金属矿山

隋金铂 , 任凤玉, 曹建立

2021, 50(10): 1-7.

摘要 ( 150 )

PDF (2534KB) ( 666 )

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在地下金属矿山中，破碎难采矿体分布广泛，该类矿体在开采中往往存在巷道采准掘进难、支护难与矿体回采难等“三难”问题，造成较大的矿石损失贫化。为此，提出适用于该类矿岩条件的完整性高效回采技术，保障采准巷道稳定性，降低矿石损失贫化，提高开采经济效益。本项目针对和睦山铁矿破碎难采矿体“三难”问题，采用理论分析、现场监测与物理实验相结合的方法，进行了系统研究。研究结果表明，采空区临界冒落跨度最大值小于 18 m，矿体具有良好的可冒性；巷道围岩变形过程可分为变形活跃期与平稳期 2 个阶段，冒落活动主要发生于岩体变形活跃期；通过采用简易光面爆破掘进和喷锚网联合支护技术，可取得良好的支护效果；在此基础上，提出的诱导冒落法与无底柱分段崩落法相结合的双工作面协同回采方法，通过优化回采参数与下盘残矿回收方法，可有效降低破碎难采矿体开采中矿石损失贫化的问题，实现该类矿岩条件的完整性安全高效开采，为同类矿山开采提供借鉴与指导。

基于极限平衡理论的上盘移动角预测研究

王平 , 胡彦, 程爱平 , 许梦国 , 张威威 , 胡倡瑞

2021, 50(10): 8-14.

摘要 ( 167 )

PDF (15323KB) ( 604 )

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程潮矿区自建矿以来 60 余 a，均采用无底柱分段崩落法开采。随着开采活动由浅至深，矿区地表已出现大面积塌陷。由于开采工作面不断向西区转移，上盘移动角也随之发生了改变，导致地表沉降范围扩大，部分重要构、建筑物将不再处于安全范围。基于此，利用极限平衡理论构建上盘移动角预测模型，并通过数值模拟的方法对其结果进行验证。结果表明：通过上盘移动角预测模型计算得到上盘移动角约为 56°，数值模拟方法得到上盘移动角约为 58°；2 种方法得到的结果在误差允许范围内，该预测模型可以有效预测上盘移动角；同时，当开采至-600 m 水平时，上盘部分地表重要构建筑物可能存在安全隐患，建议采取相应措施。

超高水材料充填回收浅埋大巷煤柱参数设计及围岩变形控制研究

许俊恒 , 任晓鹏 , 王小东

2021, 50(10): 15-20.

摘要 ( 101 )

PDF (3007KB) ( 552 )

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超高水材料以超高含水率、易于输送、成本低和接顶效果好等优势应用于煤矿充填开采，但现场复杂的环境及施工经验不足常导致超高水材料出现泌水和不凝结等现象发生，从而影响采矿安全和施工效率。以内蒙古纳二矿浅埋煤矿回收大巷煤柱为工程背景，结合室内试验及现场监测，对超高水材料参数优化及围岩变形控制效果进行研究。结果表明：超高水材料拌合水温及 AA 料添加剂用量对材料的凝结时间、流动性、泌水率及强度等影响较大，20 ℃拌合水温及 2% 胶凝材料质量的 AA 料掺量能显著降低材料的泌水率和增强其强度。现场监测结果表明，最优参数下的材料充填开采后顶底板移近量较低，取得了良好的充填开采效果，在保障安全前提下极大地降低了生产成本。

分级循环加卸载试验下砂岩的力学特性研究

倪智伟 , 吴小刚 , 陈浩周玉新

2021, 50(10): 21-27.

摘要 ( 145 )

PDF (2935KB) ( 591 )

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采矿工程中岩体受开挖过程影响易发生不可逆破坏，为保证矿山开采的安全运行，须研究扰动荷载下岩石的力学特性。为此，探讨了不同围压条件下，致密砂岩在常规三轴加载和分级循环加卸载作用下的力学特性，并将二者进行对比分析。得出结论：破坏形式均属脆性破坏，循环加卸载下的砂岩试样破碎程度更大；循环加卸载试验中，试样峰值强度较常规三轴试验有所减小，轴向峰值应变有所增大；增大围压能够提高砂岩抵抗变形的能力；随着分级循环上限应力值的增加，滞回环曲线的面积逐渐增大，产生的耗散能也逐渐累积；循环加卸载过程对砂岩弹性模量起到强化效应；同时，循环荷载加剧了裂纹损伤。此研究结果对砂岩在复杂应力下的矿山安全工程实践具有重要的理论指导意义。

基于 AdaBoost-BAS-SVM模型的岩爆预测研究

刘晓悦 , 季红瑜

2021, 50(10): 28-34.

