203. 

摘要 ( 191 )   PDF (2008KB) ( 256 )  

相关文章 | 计量指标

为了制定可靠的喷浆支护掘进工作面降温方案，采用数值模拟的方法对降温方案的降温效果进行分 析研究。在分析影响矿山喷浆支护掘进工作面温度主要因素的基础上，结合工程实例，制定 3 个降温方案，分别为 优化支护、增加风量和优化支护+增加风量方案。然后，运用 ICEM CFD 软件建立喷浆支护掘进工作面模型，模型 网络划分采用非结构网格，网格数量约 80 万个；采用 Fluent 软件进行掘进工作面现状及各降温方案模拟，通过将掘 进工作面现场实测与现状模拟对比，验证了数值模拟的可靠性；分析降温方案数值模拟结果，选定方案三（优化支 护+增加风量方案）为掘进工作面降温方案。

山西省矿山环境恢复治理年度监测与分析

郭玉斌, 高牧寒, 杨义炜

2020, 49(08):  204-208. 

摘要 ( 205 )   PDF (2840KB) ( 275 )  

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山西省是我国的能源大省，为我国的经济建设做出了巨大的贡献，同时经过多年的矿山开发，也给环境带来了极大的破坏，生态环境变得越脆弱，因此矿山环境恢复治理迫在眉睫。在国家生态文明建设的进程中，山西省的矿山生态环境修复治理投入了大量的人力和财力，使得山西省的矿山环境恢复治理取得了一系列成效，生态环境得到有效改善。本项目通过遥感技术，利用 2017—2018 年度的卫星遥感影像，对山西省 2017—2018 年度新增的矿山环境恢复治理状况进行遥感监测，同时分析了不同矿种的新增恢复治理状况的空间分布特征及恢复治理后土地类型，并结合矿山环境恢复治理的现状，为后续的矿山环境生态修复提出了相关的治理建议，为矿政管理部门提供了可靠的决策依据。





钒尾矿泡沫混凝土的制备及性能研究

王长龙, 霍泽坤, 叶鹏飞, 张凯帆, 赵振红, 林 庚

2020, 49(08):  209-215. 

摘要 ( 224 )   PDF (3067KB) ( 305 )  

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为探究以钒尾矿为主要硅质原料制备泡沫混凝土的可行性，采用粒度分析法、强度测试、X 射线衍射 仪（XRD）和场发射扫描电镜（SEM）等测试手段，研究了钒尾矿的细度和掺量对泡沫混凝土性能的影响，并对钒尾 矿泡沫混凝土的水化产物和微观结构进行了分析。结果表明：当钒尾矿的比表面积为 768 m2/kg，掺量为 40% 时，产 品的 28 d 活性指数达到最高值 70.70%；28 d 抗压强度为 3.70 MPa，绝干密度为 592 kg/m3，满足《泡沫混凝土》（JG/T 266—2011）标准 A06、C3.5 等级的要求；标准养护条件下，泡沫混凝土制品的水化产物主要为 C—S—H 凝胶和 AFt； 参与体系反应后残余矿物相石英、正长石、方解石和脱硫石膏作为骨料存在于制品中。

通过地质聚合反应共同固结磷矿浮选尾矿与炉渣

吴 洁, 饶 峰, 印万忠

2020, 49(08):  216-220. 

摘要 ( 87 )   PDF (2690KB) ( 258 )  

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根据磷尾矿综合利用现状，提出了利用地质聚合反应综合利用磷矿浮选尾矿和炉渣的研究思路。通 过碱热活化处理使磷尾矿具有了一定活性，煅烧温度 600 ℃时得到了机械性能最佳的磷尾矿基地质聚合物，分析 表明碱热活化处理的作用机理是硅铝酸钠的生成。加入高炉矿渣对磷尾矿进行了改性，当炉渣用量为 50% 时抗压 强度达到最大值 30.48 MPa，与不加炉渣时相比强度增加了 12.7 倍，借助 XRD、NMR、SEM、FTIR 分析表明添加高炉 矿渣促进了 C—（A）—S—H 凝胶的形成，从而增强了磷尾矿基地质聚合物抗压强度。