金属矿山

吴爱祥, 王勇, 张敏哲, 杨钢锋

2021, 50(01): 1-13.

摘要 ( 2548 )

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矿业是我国国民经济稳定发展与国家安全的重要支柱产业，为工业和农业提供了源源不断的原材料和辅助材料，是现代化经济体系中不可替代的基础产业。在国民经济快速发展的过程中，我国金属矿产资源供需矛盾凸显，虽然我国粗钢、10 种有色金属、黄金等产量连续多年位居世界第一，但铁、铜等大宗矿产原材料严重依赖进口。随着地表资源日益减少，地下矿山将是金属矿开采的主战场。鉴于金属矿山地下开采的研究现状，“深部开采”、“智能开采”、“绿色开采”将是我国金属矿山开采的三大发展方向。凿岩爆破、运输提升、岩层加固、膏体充填及远程遥控是目前金属矿山地下开采的五大关键技术，围绕这五大关键技术，系统综述了其发展历程及新进展。最后，对机器人采矿技术、流态化开采技术和超大型智慧矿山建设等金属矿山地下开采的前瞻性理论和技术提出了展望。新形势给矿业发展带来了新机遇，同时金属矿山正面临着“由浅至深、由易至难、由富至贫”的关键转型期，在理论、技术、装备等方面都面临着全新挑战。在机遇与挑战并存的情况下，亟需不断开拓创新、持续科技攻关，突破关键技术瓶颈、自主研发核心装备，安全、经济、高效、环保、智能地开发矿产资源，保障我国金属矿产资源安全。

面向膏体充填尾砂浓密的絮团结构研究进展综述

李翠平, 陈格仲, 侯贺子, 颜丙恒

2021, 50(01): 14-23.

摘要 ( 1010 )

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膏体充填的技术难题之一是如何在尾砂浓密环节制备出浓度稳定、适宜的底流，从而满足后续工艺环节的需要，以期为矿山安全高效生产提供技术保障。但实际工程中尾砂浓密的底流浓度常常不稳定，基于国内外尾砂浓密领域的最新研究进展发现，底流浓度除了受浓密工艺的宏观因素影响外，根本原因取决于浓密脱水过程中的絮团微细观结构。为此通过综述国内外浓密中尾砂絮凝、尾砂絮团结构改变、絮团水含量变化、床层孔隙通道发展演化以及压密区脱水等方面的研究进展，系统分析了浓密中外界条件对絮团结构变化的作用机理，絮团结构形态影响絮团水含量变化的致因，压密区絮团水与床层孔隙通道对底流浓度的影响，得出絮凝条件决定絮团结构的初始形态，沉降区流体剪切力、压密区尾砂床层压力以及耙架剪切作用改变絮团结构状态，絮团水含量伴随絮团结构状态改变而变化、并经床层孔隙通道排出，提高了浓密机底流浓度。进而基于国内外研究进展深入探讨了絮团结构改变对尾砂浓密脱水的微细观作用，提出了尾砂浓密脱水目前存在的问题以及未来发展的趋势。

钨矿浮选化学及其实践

孙伟, 卫召, 韩海生, 高志勇, 王建军, 王若林

2021, 50(01): 24-41.

摘要 ( 600 )

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钨是重要的战略金属，对于保障国防安全、资源安全和战略新兴产业发展具有重要意义。钨矿浮选化学的发展解决了复杂钨矿浮选分离的一系列关键瓶颈问题，为我国复杂白钨矿和黑白钨伴生资源的高效清洁开发利用提供了重要支撑。从浮选化学的角度，综述了钨矿浮选药剂及浮选工艺的研究现状及进展，建立起了钨矿地质成矿机理、晶体化学和溶液化学特性等与钨矿浮选药剂和新工艺的设计开发之间的联系。在钨矿石地质成矿过程中，萤石等含钙矿物通常都会与钨矿物紧密伴生，这使得白钨矿与萤石、方解石等含钙脉石矿物的浮选分离成为白钨矿浮选中几乎不可避免的难题；含钙矿物的晶体结构和界面性质的微观差异为其高精度浮选分离提供了可能，改性脂肪酸、阳离子捕收剂、螯合捕收剂、金属配合物浮选药剂以及浮选药剂界面组装等基本实现了含钙矿物间的浮选分离；其中，基于金属配合物浮选药剂的黑白钨常温混合浮选技术取得了一定的突破，取代了“彼德罗夫” 加温精选工艺，简化了浮选工艺流程，大幅提高了黑白钨共伴生资源的综合回收率。总结而言，钨矿地质成矿机理、晶体化学和溶液化学特性等决定了钨矿浮选分离的难度，同时指导了钨矿浮选药剂和新工艺的设计与开发，为复杂难处理钨资源的高效清洁利用提供了强有力的支撑。

矿物基因浮选的研究现状

印万忠, 唐远

2021, 50(01): 42-54.