摘要 ( 99 )

PDF (2019KB) ( 580 )

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岩爆是发生在深埋地下高应力岩体开挖工程中的一种动力破坏现象，作为矿山开采过程中的主要工程地质灾害之一，其等级预测是必须解决的岩石工程的重大问题。综合岩爆预测过程中多因素影响，选取 σθ/σc、 σ c/σt、Wet作为岩爆等级预测指标。通过利用天牛须搜索（BAS）算法解决支持向量机（SVM）中的重要参数 C 与 gamma 择优问题，并引用 AdaBoost 集成学习算法对 BAS-SVM 弱学习器进行强化训练，解决了单一分类器不稳定问题，最终建立了 AdaBoost-BAS-SVM 岩爆等级预测模型。通过收集到的 194 组实例数据对该模型进行训练测试，并与 SVM、BAS-SVM、AdaBoost-SVM 3 组模型进行结果对比。结果表明：该模型较其他 3 组模型预测准确度更高，其收敛性能明显提高，可有效、快速地预测岩爆等级。

弱胶结砂岩在冲击荷载下的动力学性能研究

陈波 , 孙利辉

2021, 50(10): 35-45.

摘要 ( 97 )

PDF (4115KB) ( 568 )

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为研究粉砂岩在冲击荷载下的动力学性能，选取内蒙古东胜煤田红庆河煤矿副井-680 m 处的弱胶结粉砂岩，运用 Hopkinson杆测试技术进行不同冲击能量下的冲击荷载实验。通过实验数据分析，得出结论如下：选取的弱胶结砂岩为侏罗系延安组粉砂岩，强度较低，均值为 39.08 MPa。遇水易崩解，且极易风化，内部颗粒较细、多为泥质胶结。弱胶结砂岩冲击荷载条件下的峰值强度均较单轴抗压强度下的峰值强度有大幅度提高，提高值为单轴抗压强度的 1.14 倍。但相比于中部地区砂岩，其动、静强度较低，动载强度提高值有限，达不到中部砂岩静载强度。冲击荷载越大，应变率越高，峰值强度越大。应变率与峰值强度间存在良好的指数增长或线性增长关系。其应力— 应变曲线按照应力的增速大致分为 3个阶段：应力骤升阶段、应力—应变平缓上升阶段、应力陡然下降阶段。

地下矿山地应力场反演数值模拟研究

王社光 , 王立杰 , 耿帅 , 张素娜 , 于兴社尹爱民

2021, 50(10): 46-50.

摘要 ( 142 )

PDF (2597KB) ( 633 )

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掌握岩体初始地应力场，尤其是其三向主应力的大小和方向，是进行地下巷道支护和采场结构参数优化的基础。根据某铁矿地质资料及矿区内断裂构造，以有限元数值分析为基本手段，提出了考虑矿区 F1、F3、 F4、F9 断层构造运动、岩体自重等多因素的岩体初始地应力场反演思路。采用理论分析、三维地质建模和数值模拟计算相结合的方法，考虑地层岩性、断层构造等因素，联合使用 Micromine、3DMine 及 Rhino 等几种软件建立矿山三维地质模型，然后采用 FLAC3D 数值模拟软件对模型进行初始应力场计算平衡，得到初始应力场。该方法可以较好地满足复杂和极复杂地质条件，特别是深部矿井复杂地质条件的地应力反演分析。

细粒级全尾砂膏体充填材料性能调控研究

刘倩影, 刘娟红, 王洪江, 吴爱祥, 张月月

2021, 50(10): 51-60.

摘要 ( 124 )

PDF (3260KB) ( 646 )

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针对传统胶凝材料在细粒级全尾砂膏体充填中存在的充填成本高、充填效果差等问题，研究新型胶结媒介作用下细粒级全尾砂膏体充填材料性能的变化规律。试验结果表明：在新型胶结媒介体系下，尾砂越细，相同条件下膏体充填材料抗压强度越高；细尾砂膏体充填材料在料浆浓度高的情况下，不同灰砂比下抗压强度几乎相同；全尾砂中 Al2O3和 SiO2含量越高，相同条件下膏体充填材料抗压强度越高；新型胶结媒介用量的变化对膏体充填材料抗压强度影响很小；新型胶结媒介作用下颗粒表面生成针状物质彼此搭接，使膏体充填材料结构密实，产生强度，生成物为钙矾石和含硅化合物。

絮凝剂对超细尾砂胶结充填体性能的影响

荆晓东 , 朱庚杰 , 桑来发, 宋泽普, 吴再海

2021, 50(10): 61-66.

