金属矿山

专辑特约主编寄语

孙伟

2021, 50(06): 1-1.

摘要 ( 157 )

PDF (579KB) ( 439 )

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钨具有一系列优异的力学性能，在优质钢的冶炼和硬质钢及合金的生产方面具有不可替代的作用，被广泛应用于军工、民用、工业等各个领域，素有“工业牙齿”之称，被列入国务院批复的24种战略性矿产目录。钨矿作为我国的优势战略矿产资源，其清洁高效开发与利用已经成为保障国家资源安全、国防安全和战略新兴产业发展的重要需求。

浮选技术是复杂钨资源高效开发利用的关键技术之一，其本质是界面物理化学作用。钨矿浮选技术的进步依赖于对浮选化学的深入认识，涉及钨矿的地球化学、晶体化学、溶液化学、胶体化学、配位化学等诸多领域，其对新理论的建立和新技术的开发具有重要的意义。在国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划等重大项目的支持下，团队在钨矿浮选化学领域开展了数十年的基础研究和技术攻关，建立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技术开发之间的联系。在浮选新理论、新药剂和新工艺方面取得了一定的研究进展，并且在生产中得到应用。

专栏主要依托团队在钨矿浮选方面做的一些工作，阐明浮选化学在复杂矿产资源高效开发利用中的重要作用及其对新技术开发的指导意义。专栏内容相对聚焦，覆盖的范围不够全面，希望能够抛砖引玉，以丰富和促进浮选化学理论的进一步发展，为矿产资源的高效开发利用提供强有力的支撑。

在全体论文作者、审稿专家和编辑部同仁的共同努力下，“钨矿选矿专栏”即将交付出版。谨此向作者、审稿专家和编辑部同仁表示衷心的感谢和诚挚的敬意，我们将继续努力，为矿业工程的发展贡献一份力量。

钨矿成矿地球化学与钨矿浮选

付君浩, 韩海生, 孙伟, 卫召

2021, 50(06): 2-14.

摘要 ( 186 )

PDF (3265KB) ( 529 )

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钨矿作为一种战略矿产，是我国的重要优势资源。目前，浮选技术已经成为复杂钨资源分离提取的关键技术，浮选分离的可行性和效率取决于矿石的工艺矿物学特征，其与钨矿的地质成矿条件息息相关。从地球化学的角度，总结了我国钨矿成矿的特征规律及其与浮选的关系。钨成矿过程中强烈的花岗岩岩浆分异、高的氟含量以及围岩性质等都对钨的富集和矿化十分重要，决定着钨的迁移成矿及矿床类型。不同的构造—岩浆机制作用下形成了各具特征的不同类型矿床，如石英脉型白钨矿床、云英岩型白钨矿床以及矽卡岩型钨矿床等，这些不同类型矿床在脉石矿物类型和含量等方面存在巨大差异。根据矿床类型及特性，选矿工作者开发了一系列钨矿浮选技术，例如石英脉型脂肪酸常温浮选技术、云英岩型脂肪酸粗选—加温精选技术、矽卡岩型螯合捕收剂粗选—加温精选技术。特别是针对复杂高钙黑白钨混合钨矿资源的配合物捕收剂常温浮选技术，极大地提高了我国钨矿资源高效开发利用的水平。在钨矿浮选技术的发展中，钨矿地质成矿规律不仅决定着矿石的本质特性，同时也为浮选药剂和浮选技术的开发提供了新的解决方案和新思路。

白钨矿晶体化学及浮选现状

汪聪, 邓建, 王建军, 孙磊, 孙伟, 肖庆飞, 曹亦俊, 高志勇

2021, 50(06): 15-25.

摘要 ( 110 )

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白钨矿是国家战略性矿产资源。浮选是基于不同矿物表面物理化学性质的差异实现不同矿物之间彼此分离的方法，也是目前高效处理利用白钨矿的最主要方法。基于白钨矿的晶体（表面）结构，研究并总结了表面断裂键性质、解理及暴露面性质、表面（自由）能、润湿性、表面电性、吸附性等白钨矿的表面物理化学性质及其各向异性，归纳了晶体结构特征与表面性质之间的关系，分析了不同表面性质之间的关联，解释了白钨矿的分选原理。研究发现，表面断裂键密度（D_b）和表面能存在正相关性，（112）、（001）和（101）面是白钨矿最主要的暴露面，具有较小的D_b和表面能，其D_b大小关系为：（101）面>（112）面>（001）面，所以自然条件下（112）面和（001）面为主要解理和暴露面，（101）面则需要较大外力才能解理。Db越大，矿物亲水性越强，（112）面亲水性比（001）面更强。表面活性氧和钙质点及其断裂键差异可解释表面电性及吸附性的各向异性。表面Ca质点断裂键数多，反应活性高，与药剂结合能高且构型稳定，（001）面具有更高活性氧原子密度，可能通过氢键作用结合更多的OH-，导致更高的负表面电势。通过优化磨矿过程中的影响参数，可调控颗粒的高活性晶面暴露情况及颗粒形貌，暴露高活性的（101）面和（112）面，减少（001）面的暴露比例，强化白钨矿的浮选行为。研究结果对于强化白钨矿的浮选分离回收具有重要的指导价值。

钨矿浮选药剂设计与组装

王建军, 卫召, 韩海生, 孙伟, 高志勇, 向国源, 伍思回, 亢建华, 范瑞华, 蒋旭

2021, 50(06): 26-43.