摘要 ( 369 )

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传统的矿物浮选技术研究缺乏对矿床、矿石和矿物等基因特性的系统研究和总结，因而产生了长周期、高成本的低效研发模式。基因浮选理念的提出有助于实现对矿物浮选技术研究方法的优化，为“基因矿物加工”理论的不断深入奠定了基础。综述了矿物浮选过程中的典型矿床理化特征、矿石结构构造以及矿物晶体结构等主要基因特性与矿物浮选的关系，介绍了矿物浮选过程中的数据挖掘与建模研究进展，阐明了基于大数据的浮选工业应用是技术目标。通过对矿床、矿石和矿物等基因特性与矿物浮选关系的分析，指出矿床成因差异、矿石构造特性以及矿物晶体化学性质等直接影响着矿物浮选行为及其分离特性。利用现代信息技术对矿物浮选研究的科研数据进行收集、处理和分析将有助于实现矿物浮选领域的突破性发展。最后，针对基因浮选在矿物加工行业中的应用提出了相关建议。矿物基因浮选的系统研究，有助于为不同矿石的浮选分离技术及其工艺流程的快速、精准制定提供依据和数据支撑，并将对浮选试验研究及其工程转化的模式创新产生较大影响，丰富了基因矿物加工工程的理论和思路。

半导体式矿业安全用气体传感器的制备及其应用研究进展

沈岩柏, 李国栋, 郝福来, 周鹏飞, 赵思凯

2021, 50(01): 55-70.

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CH4、H2S、NOx、SO2、CO、H2等矿业有毒有害气体是造成矿山安全事故的主要原因之一，直接危害员工的身体健康和企业的财产安全，因此对其提前感知和主动预警对矿业安全具有十分重要的意义。气体传感器是一种能够检测目标气体的种类及浓度，并将其以电信号进行输出的器件，其中半导体式气体传感器具有响应快、灵敏度高、性能稳定、结构简单、成本低等特点，在气敏研究领域获得广泛关注，且在实际应用中占比最大。半导体式气体传感器已被成功应用于瓦斯气体的检测，近年来也被应用于监测其他矿业有毒有害气体。介绍了半导体式矿业安全用气体传感器的工作原理、结构及主要性能参数，阐述了模板法、水热法、溶剂热法、气相反应法、固相反应法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、微波辅助法等主要的气敏材料制备工艺和目前研究进展，分析了微观结构调控、贵金属掺杂、构建异质结三种提升半导体材料气敏性能的主要途径，阐述了矿业有毒有害监测用气体传感器的研究现状，并指明室温响应、高性能、可穿戴气体传感器是未来矿业安全用气体传感器的研究重点。高性能半导体式气体传感器的研究和推广，对矿产资源勘探及开发过程中产生和排放的有毒有害气体的检测、提高矿山及矿井安全生产、实现我国矿业资源开发的健康发展具有重要意义。

膨胀型浆体的膨胀材料若干问题研究进展

叶义成, 陈常钊, 姚囝, 王其虎, 崔旭阳, 黄兆云

2021, 50(01): 71-93.

摘要 ( 268 )