摘要 ( 140 )

PDF (2240KB) ( 739 )

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为研究絮凝剂对超细尾砂充填材料性能的影响，从而提高超细尾砂的利用率。对不同絮凝剂掺量（0，45 g/t，75 g/t 及 105 g/t）下的充填料浆的流动性和充填体的力学特性进行了测试，并利用压汞实验与扫描电镜测试探究了充填体微观演化。结果表明：超细尾砂胶结充填料浆流动性能相较于普通尾砂胶结充填料浆对固体浓度更不敏感且强度远低于普通充填体；絮凝剂对超细尾砂胶结充填材料流动性和强度有消极影响，但存在一个饱和浓度（75 g/t 左右）；絮凝剂的掺入会延长浆体内部渗透网络达到稳态的时间；掺絮凝剂的超细尾砂胶结充填体强度与超声波波速呈线性关系，因此可以利用超声波波速进行超细尾砂胶结充填体的强度预测。此外，絮凝剂会弱化充填体的孔结构，主要表现在掺入絮凝剂后，小于 1 μm 的孔隙体积明显增加。研究结果将有助于设计出更经济有效及更耐用的超细尾砂胶结充填体。

天然矿物的机械力化学活化改性研究进展

刘春琦, 马天, 李钊, 代淑娟, 郭小飞, 王倩倩, 赵通林

2021, 50(10): 75-81.

摘要 ( 100 )

PDF (1221KB) ( 653 )

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天然矿物一般具有较高的晶格能和稳定的理化性质，导致其反应活性不足，在资源开发或作为功能材料应用时受到一定限制，因而需要对天然矿物进行一定的活化改性处理。针对天然矿物的活化改性问题，综述了机械力化学作用诱发矿物的晶体结构、表面性质和理化功能发生变化的效应与机制，及其在矿物表面有机化改性、强化浸出和环境修复应用等方面的研究进展。机械力化学作用可以使矿物粒度减小、表面积增大、持续产生大量新鲜表面、增加表面自由能，并最终提高其反应活性，实现矿物材料性能的优化或复杂矿物资源的选择性提取。最后，总结了天然矿物的机械力化学活化改性研究存在的局限并提出了未来研究方向，旨在为提高国内外矿物资源综合利用水平提供参考。

我国高铁铝土矿铝铁分离研究新进展

李宏, 杜艳清, 余莹, 李佩昱, 余建文

2021, 50(10): 82-91.

摘要 ( 173 )

PDF (1716KB) ( 631 )

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高铁铝土矿属于难处理资源，具有广阔的开发利用前景，对高铁铝土矿开展铁铝分离基础研究工作，具有重要的理论与现实意义。简述了近年来高铁铝土矿铁铝分离技术研究进展，将高铁铝土矿的资源化利用方法大体归为物理选矿法、化学法、生物法等工艺，分别总结了以上工艺铁铝分离的基本原理和效果，并比较了不同技术的优缺点。综合来看，物理法选别效果有限，生物法不适用于大规模工业生产。化学法中，碱法浸出先铝后铁流程难以实现对铁矿物的回收，火法冶金先铁后铝工艺铁铝分离效果好，能实现铁铝矿物的综合利用，但难点在于成本和能耗控制。结合最近几年的研究成果，提出了“高铁铝土矿悬浮焙烧—磁选—高铝铁精矿碳热还原”工艺技术路线，以期为合理开发利用高铁铝土矿资源提供借鉴。

江西某多金属矿中铜钨资源的综合回收

邓颖 , 周晓文

2021, 50(10): 92-99.

摘要 ( 122 )

PDF (2550KB) ( 612 )

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江西某铜钨多金属矿石含铜 0.72%、含 WO3 0.11%，具有较高的开发利用价值，为了实现该多金属矿中铜、钨资源的综合回收，对该矿石进行了详细的工艺矿物学和选矿试验研究。结果表明，该多金属矿中矿物种类较为复杂，白钨矿、黄铜矿嵌布粒度以中细粒为主，单体解离度良好，硫化矿物和钨矿物的相互关系不是十分密切。针对该矿物特点，采用“铜硫硫化矿混浮—硫化矿浮选尾矿浮白钨矿”的流程，在磨矿细度为-0.074 mm 占 78% 条件下，以丁基黄药为铜硫混合浮选捕收剂，经 1粗 1扫铜硫浮选，铜硫混合粗精矿以石灰为 pH 调整剂经 1粗 1精 1扫铜硫分离浮选，铜硫浮选尾矿以碳酸钠为调整剂、水玻璃为抑制剂、硝酸铅为活化剂、GYB+GYR为钨矿物混合捕收剂，经 1 粗 1 扫粗选，所得钨粗精矿再磨至-0.045 mm 占 85%，进行 4 次精选，闭路试验获得了含铜 24.78%、含金 0.40 g/t、含银 1 000.00 g/t，铜回收率 90.02% 的铜精矿，以及 WO3品位 35.32%、WO3回收率 65.25% 的钨精矿，实现了有价金属的综合回收，为该铜钨资源的开发利用提供了技术依据。