摘要 ( 171 )

PDF (3365KB) ( 421 )

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钨矿主要包括黑钨矿和白钨矿，其中白钨矿是主要的钨矿物，也是非常重要的战略含钙矿物。但钨矿物与脉石矿物的分离，尤其是与萤石和方解石等常见含钙矿物的选择性分离仍是世界难题。许多文献侧重于对新药剂的报道，但缺乏对这些药剂进行有效归类和进一步的分析。因此，分析了钨矿浮选药剂设计与组装原理，较为详细地论述了钨矿浮选过程中最重要的两大类药剂—捕收剂（阴离子捕收剂、阳离子捕收剂、两性捕收剂和配合物捕收剂等）和抑制剂（有机抑制剂和无机抑制剂）的类型、吸附机理和应用，阐述了钨矿浮选药剂设计与组装规律，以期对钨矿物与脉石矿物的高效分离提供借鉴。通过总结现有钨矿分选药剂，提出了钨矿浮选药剂要根据钨矿物与脉石矿物表面物理化学性质差异（表面润湿性、表面电位、表面活性位点等）以及钨矿物自身表面性质各向异性（不同晶面的性质差异）进行有针对性地设计与组装。同时，提出了药剂的设计与组装要遵循一定的方法，包括亲固官能团、疏水链等的设计和组装以及相应捕收剂和抑制剂的协同应用，从而兼顾捕收性和选择性，使得钨矿物能与其他矿物更高效地分离。与其他捕收剂相比，含有特殊官能团的螯合和配合物捕收剂对钨矿物具有更好的选择性，但是成本较高，因此，可开发疏水性更强的螯合或者配合物捕收剂，如在铅-苯甲羟肟酸配合物基础上嫁接更疏水的阴离子捕收剂或者对苯甲羟肟酸进行改性，增强其整体疏水性和分选效率。与其他抑制剂相比，高效、环保的聚羧酸类抑制剂对方解石具有更好的选择性，但需同时添加对硅酸盐类脉石矿物具有良好抑制能力的水玻璃及其改性物。需要注意的是，尽管白钨矿与萤石和方解石表面的钙活性位点有一定的差异性，但未来新药剂的设计可以另辟蹊径，设计与白钨矿氧位点具有更好选择性的捕收剂官能团或者与萤石氟位点（方解石氧位点）具有更好选择性的抑制剂官能团，从而实现白钨矿与其他含钙矿物的分离。另外，对于钨矿物与脉石矿物的分离方法也不能仅局限于正浮选，开发合适的反浮选方法也具有重要意义。特别是方解石含量高的钨矿石或者钨精矿，通过采用抑制钨矿物然后预脱除方解石的方法实现钨矿物的回收或者钨精矿品位的进一步提升。

金属基捕收剂配体结构优化研究

卫召, 孙伟, 韩海生, 曹建, 王若林, 孙文娟

2021, 50(06): 44-51.

摘要 ( 118 )

PDF (2186KB) ( 424 )

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苯甲羟肟酸铅(Pb-BHA)配合物捕收剂在氧化矿浮选中得到了广泛应用，然而较大的药剂用量导致浮选成本较高，提高Pb-BHA在矿物浮选中的捕收能力势在必行。研究了Pb-BHA配合物捕收剂配体结构的优化，通过在苯甲羟肟酸分子苯基的对位引入给电子基团甲基合成一种新型捕收剂分子—对甲基苯甲羟肟酸（MBHA），以提高Pb-BHA对白钨矿浮选的捕收能力。通过浮选试验研究了Pb-MBHA在白钨矿浮选中的行为，结果表明Pb-MBHA在浮选中表现出比Pb-BHA更强的捕收能力和良好的选择性，在钨矿浮选中可以较大幅度地提高浮选回收率。量子化学计算表明，甲基的引入通过共轭效应增加了BHA分子氧原子活性位点的电子密度，使MBHA成为更强的电子供体，更容易与金属离子形成配合物。Zeta电位和XPS分析表明，Pb-MBHA在溶液中的电位更正，并且在白钨矿表面表现出更强的化学吸附作用。因此，通过在苯环上引入给电子基团可以提高Pb-BHA的浮选捕收能力，为金属基浮选药剂配体结构的优化设计提供了理论指导。

含钙矿物表面转化行为及其在浮选中的应用

王若林, 韩海生, 孙伟, 孙文娟, 卫召, 付君浩

2021, 50(06): 52-59.