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弱层理面急倾斜岩层内巷道顶板层状岩体易产生“顺层滑移”破坏，利用膨胀型浆体对弱层理面进行注浆，产生“先挤后黏”的注浆加固效果，提高顶板围岩的强度和完整性，能较好地解决这一问题。针对膨胀注浆加固支护技术，提出了膨胀型浆体概念，分析了膨胀型浆体的膨胀作用机理。如何选择膨胀材料是配制膨胀型浆体的关键问题。通过对各类膨胀型材料的发展历程和国内外研究现状进行总结，论述了各类膨胀型材料的膨胀机理。从膨胀发育时间、体积膨胀率、力学强度、膨胀应力4 个方面分析了膨胀型材料的特性，选定HSCA-Ⅱ型静态破碎剂为膨胀源进行了膨胀型浆体配比试验、体积膨胀率试验、力学强度试验，分析了静态破碎剂-膨胀型浆体的膨胀发育时间、体积膨胀率和力学强度特征。研究表明：随着静态破碎剂掺量增大，静态破碎剂-水泥新型膨胀型浆体的抗压强度减小，膨胀发育时间延长、体积膨胀率增大；静态破碎剂-水泥新型膨胀型浆体的膨胀发育时间合理、体积膨胀率较大、自身强度较高、膨胀应力能在支护岩体中提供挤压力，具有良好的工程应用意义。为实现良好的工程应用效果，后期还需要在膨胀材料优选及研发、膨胀型浆体膨胀机理、膨胀型浆体-岩体力学行为、膨胀型浆体膨胀—固化—流动耦合作用机制、膨胀型浆体协同支护理论与技术等方向开展大量的理论及试验研究。

岩石声发射Kaiser 效应研究现状及展望

赵奎, 项威斌, 曾鹏, 杨道学, 伍文凯, 龚囱, 杨贤达

2021, 50(01): 94-105.

摘要 ( 278 )

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由于原岩应力现场测量存在着施工困难、测量过程复杂、测量环境要求高等问题，通常只能利用较少的现场测量点获取地下空间区域的原岩应力信息，岩石力学与工程界一直在寻求相对简便易行的原岩应力测量方法。其中，岩石声发射Kaiser 效应是一种可以在室内测量原岩应力的重要方法。岩石声发射Kaiser 效应已有超过半个世纪的研究历程，至今尚未取得公认Kaiser 点的识别标准。系统归纳了国内外有关岩石声发射Kaiser 效应产生机制、Kaiser 效应点识别方法以及Kaiser 效应影响因素等方面的主要研究成果，并对上述研究成果进行了总结和讨论，着重探讨了岩石声发射Kaiser 效应的产生机制及其微裂纹演化机制。在上述分析的基础上，提出了岩石声发射Kaiser 效应今后主要研究方向和内容，可为该领域的研究者提供借鉴和参考。

岩体崩塌灾害成因机制与早期预警研究综述

杜岩, 谢谟文, 蒋宇静, 陈晨, 贾北凝, 霍磊晨

2021, 50(01): 106-119.

摘要 ( 331 )

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作为我国常见的一种地质灾害，崩塌成因复杂，分布范围广，隐蔽性和突发性强，危害性大，其早期预警技术一直难以实现。通过对岩体崩塌灾害成因机理与预警研究总结得出，开展崩塌灾害发生的主控因素岩桥的定量识别与模糊评价，是未来岩体崩塌灾害预警预防的关键所在，而固有振动频率等动力学指标在岩桥损伤分析、危岩快速识别以及崩塌早期预警等方面具有明显的应用优势。此外，关注分离阶段及其分离破坏前兆是提高岩块体崩塌灾害早期预警时效性的有效手段之一，建立基于分离破坏前兆识别的岩体崩塌灾害预警方法并健全三位一体的监测预警指标体系可改变目前崩塌灾害被动预防的态势。与此同时还需同步开展国产高精度遥感振动监测技术装备研发，这是满足我国崩塌灾害早期预警核心技术创新发展与国家工程安全建设战略需要的必然选择。针对目前崩塌灾害早期监测预警研究中存在的五大技术瓶颈问题，提出了具体的应对策略和技术措施。最后得出系统开展脆性破坏灾害的早期监测预警体系研究并实现相关技术突破无论是在“一带一路”等工程安全需求方面，还是在全国地质灾害预警预防方面，都将具有极强的理论意义与应用价值。

金属矿山采场爆破尘毒防控技术研究进展及展望

金龙哲, 郭敬中, 李刚, 王天暘, 刘建国, 欧盛南, 巩琦, 王嘉莹

2021, 50(01): 120-134.