黑龙江某难选锌铁矿浮选-磁选联合选别工艺研究

曹洋, 王润 , 段金刚 , 付亚峰 , 李闯 , 杨晓峰

2021, 50(10): 100-107.

摘要 ( 90 )

PDF (2386KB) ( 589 )

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黑龙江某锌铁矿石由于矿物组成复杂，且毒砂等含砷矿物含量较高而难以有效回收利用。针对该锌铁矿的矿物组成及粒度嵌布特征，开展了优先浮选闪锌矿、浮选尾矿进行磁选回收磁铁矿的工艺流程试验。结果表明：在磨矿细度为-0.074 mm 占 75% 条件下，以硫酸铜为活化剂、亚硫酸钠为抑制剂、硫氨酯为捕收剂，经过 1 粗 3 精 2 扫的闭路浮选工艺流程，可以获得 Zn 品位 47.45%、Zn 回收率 94.31%、As 品位 0.13% 的锌精矿，同时获得 Fe 品位 31.84% 的锌浮选尾矿；将锌浮选尾矿在磁选粗选磁场强度 79.6 kA/m 条件下经过 1 次磁选粗选，粗精矿再磨至细度-0.038 mm 占 85%，经磁场强度条件下 55.7 kA/m 二次磁选，可以获得 Fe 品位 67.54%、Fe 回收率 50.81%、As 品位 0.06%、S 品位 0.28% 的铁精矿。试验结果可为复杂难选锌铁矿石的有效回收利用提供依据。

多糖微生物絮凝剂对方解石与闪锌矿的絮凝作用及机理

杨志超 , 滕青, 祝瑄 , 李官超

2021, 50(10): 108-113.

摘要 ( 68 )

PDF (2797KB) ( 584 )

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为改善混凝法沉降硫化铅锌矿浮选废水中固体悬浮物颗粒易形成二次污染等问题，以硫化铅锌尾矿
中典型矿物闪锌矿与方解石为研究对象，考察了多糖型微生物絮凝剂(MBFP)对闪锌矿与方解石的絮凝性能，并对
其作用机理进行了研究。结果表明：方解石在 pH=7.0~9.0 范围内与 MBFP 作用可形成较大絮体，絮凝率可达 95%
以上；闪锌矿颗粒在 pH=6.0 条件下形成的絮体尺寸和密实程度较 pH=9.0 时大；MBFP 添加量对方解石与闪锌矿絮
凝沉降效果有显著影响，用量过高方解石絮凝率不随 MBFP 用量增加而提高，闪锌矿絮凝率随 MBFP 用量增加而降
低。Zeta 电位、红外光谱分析表明，MBFP 与方解石、闪锌矿表面的金属离子发生作用力较强的化学作用而吸附在
矿物表面。

过氧化钙氧缓释剂制备及其强化浸金过程研究

孙雪松 , 寇珏 , 孙春宝 , 刑成军, 李冠华 , 白杨 , 袁静沂

2021, 50(10): 114-120.

摘要 ( 109 )

PDF (2799KB) ( 582 )

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为延长过氧化钙释氧时间，且避免直接使用过氧化钙粉末造粒过程中与水接触影响释氧效果，或引入
其它包埋材料导致污染。以氧化钙、过氧化氢为主要原料，采用新工艺直接制备过氧化钙氧缓释剂，用于难浸金矿
的强化浸出，探究其强化浸金过程。结果表明，反应时间为 70 min，过氧化氢添加量为 22 mL，盐酸添加量为 0.8 mL
条件下，可以制备出过氧化钙含量为 54.32%、粒度为 5 mm 的氧缓释剂。在浓度为 300 mg/L 的氰化钠溶液中添加 4
g/L 的氧缓释剂，经 40 d 后溶解氧浓度仍可提高 2.04 mg/L。50 kg 矿样柱浸试验结果显示，在矿石金品位为 0.51 g/t、
浸金剂中氰根离子浓度为 300 mg/L 条件下，添加 0.8 g/kg 过氧化钙氧缓释剂浸出 40 d，浸出率比空白组提高了 10.73
个百分点，氰化钠的消耗量降低了 25.3%，贵液中溶解氧浓度可提高 0.5~1 mg/L。表明添加过氧化钙氧缓释剂可以
有效解决大型堆浸矿山因内部氧亏导致的浸出率低的问题。

陕西省钨钼多金属矿床时空分布规律及找矿方向

段湘益, 董王仓 , 黄凡 , 王海元 , 王文青 , 王洁明 , 蒙利

2021, 50(10): 121-142.