摘要 ( 138 )

PDF (2371KB) ( 424 )

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含钙矿物是典型的半可溶性盐类矿物，其浮选过程中不可避免地存在着表面转化现象导致矿物表面物化性质甚至浮选行为发生变化，影响浮选药剂的选择性作用和矿物的选择性分离。矿物间的表面转化通常被认为是浮选的不利因素，但是其对浮选分离的有利影响却一直被忽略。研究了白钨矿-萤石-方解石和白钨矿-萤石-重晶石两个体系中矿物间的表面转化行为，并借助矿物的定向表面转化实现白钨矿与伴生脉石矿物的浮选分离。溶液化学计算表明：与白钨矿相比，萤石更容易在方解石和重晶石表面发生表面转化，使用萤石或氟化钠可以将方解石和重晶石表面选择性转化为CaF2或BaF2结构。Zeta电位、X射线光电子能谱及原子力显微镜检测结果也证实了萤石的表面转化在方解石及重晶石表面更明显、更剧烈。浮选试验结果表明，在萤石存在的条件下，采用Pb-BHA配合物捕收剂可以有效地实现白钨矿与方解石及白钨矿与重晶石的浮选分离。因此，在Pb-BHA配合物捕收剂浮选钨矿体系下，萤石可以作为方解石和重晶石等脉石矿物的天然抑制剂，通过将脉矿物表面转化为类似萤石的结构从而大幅提高分选效率。这一研究为半可溶性盐类矿物的高效浮选分离提供了新的思路和方法。

钨矿浮选工艺进展与实践

卫召, 孙伟, 韩海生, 王建军, 王若林, 亢建华

2021, 50(06): 60-72.

摘要 ( 216 )

PDF (2741KB) ( 441 )

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综述了钨矿浮选工艺进展与实践应用，介绍了钨矿浮选药剂和工艺的发展历程，重点阐述了脂肪酸浮选工艺、以螯合捕收剂为主的浮选工艺和金属-有机配合物浮选工艺这3种主要的钨矿浮选工艺。脂肪酸法包括常温浮选和“彼德洛夫”加温浮选，对白钨矿具有较强的捕收能力，其中加温浮选对矿石性质具有良好的适应性，在白钨矿浮选中应用最为广泛。螯合捕收剂浮选工艺以GY法为典型代表，对钨矿具有较高的选择性，可以实现黑白钨矿的混合浮选，在黑钨矿和黑白钨混合浮选中应用广泛。近年来兴起的金属-有机配合物浮选工艺以苯甲羟肟酸铅（Pb-BHA）作为捕收剂，对黑白钨矿都具有很强的选择性捕收能力，可实现黑白钨矿的常温短流程浮选，在黑白钨混合矿及单一白钨矿都实现了工业化应用，为复杂钨矿的高效浮选提供了解决方案。未来钨矿浮选工艺将继续朝着高选择性和清洁高效的方向发展，以实现钨资源利用效率最大化。

行洛坑钨矿配合物捕收剂黑白钨混合浮选新工艺生产实践#br#

李爱民, 卫召, 韩海生, 孙伟, 王若林, 杨美情

2021, 50(06): 73-79.

摘要 ( 161 )

PDF (2257KB) ( 425 )

相关文章 | 计量指标

宁化行洛坑钨矿黑白钨矿与含钙脉石矿物和硅酸盐矿物紧密共生，而传统的“GY法”浮选工艺中脂肪酸的使用严重制约了钨精矿品位的提高。研究了苯甲羟肟酸铅（Pb-BHA）金属-有机配合物捕收剂在行洛坑钨矿的应用，并依据矿石性质设计开发出“GY法粗选-离心机预精选-配合物法精选”的新工艺流程。新工艺在粗选段使用“GY法”浮选流程，确保钨粗选取得较高的回收率；而后粗精矿进入离心机初步富集钨精矿，将微细粒的含钙脉石矿物脱除；最后离心机精矿进入配合物浮选工艺流程中，采用基于配合物捕收剂的黑白钨常温混合浮选工艺进一步提升精矿品位，获得高品位钨精矿。实验室小型试验结果表明，配合物捕收剂对黑白钨矿具有极强的选择性，经过2粗2扫的闭路浮选流程，可以获得WO₃品位为40.22%的钨精矿、回收率为98.43%，且精矿中萤石和方解石等含钙脉石矿物含量极低。工业试验结果表明，新工艺可以在原矿WO₃品位为0.16%的情况下，获得最终WO₃品位为40.72%、综合回收率达到80%以上的钨精矿，取得良好的工业生产指标。宁化行洛坑钨矿配合物捕收剂浮选新工艺生产实践为钨资源的高效、清洁、综合利用提供了技术支撑。

黄沙坪多金属矿伴生萤石高值化利用试验研究

纪道河, 亢建华, 孙伟, 韩海生, 杨勇祥, 龙会友, 陈鹏飞, 黄神龙

2021, 50(06): 80-85.