摘要 ( 288 )

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金属矿山爆破尘毒防控是加强企业环保意识与构建绿色矿山的重要途径，是实现矿业高质量发展的必然要求。为了系统研究金属矿山采场爆破尘毒污染问题与防控措施，从粉尘理化特性、水炮泥降尘、在线监测系统、云雾除尘等方面进行了综合评述。认为现阶段该领域研究存在的不足为：金属矿山尘毒基础研究投入不足，受重视程度不够；尘毒防控机理不完善；尘毒防控技术手段贫乏；尘毒危害分级监管、接触限值、检测方法等标准落后；矿尘监测设备精度不高；尘毒防控新技术、新装备推广应用力度不足。据此指出加强水炮泥降尘、云雾除尘、尘毒在线监测等技术研究，是现阶段缓解金属矿山爆破尘毒污染的有效措施。同时指出，今后研究的重点方向有：①开展典型金属矿尘理化特性与其润湿性之间的关系研究，为物理化学方法降解尘毒提供基础数据及技术支撑；②多组份水炮泥降尘消毒机理及配方优化研究，从源头上减少尘毒产生量；③巷道云雾除尘机理与参数优化研究，净化污染风流中的尘毒，减少排向地面的空气污染物；④研制高精度、多点连续测量、耐污染、使用寿命长的粉尘浓度检测技术和在线浓度监测装备，研发适用于工矿潮湿、冲击等复杂环境的高精度粉尘监控体系，实现粉尘监控自动化、智能化；⑤开展标准顶层设计与发展规划，完善粉尘监管强制性标准体系，加快标准的整合精减和“立、改、废”工作，提高标准的针对性和适用性；⑥注重一线作业人员实操技术培养，加强新技术、新装备在一线的适用性研究，加大新技术、新装备的推广应用，改善金属矿山的作业环境。

我国金属矿山采运过程典型作业场所粉尘污染控制研究现状与展望

蒋仲安, 曾发镔, 王亚朋

2021, 50(01): 135-153.

摘要 ( 329 )

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金属矿山粉尘污染对现场作业人员的身心健康影响较大，为进一步提高金属矿山粉尘污染治理技术，满足对粉尘控制更高层次的要求，保证一线作业人员与机械设备的安全，对金属矿山近年来粉尘危害现状及治理技术发展进行了评述。全面分析了金属矿山粉尘职业病自2001 年以来的发展状况及主要粉尘来源，并对现阶段粉尘治理技术中的通风除尘、喷雾降尘、泡沫及抑尘剂抑尘的机理和工作原理进行了分析。分析可知：现阶段金属矿山粉尘治理技术尚不完善，主要表现为对粉尘物化性质掌握不清晰、除尘设备智能性差、除尘系统不完善、除尘方式不环保等。针对典型作业场所粉尘污染控制技术研究现状存在的问题，从建立金属矿山粉尘理化性质数据库，构建机械化、自动化、智能化联合防尘控尘体系，研发粉尘防治新型装备以及研制高效、环保、经济的水炮泥与抑尘剂配方等4 个方面对金属矿山污染治理技术的发展方向进行了展望，以实现对金属矿山粉尘污染的有效控制。

我国金属矿山粉尘防治技术研究现状及展望

李刚, 吴将有, 金龙哲, 郭敬中

2021, 50(01): 154-167.

摘要 ( 405 )

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粉尘危害已经成为制约金属矿山生产安全、职业健康与环境的突出问题，金属矿山除尘大多采用湿式除尘和袋式除尘技术，现有的除尘技术虽然具有较高的除尘效率，但仍然存在阻力大、能耗高和应用效果不佳的不足，因而有必要对金属矿山粉尘防治技术进行深入思考。为了进一步改善矿山作业环境，提高安全清洁生产和职业健康水平，对国内外金属矿山粉尘防治技术进行了系统归纳和梳理，从通风排尘、密闭控尘、喷雾除尘、抑尘剂降尘、除尘器捕尘、幕帘隔尘等6 个方面，综合分析了金属矿山粉尘防治技术的研究现状及其适用场所，同时指出了现阶段金属矿山粉尘防治技术存在的主要问题，并阐述了金属矿山粉尘防治技术研究的发展方向。研究表明：我国金属矿山粉尘职业危害治理和防尘技术研究方面已经取得了显著进展，未来应结合金属矿山粉尘分散度高、粒径小以及高湿、高浓度等特点，以高效率、低能耗、小型化、智能化为要求，采取集有效控尘、雾化凝集抑尘、过滤除尘等于一体的综合防尘控尘技术手段，实现金属矿山特殊环境空间微细粉尘有效通风控尘除尘技术和装备研发的突破，为未来金属矿山粉尘的科学防治提供思路，为实现科学采矿、加快绿色矿山建设进程提供重要的理论和技术支撑。

石矿迹地生态修复技术研究现状与发展趋势

李富平, 贾淯斐, 夏冬, 王浩程, 刘鑫

2021, 50(01): 168-184.