摘要 ( 159 )

PDF (11313KB) ( 765 )

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陕西省横跨华北陆块、秦岭—大别造山带和扬子陆块三大主要构造单元，钨钼矿产于陕西南部的秦岭造山带中，其构造位置独特，成矿条件优越，钼矿资源丰富，钨矿资源找矿潜力大。通过对陕西省钨钼多金属矿床时空分布规律及找矿方向进行研究，结果表明：钨钼矿床（点）的形成与分布严格受印支—燕山期陆内构造岩浆岩带控制，印支期近 EW 向与燕山期 NNE—近 SN 向两组构造组成的“格子状”交汇部位，即为最有利的钨钼成矿区域，中酸性大岩体（基）旁侧的小岩体（岩脉群）是控制钨钼矿形成与分布的重要条件，具有“小岩体成（大）矿”特点。钼矿床类型以斑岩型、岩浆热液脉型和接触交代型为主，钨矿床类型以岩浆热液脉型和接触交代型为主。钼矿成矿时代主要集中在印支—燕山期及燕山期，而钨矿主要集中在燕山期与喜马拉雅期。在秦岭造山带内，沿 NE 向中生代构造—岩浆岩带形成了金堆城—黄龙铺、蟒岭西部和镇安西部—宁陕旬阳坝等 3 个重要的钨钼矿集区，进一步划分出了蓝田—八里坡钼矿、蟒岭西部钼矿、杨斜钨矿、蔡家庄—杨木沟钨钼矿、大菜子沟—大西沟钨钼矿等 5 个找矿远景区。建议灵活运用“小岩体成（大）矿”理论，并充分借鉴南岭地区先进、成熟的“上脉下体、上钨下钼”、“五层楼”或“五层楼+地下室”找矿模式，在矿集区及周边的找矿远景区开展新一轮的钨钼找矿工作，有望取得重大突破。

基于 G1-EW-MIE-可拓理论的露天矿山卡车调度系统综合评价模型研究

赵彬, 寇向宇 , 康虔 , 贺严

2021, 50(10): 143-149.

摘要 ( 63 )

PDF (1898KB) ( 535 )

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为更全面地评估露天矿山卡车调度系统的可靠性，建立了基于 G1-EW-MIE-可拓理论的综合评估模型。首先，根据卡车调度理论，构建了包括最优路线、车流规划和实时调度 3 个一级指标、16 个二级指标的露天矿山卡车调度系统综合评估指标体系；其次，采用 G1-EW 法确定指标主观权重和客观权重，基于 MIE 计算指标组合权重，通过构建单指标关联函数分别计算单指标隶属度和综合隶属度，运用最大隶属度原则进行露天矿山卡车调度系统评价，并引入变量特征值概念描述系统发展趋势；最后，将所建立的综合评价模型应用到福建省某露天矿山卡车调度系统的综合评估中，并与模糊层次分析法和未确知测度理论模型的评估结果进行比较。结果表明，该矿山卡车调度系统为Ⅱ级，与系统实际应用情况相符，且 3 种评估模型结果一致，说明本研究所建立的综合评价模型在卡车调度系统评估方面具有适应性，为卡车调度系统评估提供了新思路。

基于 YOLOv4-tiny的铁矿石品位识别技术研究

何文轩 , 荆洪迪 , 柳小波 , 于健洋 , 孙效玉

2021, 50(10): 150-154.

摘要 ( 165 )

PDF (1861KB) ( 492 )

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为实现矿山现场对不同铁矿石品位的智能化识别以及模型在便携设备上的搭载，对不同铁矿石的不同品位进行了数据增强处理并选择 YOLOv4-tiny 作为训练的神经网络算法。YOLOv4-tiny 深度学习神经网络框架，采用 CSPdarknet53_tiny 作为主干提取网络并结合 FPN 对岩石图像进行特征提取和学习，在训练过程中采用迁移学习思想以及早停法对训练进行加速，进而生成铁矿石品位识别模型。最终通过测试集验证，模型对于每种矿石品位图像识别正确率大于 91%。对于不同环境拍摄的图像以及视频识别也超过 80%。模型可以很好地区分不同品位的铁矿石，试验证明模型的鲁棒性较强。

基于 Comsol的平板高梯度磁选机的仿真与实验研究

叶方平 , 李宸宇 , 曾剑武 , 汤亮

2021, 50(10): 155-161.