摘要 ( 213 )

PDF (2048KB) ( 431 )

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伴生萤石作为一种不可再生的战略性资源，其高效回收利用成为缓解萤石资源需求的重要途径。针对黄沙坪多金属伴生萤石品位低、脉石矿物复杂、残留药剂影响大等特点，开发了方解石特效抑制剂（YZJ），研究了pH、抑制剂水玻璃、捕收剂SW-1、抑制剂YZJ等条件对萤石浮选的影响，通过“强碱性脱硅—弱碱性脱钙”分步抑制含硅和含钙脉石矿物，采用1选5精3扫选的流程，进行了工业试验。结果表明，方解石特效抑制剂YZJ的研发，强化了萤石粗选过程中方解石的抑制，为后续精选阶段萤石和方解石的分离创造了条件，浮选工艺的优化，为伴生萤石的高效回收奠定了基础。经过工业化调试，萤石精矿品位达到87.62%，回收率达到59.64%，为我国伴生萤石的高效综合回收提供了理论依据和技术支撑。

钨矿选冶废水的处理与循环利用

孟祥松, 孙伟, 高志勇, 韩海生, 张晨阳, 刘若华, 陈攀, 刘润清, 岳彤, 王艳秀, 亢建华, 林上勇, 景高贵, 吴美荣, 杨磊

2021, 50(06): 86-97.

摘要 ( 238 )

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钨矿在选矿和冶炼过程中会产生大量废水，废水中通常含有多种污染物，钨矿选矿废水中的典型污染物有水玻璃、固体悬浮物和COD（化学需氧量）等，钨冶炼废水中的典型污染物有COD、氨氮、氟化物、磷和砷等，因此钨矿选冶废水必须经过处理后才能达标排放或循环利用。其中，COD是钨矿选冶废水中很难去除的污染物，其来源于废水中残留的脂肪酸盐或羟肟酸盐浮选药剂。从环境保护和资源循环利用的角度，结合钨矿选矿和冶炼常用流程，对钨矿选冶废水中典型污染物的去除技术进行了综述，同时对影响废水循环利用的因素进行了讨论。对于钨矿选矿废水，原浆混凝技术由于工艺简单、成本低、可从源头降低尾矿水的COD，应考虑推广应用；同时，应大力发展钨矿选矿厂内各种中矿精矿浓密机溢流水、精矿干燥脱水返回至原浮选流程的实践，此举对原流程浮选指标影响最小，且可节约浮选药剂。对于钨冶炼废水，由于其中含有多种污染物，势必要采用组合工艺处理，而电化学技术由于管理运行方便、能同时处理多种污染物、处理效率高而有望成为钨冶炼废水处理的重要技术。

考虑σ₂及围岩—支护结构相互作用的隧道力学模型

刘红岩

2021, 50(06): 98-107.

摘要 ( 112 )

PDF (1932KB) ( 416 )

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目前的隧道力学模型未能同时考虑中间主应力σ₂及围岩—支护结构相互作用对围岩塑性区等隧道力学特性的影响。为此，首先采用岩石统一强度理论替代目前常用的Mohr-Coulomb（M-C）强度准则以考虑σ₂对隧道围岩塑性区的影响。其次，针对Kastner方法未能很好地考虑支护前隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的不足，在其基础上，结合圆形隧道实际施工特点，提出了能够同时考虑σ₂、隧道围岩初始弹性位移及围岩—支护结构相互作用的圆形隧道力学模型。最后，通过算例研究了σ₂、隧道围岩初始弹性位移、原始地应力、支护结构刚度和岩石内摩擦角等对围岩塑性区、隧道洞壁位移和支护力的影响规律。研究结果表明：σ₂的影响不可忽略；一定的隧道围岩初始弹性位移可以减少支护应力，但会导致围岩塑性区和隧道洞壁位移的增加；支护结构刚度的增加可以有效减小围岩塑性区及隧道洞壁位移，但会增加支护结构应力；初始地应力的增加将增大围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力；随着岩石内摩擦角的增加，围岩塑性区、隧道洞壁位移及支护结构应力均减小。最后，通过工程实例对模型的合理性进行了验证。

大面积胶结充填体下覆盖层安全高效形成方法研究

钟敏, 谭宝会, 张志贵, 陈星明, 朱强, 杨鹏

2021, 50(06): 108-114.

摘要 ( 117 )

PDF (2743KB) ( 461 )

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针对某大型有色金属矿山下向分层胶结充填法转无底柱分段崩落法过程中覆盖层形成的难题，提出利用诱导冒落法使胶结充填体和顶板围岩自然冒落形成覆盖层的技术方案，并结合矿山实际确定出首采分段的合理位置。采用理论分析和数值模拟对胶结充填体和上部覆岩的冒落模式及机理展开研究，研究结果表明，矿山在利用诱导冒落法形成覆盖层时易突发直通地表的大规模冒落，从而引发冒落气浪筒流冲击危害，威胁到井下作业安全。研究得出，可以通过采取连续扩展诱导工程与均匀预留安全散体垫层等一系列措施来预防冒落气浪冲击危害，以保障工作面生产安全。最后，将该方案应用于生产实际，取得了良好的应用效果，可为类似矿山提供借鉴。

基于灵敏度分析的下向进路参数优选及工程应用

刘志义, 甘德清, 张友志, 杜坤

2021, 50(06): 115-121.