摘要 ( 418 )

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石材作为一种重要的建筑和化工材料，其市场需求量十分巨大，但开采后形成的石矿迹地对矿区及其周边生态环境造成了严重破坏。因此，开展石矿迹地生态修复技术的研究工作，是建设绿色矿山的有效手段之一。在收集国内外采矿迹地生态修复相关技术成果的基础上，对石矿迹地岩质边坡坡面、作业平台、坑底、矿区道路、工业广场、排土场和开采境界周围受开采扰动区域的生态修复技术进行了归纳总结，重点分析了岩质边坡、排土场主要生态修复技术的优点与不足。认为未来需在低成本植生基材的研制与开发，植生基材—根系生长协同耦合调控机制，边坡表层裂隙化岩体—植物根系—植生基材整体稳定机理，排土场地裂缝监测、控制技术与植被配置模式，融合5G 技术的矿区节水适时灌溉养护技术等方面加强研究。为克服传统监测技术难以实现多通道、全区域覆盖的缺点，需将5G 技术、GIS、RS 有效结合，在人工智能技术支持下，对矿区立地条件、土壤墒情、适时灌溉养护系统工作状态、植物生长状况等多方面进行实时动态监测，并在此基础上进行修复效果评价，以实现生态修复一体化动态监测与评价指标体系建设。

我国地下矿山凿岩装备应用现状与凿岩智能化发展方向

吴昊骏, 纪洪广, 龚敏, 刘翔宇

2021, 50(01): 185-201.

摘要 ( 419 )

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数字化、智能化是凿岩台车等大型设备未来的发展趋势。为明晰国产凿岩台车的研究方向，结合我国地下矿山钻爆施工中凿岩台车的应用现状，定量对比评价了现场使用凿岩台车在钻孔精确度、钻孔效率、人员安全性、环保指标等方面的技术优势及问题。结果表明：使用凿岩台车钻孔，一般单孔凿岩时间为2~3 min，凿岩效率为同等条件下使用气动凿岩机钻孔的2~4 倍；配合合理的爆破手段，月进尺能提高50%~70%；现场使用凿岩台车时，面临机械性能和钻爆工艺不匹配、较气动凿岩机开挖超挖量大以及人员培训落后于实际需要等问题。在此基础上，总结了现阶段凿岩台车智能化发展进展。研究表明：通过补偿技术，国内一些钻孔定位平均定位精度在5 cm 以下，可满足施工要求；借助视觉辅助定位与导航方法、5G 技术及物联网等先进技术，能够实现少人化、无人化的作业目标。最后进一步分析了研发、推广国产凿岩台车面临的不足与挑战，总结并展望了国产凿岩台车的发展路线。

安徽省矿业科技进展、不足与展望——基于近10 年来矿业领域科技奖项数据

姚宁广, 徐芳

2021, 50(01): 202-212.

摘要 ( 243 )

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政府类科学技术奖是评价科学技术发展水平的重要指标之一，以2009—2019 年安徽省科学技术奖在矿业领域获奖项目为数据来源，对其获奖的特点进行了统计、分析，认为矿业科技进步与其行业发展息息相关且有滞后效应，企业为矿业类科研创新的主体，高校及科研机构创新能力不断加强。总结分析了近10 年来安徽省矿业领域在各个方向的科研创新成果，认为在矿山开采及矿山安全方向成果突出，特别是在深部资源开采及瓦斯、水害防治方面取得了巨大进步。在矿山环境保护及恢复治理方向发展较为迅速，在沉陷区生态损伤评价、水环境治理及土地恢复利用方面成果显著。通过对矿业领域科技进展进行总结，认为其发展仍存在诸多问题：矿产资源开发自动化水平低，现代安全监测技术应用有待加强；资源回收率低，废弃矿山资源回收能力有待提升；资源环境协调发展面临挑战。同时指出，未来矿业领域的主要创新方向为：以少人化、无人化为目标，涉及生产、运营、决策全体系智慧矿山建设研究；针对深部资源、低品位资源及伴生资源的选矿、采矿、冶炼技术的研究，提高矿产资源的开发利用水平；开展矿山全生命周期的矿山环境破坏防治及环境恢复治理研究，实现矿山减损、无损开采；加强关闭矿井资源及空间开发利用研究，实现关闭矿井资源及空间的可持续开发利用。上述分析可为矿山产业政策制定与决策及矿业领域未来科研方向提供重要的数据支撑及参考。

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