摘要 ( 126 )

PDF (2473KB) ( 463 )

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针对非金属矿物石英砂含铁量较高，传统除铁提纯方法以及现有磁选设备分选指标较差，分选效率低的问题，研究了一种新型永磁磁选机——平板高梯度磁选机。从选矿效率的角度对平板高梯度磁选机的工作原理和过程进行分析，确定了影响分选品位的主要参数为：磁系长度、皮带倾角、皮带转速以及冲洗水量。运用 Comsol 仿真平台对磁选过程进行数值模拟，分析影响平板高梯度磁选机分选效率的关键参数，在实验研究中通过改变磁选机磁系长度、磁系倾角、皮带转速和冲洗水量，得到了不同条件下非磁性产品的产率、铁去除率等指标。结果表明：皮带转速和磁系倾角的变化以及冲洗水量对铁去除率有显著影响，当磁选机以磁系长度为 1 m、皮带转速为 5 r/min、平板倾角为 5°和冲洗水量为 8.3 L/min 进行分选时，石英矿中 Fe2O3含量从 0.035 9% 降低至 0.016 6%，铁去除率为 43.97%。实验结果与仿真结果为进一步提高平板高梯度磁选机的性能提供了技术参考，同时为非金属矿物石英砂的开发利用提供了研究基础。

磁选柱中螺线管型磁系的模拟优化研究

张洺睿, 郭小飞, 任伟杰, 代淑娟

2021, 50(10): 162-167.

摘要 ( 67 )

PDF (3063KB) ( 473 )

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针对磁选柱螺线管型磁系中心磁感应强度低和磁场梯度小等问题，利用理论计算和有限元仿真相结
合的方法，对螺线管磁系长度与宽度的尺寸配比进行优化研究。理论计算结果表明，当螺线管磁系的线圈为 570
匝时，中心磁感应强度可达 15.26 mT。仿真模拟结果表明，随着螺线管线圈长度 b 与宽度 a 比值增加，磁系中心磁
感应强度的模拟值与理论计算值的误差为 0.13%~1.95%。当 b/a 的值为 1.40 时，磁感应强度提高了 2.93%、磁场梯
度增大了 16.29%。基于以上研究结果，将 ?75 mm 实验室型磁选柱的螺线管磁系的总匝数确定为 560 匝（20 层×28
列）。对辽宁本溪地区细度为-0.074 mm 占 83.96%、TFe 品位为 29.63% 的磁铁矿进行实验室阶段磁选试验，获得了
TFe 品位分别为 69.31%、27.64% 和 5.21% 的铁精矿、中矿和尾矿，3 种产品的回收率分别为 63.83%、28.81% 和
7.36%。采用优化磁系结构的磁选柱，既能够获得高品位的铁精矿，还能够抛除合格尾矿。研究结果为磁铁矿柱式
精选设备磁系的优化提供了新的研究基础。

基于 GA-AHP和云物元模型的露天矿边坡稳定性评估研究

胥孝川 , 王训洪 , 叶鲁青 , 赵目良 , 雷刚

2021, 50(10): 168-172.

摘要 ( 64 )

PDF (1750KB) ( 460 )

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针对露天矿边坡稳定性评估指标具有模糊性、随机性和不相容性的特点，结合云模型和物元分析方法，建立了基于 GA-AHP 和云物元评估模型。根据露天矿边坡稳定性的特点，从地形地貌、地质环境、大气水文环境、人为地震影响 4 个方面对边坡稳定性进行综合评估。选取了边坡坡度、岩体结构特征、年最大降雨量和边坡排水等 10 个影响因素作为二级评估指标，构建了边坡稳定性评估指标体系，并采用遗传层次分析法计算了边坡评估指标的权重。对评估指标进行分级，建立了基于 GA-AHP 和云物元模型的露天矿边坡稳定性评估模型。将所建立的模型运用到实际案例中，计算了各评估指标的关联度和综合关联性，结果表明：该露天矿边坡稳定性等级为"稳定"，评估结果与实际情况吻合。

基于离散元的“岩崩灾害——结构体”致灾风险性参数分析

王心怡 , 孙新坡 , 丁泽浩 , 车驰

2021, 50(10): 173-181.