摘要 ( 168 )

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为了有效解决下向进路两步骤回采的进路失稳问题，通过建立下向进路力学模型，分析失稳机理，建立了顶板安全系数的灵敏度响应函数，基于修正的Morris法计算出各参数的灵敏度，确定了关键影响因素及其取值范围，并将结论应用于某矿下向进路的优化实践。结果表明：下向进路各参数的灵敏度，进路宽度>假底厚度>假底抗拉强度>假底上部载荷>进路高度；关键因素及范围，进路宽度3.0~3.5 m，假底厚度0.5~0.6 m，假底抗拉强度应大于0.82 MPa。分析结果应用于矿山实践解决了进路掉渣、垮帮现象，顶板与两帮位移70 d累计量均小于10 mm；基于灵敏度分析理论的下向进路参数优选具有较强的工程应用价值。

尾矿库下残矿崩落法开采损失贫化控制

刘洋, 任凤玉, 何荣兴, 张东杰

2021, 50(06): 122-126.

摘要 ( 129 )

PDF (1654KB) ( 412 )

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大北山铁矿由于矿区狭小，没有构建尾矿库的条件，选用露天坑作为尾矿库。前期采用空场法开采矿石，出于保护尾矿库的考虑，保留了54 m厚的保安矿柱。采空区不仅阻碍了下部矿体正常开采，同时也将造成采空区之上的资源损失。因此，若将尾矿库和采空区之间的残矿作为回采矿体，据开采矿体几何条件及满足在顶部留一层诱导冒落矿体以延迟尾砂混入时间的要求，选取155 m水平作为首采分段。基于本分段回采过程中促使上覆岩层自然冒落和提高矿山开采效率的原则，确定出3个分段的高度值，此外陈述了脊部存留矿石的回收方法。上述方法应用于大北山铁矿残矿回采过程中，回采率约为80.9%，贫化率约为24.3%，基本达到正常的回采指标。

谦比希铜矿膏体充填料浆流动性测试

李辉, 许斌, 王娜, 焦华喆, 陈新明, 杨柳华

2021, 50(06): 127-130.

摘要 ( 142 )

PDF (2114KB) ( 446 )

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膏体充填可有效解决采空区固废处置问题，实现安全、高效、高质量回采。为最大程度使用尾砂，降低矿山开采成本及安全隐患，谦比希铜矿引入膏体充填技术，首先对该技术方案的基本构成系统进行了介绍，之后针对该充填方案设计出对应的环管实验，通过环管实验测试了不同浓度及配比条件下膏体的流动性能，最终确定最佳膏体充填浓度为66% ~ 68%、最佳灰砂比为1∶16，此时膏体流动性较好，对应的沿程阻力为4.5~6.5 MPa/km，塌落度为26~28 cm，可保障膏体充填的高效性，为当地矿产资源有效利用、环境保护树立了典范。

超细尾砂充填材料性能优化及机理研究

王荣林, 陆虎, 王欢, 祝小龙, 沈斌, 刘娟红

2021, 50(06): 131-135.

摘要 ( 120 )

PDF (2053KB) ( 490 )

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为解决超细尾砂制备充填材料，针对其低浓度条件下抗压强度低，高浓度条件下流动性差的问题，研发了超细尾砂充填材料性能调节剂。试验分别测试了不同调节剂掺量及灰砂比与调节剂协同作用下，对充填材料抗压强度和流动度的影响，并用扫描电镜分析了添加调节剂前后不同龄期的水化产物形貌变化。研究发现，调节剂可以显著提高超细尾砂充填材料各龄期的抗压强度，可以显著改善流动度，对早期强度提升更明显，充填材料灰砂比越低，抗压强度提升比例越高。灰砂比为1∶6，固相浓度为57%，调节剂掺量为4%时，与空白组相比，3 d强度可以提高78%，28 d强度可以提高23%；灰砂比为1∶8时，充填材料3 d抗压强度提高95%，28 d抗压强度提高31%。添加调节剂后，促进了钙矾石和凝胶类物质的生成，填充孔隙，提高了抗压强度，同时提高了分散性，增加了流动度。调节剂的应用可以改善超细尾砂充填材料的力学性能和工作性，提高工程效率，降低工程成本，具有较高的经济价值。

罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验研究

李志朝, 王剑 , 郏威, 张敏哲, 彭青松, 王勇

2021, 50(06): 136-140.