摘要 ( 67 )

PDF (3342KB) ( 442 )

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岩崩灾害是我国西南山区一种破坏性极强的地质灾害。关于岩崩灾害和防灾结构体之间的冲击规律十分复杂，除了边坡几何形状、结构体几何形状和放置位置等因素影响外，还与岩体碎屑程度有关。上述因素导致了关于此类灾害的防治十分棘手。本研究采用三维离散元方法，考虑边坡角度、结构体的宽度、结构体高度、灾害体碎屑程度、结构体离灾害体距离等 5 个因素，研究了岩崩灾害和结构体之间的动力演化规律。结果表明：5 个因素均对岩崩灾害的冲击力产生影响，其中碎屑程度的影响最为复杂，在二者距离较近条件下，碎屑程度小的灾害体冲击力更大；在较远条件下，碎屑程度大的灾害体冲击力更大。根据所得的风险性参数，给出相应的风险性评价模型，以期对实际工程起到指导作用。

许东沟矿下盘岩体边坡能量突变分析

白梦月 , 常来山 , 桑晓晓 , 寇明清

2021, 50(10): 182-185.

摘要 ( 66 )

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极限平衡法一直是边坡稳定性分析的主要计算方法，具有不考虑岩土体变形的主要理论缺陷，而且目前经常以数值分析的单元安全度计算相辅助，但总体效果尚未改观。数值模拟、强度折减和能量突变相结合，计算分析了许东沟露天矿下盘二期设计边坡的稳定性，开采初期至-48 m 水平时，混合岩构成的岩体边坡安全系数高达 2.18，边坡较为稳定；采深到-204 m 时，绿泥石英片岩在边坡出露后，安全系数下降为 1.59；而下部边坡由强度较高的铁矿体构成，安全系数并未因高度增加而下降，最终边坡安全系数为 1.64，并同极限平衡法的计算结果进行了对比。探讨了局部边坡分析时的能量统计区域形状影响问题，梯形和平行四边形区域的能量密度统计值略有差异，但突变点一致。采用同极限平衡法相同的强度折减策略，数值模拟和能量突变相结合的方法，可弥补极限平衡法的理论缺陷，考虑问题全面，是值得深入研究的一种计算体系。

赤泥尾矿库气驱排渗降水试验研究

汪泉 , 付文堂 , 邢爱国 , 刘宁 , 吴泉澳

2021, 50(10): 186-191.

摘要 ( 67 )

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尾矿库的安全是矿山生产活动的保证，通过排渗加固坝体地基能够有效提高尾矿库稳定性。气驱排渗是在垂直排渗工法基础上引入气驱系统与槽孔管的新型排渗方法，气驱系统可以在排渗井内产生负压，于土体周围形成一定范围的真空渗流场，加速孔隙水渗流，槽孔管增加了渗流面积并保证渗流的稳定性。在澳大利亚 Yarwun 赤泥尾矿现场气驱排渗试验中，利用孔压静力触探(CPTU)及室内固结试验测定赤泥尾矿库地层信息与土体性质，结合涌水量和孔隙水压力现场实测数据，并通过对比排渗前后赤泥物理力学性质变化对气驱排渗加固效果进行讨论。结果表明：试验场地赤泥颗粒极细、压缩性高、渗透性差，采用气驱排渗降水效果良好，槽孔管保证了涌水量的稳定，真空负压从上往下递增；降水后赤泥不排水抗剪强度与有效应力显著提高，渗透系数比加固前减小，加固效果随深度增加不断提高，对于超出排渗井深度土层的加固效果也较为显著。

基于遥感技术的矿山生态修复调查研究—以冀东铁矿为例

王娜 , 田磊 , 文可戈 , 李大猛 , 彭桢 , 刘星兴 , 余洋

2021, 50(10): 192-198.

摘要 ( 100 )

PDF (5056KB) ( 469 )

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为科学推进矿山生态修复，依托高分辨率遥感数据精度优势，融合传统地质调查工作特点，厘清现有技术方法适用范围，提出基于遥感技术的矿山生态修复调查方法协作方式。以河北省唐山市冀东铁矿为例，实现矿山生态修复调查典型案例示范。研究表明：以“人机交互解译技术”“面向对象信息提取技术”“三维景观模拟技术”等方法手段为主体、以野外调查验证为辅助的矿山生态修复调查工作协作方式，可实现对矿山露天采场内独立地物与关键要素的精准识别、快速提取，辅之野外调查验证，进而完成对矿山地质安全隐患、土地损毁、生态退化等现状摸底。调查结果既可作为生产矿山“边开采、边治理”的工作依据，也可作为闭坑矿山生态修复的重要参考。

超长走向金属矿山通风系统优化研究

谭星宇

2021, 50(10): 199-203.

摘要 ( 82 )

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为了制定可靠的超长走向金属矿山通风系统优化方案，在分析超长走向金属矿山通风系统的主要特
点的基础上，结合矿山实际情况，制定了 2 个通风系统优化方案：集中回风方案一和东、西分区回风方案二。运用
Ventsim 三维仿真软件对方案一和方案二进行仿真模拟，由仿真模拟结果可知，按方案一和方案二优化后通风系统
均能满足生产的要求。制定适用于超长走向通风系统的优化方案选取指标，并应用于方案一和方案二的比选，最
终选取方案二为矿山的通风系统优化方案。本研究成果可为类似超长走向金属矿山通风系统的优化提供参考。

多孔介质湿式除尘器收集细颗粒物性能研究

朱能天 , 陈旺生 , 黄董平 , 范一凡

2021, 50(10): 204-208.

摘要 ( 116 )

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针对目前湿式除尘器对高浓度细颗粒物除尘效率较低、压力损失较大、喷嘴易堵塞等问题，基于多孔介质对捕集细颗粒物的增强效应，研制出一种多孔介质湿式除尘器。对该除尘器的工作原理和除尘机理进行了分析，并对该除尘器的除尘效率、排放浓度和压力损失进行了实验研究。除尘机理分析表明：该除尘器将多孔介质除尘机理和冲击水浴除尘机理相结合，增大了粉尘与液滴、液膜的接触面积，增强了粉尘与液滴、液膜的碰撞效果，在惯性碰撞、截留、扩散的共同作用下提高了对细颗粒物的除尘效率。实验研究表明：在除尘器入口粉尘浓度为2 500 mg/m³、多孔介质厚度为15 mm、液气比为4.69 L/m³、水位高度为0的条件下，当除尘器入口风速小于14 m/s 时，对中位径为 2.509 μm的硅微粉除尘效率高于 99.48%，排放浓度低于 13 mg/m³，压力损失小于 833 Pa。

某金矿井下通风构筑物控制系统设计

胡巧琴 , 张君鹏 , 王远 , 杜翠凤

2021, 50(10): 209-213.

摘要 ( 88 )

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目前，大多数矿山内的通风构筑物仍依赖人工控制或半自动控制，无法满足智慧矿山对设备的远程和自动化控制要求。针对某金矿井下通风构筑物存在的控制方式自动化程度低、控制动作较为单一等问题，对该矿原有的通风构筑物控制系统进行了优化设计。本次研究以“上位机+自动控制技术+通风构筑物动力装置”为该金矿井下通风构筑物控制系统的基本模式，通过 LabVIEW 组态软件编写控制系统的上位机监控界面，采用西门子 S7-1200 系列 PLC 控制技术对该井下通风构筑物控制系统进行设计，并利用分站通讯方式提高了系统的安全性和灵活性。该系统不仅实现了对该金矿井下通风构筑物工作状态的实时监控，还提供了自动和手动 2 种控制方式。该系统在某金矿投入使用后，使得井内的通风环境得到了明显改善，一定程度上保障了该金矿的安全生产。

二氧化碳防灭火技术在采空区发火治理中的应用研究

王国芝 , 姜奎, 王怡, 姚向东 , 吴奎斌

2021, 50(10): 214-220.

摘要 ( 143 )

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综放工作面回采过程中采空区遗煤自然发火是矿井生产过程中经常出现的自然灾害。由于复杂的地质及漏风情况，其危险性增大，而合理的防治措施是避免事故发生的关键。因此，以孔庄煤矿 7465 工作面为研究对象，首先利用 Fluent 软件模拟采空区压注二氧化碳后风压场分布、氧气与二氧化碳浓度场分布，数值模拟结果表明：压注二氧化碳在一定程度上可以减小采空区漏风量，稀释氧气体积分数、减小自燃区面积、惰化采空区。其次开展了采空区注浆、注氮、注二氧化碳的现场试验，并对 3 种措施的防灭火效果进行了对比分析。结果表明：采空区每日进行注浆后，各测点 CO 浓度呈下降趋势最终稳定在 300×10-6左右；对采空区注氮 4 d 后，各测点 CO 浓度下降至 100×10-6以下，在停止注氮后 CO 呈上升趋势，采空区出现复燃；最终向现场连续压注 5 d，累计压注 150 t 左右二氧化碳之后，采空区发火得到有效治理，采空区 CO 浓度降至 50×10-6左右，工作面、回风流和上隅角未检测到 C 2H4气体。对比注浆、注氮技术，验证二氧化碳防灭火技术具有灭火速度快、不易复燃、现场适用性强的优势。对采空区遗煤自然发火灾害防治有重要的指导作用。

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