摘要 ( 134 )

PDF (1769KB) ( 439 )

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针对罗河铁矿充填料浆浓度波动大，充填料浆灰砂比等关键指标难以控制，并最终影响充填体质量等问题，开展了罗河铁矿全尾砂胶结充填配比优化试验，对充填材料的物理化学性质进行了测定。同时采用全面法试验，对不同质量浓度和不同灰砂比的全尾砂流动性、流变及其强度进行了对比分析，试验结果表明：罗河铁矿全尾砂-74 μm占比达59.87%，属于细粒级尾砂；由于胶固粉中添加了表面活性物质，能够提高料浆的流动性，导致灰砂比越大，料浆的流动性越好；质量浓度为66%~68%时，料浆屈服应力均在100 Pa以内；在满足自流输送和强度要求的前提下，推荐罗河铁矿一步骤充填料浆质量浓度为68%，灰砂比为1∶10，二步骤充填料浆质量浓度为68%，灰砂比为1∶16。

用垂斜截面仿预裂爆破法处理台阶断界的实践

孟庆浩, 郭春阳, 和铁柱, 池恩安

2021, 50(06): 141-145.

摘要 ( 167 )

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露天矿坚硬岩台阶深孔爆破断界常见但其相关技术研究较为少见。吉朗德露天煤矿在台阶断界处先后采用过垂直截断面爆破开挖断界法和垂斜截面爆破开挖断界法，爆破质量差，紧邻保留区岩体拉裂损伤严重，开挖后不能形成规整断界轮廓面。结合垂斜截面构状（半“V”形构状面）有利于岩石台阶爆破外推和预裂爆破有止裂、减振的作用而提出垂斜截面仿预裂爆破断界法（断界斜线长15 m，爆破外推倾角为130.6°，仿预裂炮孔7个，孔径120 mm，孔深12 m，孔距2.5 m，相邻炮孔间呈互耦状间隔装药，先于主爆区110 ms齐爆）来处理该矿坚硬岩台阶断界工程问题，爆破效果好，开挖后易于形成规整轮廓面，消除了保留区后续钻爆施工隐患，为坚硬岩台阶断界提供了典型工程实例参鉴。

化学浆堵水与支护在高压含水破碎段的研究应用

李晓飞, 陈桢宇, 赵兴东

2021, 50(06): 146-149.

摘要 ( 156 )

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以高压含水破碎段巷道为依托，通过对淋水点附近岩石力学进行地质调查，分析该范围淋水点附近围岩的节理裂隙，为下一步淋水治理方案的制定提供数据支撑。将淋水点封堵之后，提出新的围岩支护设计方法，确立了化学浆封堵淋水+U型钢+化学浆加固空区的深部高应力带支护设计理念，该设计支护速度快，安全高效，使围岩压力充分释放，既能堵水还能起到支护加固的作用。选取焦家矿区-630 m中段运输巷道不同区段作为工业试验地点采用化学浆封堵淋水+U型钢+化学浆加固空区支护方案，对堵水支护效果进行实时监测，结果表明采用该支护方式能够顺利通过含水破碎段并起到了一定的加固作用。

基于位移的岩爆应力松弛试验研究

张晓君, 王宇晨, 刘国磊, 李宝玉

2021, 50(06): 150-156.

摘要 ( 135 )

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针对岩爆应力松弛机理，采用透明亚克力板材对试样进行侧向约束，开展了具有岩爆倾向性的辉长岩试样在侧面约束情况下的单轴压缩应力松弛试验。结果表明：采用透明亚克力板材作为侧向约束材料是可行的，满足试验要求；通过监测应力松弛过程中垂直临空面方向的位移可以反映围岩内部情况，其位移持续增加可作为岩爆的前兆信息进行岩爆预测预报；岩爆破裂位置主要集中在临空面附近，表现为以劈裂为主的劈—剪复合破坏；岩爆不仅可以发生在加载过程中，也可以发生在应力松弛过程中；围岩产生垂直临空面方向的位移将形成拉应力，如果拉应力超过临界，则极易失稳产生劈裂破坏，拉应力的增加伴随着剪应力的增加，剪应力达到一定值，在围岩内部将产生剪裂纹，最终与劈裂纹一起形成劈—剪复合破坏。研究结果对岩爆机理、监测与防控具有很好的指导和借鉴意义。

金川矿区龙首矿西二副井井筒加固

和乾元, 高亚林, 王珉, 刘爱民, 郭新珂陈茜

2021, 50(06): 157-164.

摘要 ( 121 )

PDF (2781KB) ( 407 )

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以龙首矿西二采区副井1 240~1 120 m段井筒为研究对象，在对岩体性质、开挖支护时间和围岩与混凝土井壁关系进行合理假设的基础上，建立副井井筒数值模型，选择合理的围岩及混凝土力学参数，针对混凝土强度和井壁厚度变化构建了15种支护方案，运用FLAC3D软件模拟计算出井筒不同方向应力变化和位移变化，进而对比确定井筒加固主要参数的合理取值，为副井1 240~1 120 m段井筒返修支护方案最终确定提供量化参考和理论保证。依据数值模拟结果和井筒的实际变形破坏发展情况，确定了符合实际情况的井筒加固方案，并制定相应井筒返修加固的具体措施，通过对副井加固后井筒的现场监测数据分析以及实际运行情况，验证了井筒数值模拟和加固方案的合理性。

金川二矿区1#矿体上盘贫矿开采对14行回风井的稳定性影响研究

汪小平, 寇永渊, 郭赟林, 康陇平, 王鑫, 马苏龙

2021, 50(06): 165-171.

摘要 ( 222 )

PDF (3359KB) ( 402 )

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为探究矿体开采过程对竖井井筒稳定性的影响，选取金川二矿区1#矿体上盘贫矿为研究对象，在分析影响井筒围岩稳定性的主要影响因素和变形破坏机理的基础上，建立金川二矿区1#矿体有限元数值模型，采用数值模拟方法对1#矿体上盘贫矿的实际采充过程进行计算，得到了上盘贫矿开采过程中14行回风井井筒在水平、竖直方向位移和应力分布的情况，根据数值模拟结果推测出井筒最容易发生变形破坏的关键位置，并通过与现场地表监测数据对比分析，验证了数值模拟计算结果的可靠性。此研究可为地下矿山在开采扰动范围内竖井井筒稳定性的判定及返修支护提供有益探索。

某离子型稀土矿柱浸试验与注收液系统优化

李昭湟

2021, 50(06): 172-176.

摘要 ( 82 )

PDF (1699KB) ( 384 )

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为实现福建某离子型稀土矿山更加绿色、经济、高效开采，通过室内柱浸试验模拟原地溶浸工艺过程，并结合矿山地质条件对注收液系统进行优化。试验探究了浸矿剂用量、注液浓度、注液强度、溶液pH对浸出过程的影响。结果表明：最优的硫酸铵/矿石的质量比为1/135；注液浓度调节顺序为4%→2%→1%，且用量比例为2∶1∶1；最优浸矿剂注液强度为5 mL/min，为加快浸矿进度，生产实践中可以达到理论值的2~3倍，也即12~15 mL/min；浸矿剂采用清水配置，浸矿液体积和矿石的体积与质量最优比例为0.3 （m3/t）。试验方案结合注收液系统优化后母液回收率提高了10%，对福建离子型稀土矿的开采具有指导意义。

河南栾川冷水—赤土店钼钨铅锌多金属矿床特征及成矿潜力

陈俊魁, 蔡春楠, 何玉良, 韩江伟, 王世权, 桂新星

2021, 50(06): 177-187.

摘要 ( 176 )

PDF (3574KB) ( 437 )

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河南栾川冷水—赤土店钼钨铅锌多金属矿位于华北陆块南缘金银多金属成矿带上的栾川钨钼矿集区内，以野外地质调查、物探、钻探等为主要技术手段，在矿区开展了地质勘查及研究工作，共圈定了钨钼矿体8条，提交钼资源量631.17万t，WO₃138.28万t，钼钨资源量达超大型规模。对矿区地质特征、矿床地质特征及成因进行了详细探讨。根据矿体特征、控矿因素、矿化类型，结合前人在该区开展的硫同位素分析和含矿斑岩的SHRIMP、辉钼矿Re-Os同位素年龄成果，综合研究认为：①该矿床主要赋存地层为官道口群白术沟组和栾川群三川组、南泥湖组、煤窑沟组；②矿化以钼矿化为主，钼钨矿体主要受深部侏罗纪末花岗岩基和逆冲推覆构造体系的联合控制，燕山期中酸性侵入岩（小岩体）与区内钼钨等成矿联系密切，花岗质岩浆为钨钼等成矿元素的主要来源，含矿斑岩为主要成矿地质体；③含矿岩浆在运移过程中由于温度变化和围岩的差异，从而使不同的成矿元素组合出现明显的分带现象，并形成不同类型的矿化（床），矿床成因类型为斑岩—矽卡岩型，成矿时代为135～157 Ma。在上述分析的基础上，建立了钨钼铅锌多金属矿的成矿模式和综合找矿模型，对于栾川及豫西地区钼钨矿的找矿工作有一定的参考价值。

考虑基建投资的露天煤矿开采计划优化

孔文源, 顾晓薇, 王青, 胥孝川, 王润

2021, 50(06): 188-193.

摘要 ( 177 )

PDF (2208KB) ( 389 )

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露天煤矿开采计划优化通常是以经济效益最大化为目标函数，优化生产能力、开采顺序以及开采寿命，优化模型与算法中大都没有把矿山基建投资作为内生变量考虑，忽略了其对矿山生产规模以及整体经济效益的影响。鉴于此，把基建投资看作生产规模的函数，并在开采计划优化过程中，将基建投资作为内生变量，使用枚举法构建露天矿开采计划优化模型和算法。将建立的模型和算法应用到矿山案例中进行实例分析，结果表明：考虑基建投资对矿山开采计划有较大影响，生产能力比不考虑基建投资降低了25.9%，开采寿命延长了6 a，开采顺序也相应发生了较大变化，相比较而言，在优化中考虑基建投资得出的计划方案比不考虑基建投资更为合理；而且基建投资与开采计划同时优化得到的经济效益要比二者单独设计得到的经济效益高出4.6%。

黑山铁矿智能运输调度系统研究

刘云华 , 曾莉, 赵淑芳, 张海梁

2021, 50(06): 194-197.

摘要 ( 132 )

PDF (1701KB) ( 448 )

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针对黑山铁矿供矿不足，轨道运输效率偏低，通信不畅以及存在的安全隐患等问题，利用无线通信与人员定位系统、视频监控系统，对现有设备进行改造升级。结合计算机网络信息技术、传感器检测技术以及机车优化调度算法策略设计了一套针对该矿的轨道运输智能调度系统。通过实验室物理模型与黑山铁矿智能运输调度系统设计的实际运行，可提高运输效率26.7%，能够完全满足选厂的加工能力。该系统不仅能提高黑山铁矿井下运输效率、保障运输安全，又能向其他采用轨道运输的地下矿山拓展，对矿山智能化建设具有重要意义。

金属矿山井下主扇风机远程实时监控系统的研究及应用

高连月, 徐德亮, 周雨松, 陈思

2021, 50(06): 198-203.

摘要 ( 182 )

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矿山井下主通风机24 h不间断运行，为进一步优化矿山井下主扇风机的使用和控制，实现井下风量实时调整与自动化控制、安全监控、节能降耗，结合刘塘坊矿业实际，设计了主扇风机远程自动化控制系统。本系统共包含四大部分：变频器调速系统、PLC控制及风机在线检测系统、风机远程集中监控系统、辅助视频监控系统。以可编程控制器、变频器为主体，配置传感器、交换机等设备，实现对现场各项信息的采集、设备的控制，通过光纤构建工业以太网与地表集控中心进行通信，实现远程自动化控制、状态监测、异常报警保护及数据报表等功能。

秀山矿边坡断层破碎带区域变形破坏模拟分析

陈庆峰, 黄文忠, 程斌, 陈涛, 韩流

2021, 50(06): 204-209.

摘要 ( 99 )

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秀山矿采场边坡受断层破碎带影响，在开拓延深过程中形成了较大的楔形体，通过对秀山矿采场工程地质条件和岩体性质进行详细实地勘察，深入了解断层破碎带边坡变形破坏机理。在此工程的基础上，建立滑移—弯曲式倾倒变形力学模型，进行室内单轴抗压试验，并采用Rhino6.0—FLAC3D6.0高精度耦合建模方法，对采场整体以及楔形体倾倒边坡进行数值模拟稳定性分析。研究结果表明：断层破碎带边坡形成的楔形体弯曲倾倒破坏现象存在发生变形的临界坡长；西采场边坡的上下盘岩性较为完整，边坡开挖过程中，断层、节理等破碎结构面容易张开发育贯通形成大的滑裂面；随着采场开拓延深，西采场北帮受断层破碎带影响，变形区域由局部变为整体失稳。

某石膏矿地下开采诱发的地表沉降分析

何伟, 王星, 李同鹏

2021, 50(06): 210-215.

摘要 ( 135 )

PDF (2641KB) ( 387 )

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某石膏矿采用竖井开拓、房柱法开采，开采区段内形成大面积采空区，部分采空区已发生塌陷。为科学规划井下开采和保障矿山安全生产，采用理论分析与数值模拟计算方法，得出矿山地下开采诱发的“三带”高度为179.42 m，地表沉降最大值理论计算为1.43 m，数值模拟所得地表最大位移为1.36 m，出现在10#和14#盘区所对应的地表位置。矿山1#，3#，4#和5#，10#和14#盘区所对应地面已塌陷区内实测最大塌陷深度分别为1.74，1.72，1.78和1.79 m，均大于理论计算值和数值模拟值，得出上述盘区所对应的采空区上覆岩层均已连续塌陷变形，下沉直至地表，其他采空区所对应上覆岩层尚未完全塌陷变形的结论，为矿山后续的安全生产提供了科学指导。

充填开采覆岩导水裂缝带高度发育规律研究

栾元重, 于水, 胡军伟, 郭传超, 史耀凡, 岳光波

2021, 50(06): 216-220.

摘要 ( 125 )

PDF (1703KB) ( 408 )

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我国东部地区的煤矿对于建筑物下压煤广泛采用井下充填开采。针对充填开采覆岩导水裂缝带发育高度问题，采用井下打仰上孔双端堵水观测技术，对唐口煤矿9301充填开采工作面进行了覆岩破坏探测，通过分析基准孔、采后钻孔分段注水观测数据，确定了充填开采导水裂缝带高度值及裂采比。通过采用数值模拟软件UDEC，模拟得到了充填开采工作面不同推进长度下覆岩导水裂缝带发育高度值与覆岩裂缝动态变化规律。基于英国数学家提出的麦克斯韦体（Maxwell体）及鲍依丁-汤姆逊（Poyting-Thomson）岩石蠕变模型，建立了充填体压缩变形量计算公式，提出了通过增加充填抗压强度来降低覆岩导水裂缝带发育高度的方案，为煤矿井下充填开采技术推广应用，实现建筑物下安全开采提供了技术依据。

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