金属矿山

李国清, 王浩侯杰, 胡乃联

2021, 50(11): 1-12.

摘要 ( 1322 )

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智能矿山作为未来矿山的生产方式，已在国内外矿业界受到普遍关注。从宏观战略引导和矿山建设实践两个层面梳理总结了国内外地下金属矿山智能化建设的目标、理念、建设经验、关键技术以及所取得的成果。通过分析国内外智能矿山建设的战略导向和代表性建设实践，得出国外先进矿山采用从矿山自动化到智能化的推进方式，我国矿山则从两化融合与智能制造引导下的智能化战略入手，历经了从数字矿山到智能矿山的逐步发展过程。对比国内外矿山智能化建设特点后总结得出，我国地下金属矿山应在借鉴国外先进经验的基础上，发挥技术积累、融合创新、推进速度、协同建设等方面优势，以数字化技术、5G技术、人工智能技术的飞速发展为支撑，形成与自身资源条件、技术水平、人员素质相匹配的技术方案与推进方式。最后总结得出我国的地下金属矿山智能化建设的发展趋势在于，结合绿色矿山的建设要求，以矿床模型的延伸应用和匹配于智能矿山的开采工艺变革为前提，在标准化的数据资源规划基础上，构建面向5G+工业互联网和虚拟现实的生产管控应用场景，实现面向大数据的全局优化决策。

深部金属矿采场顶板滑移冒落微震时空演化规律

刘建坡魏登铖师宏旭王永昕

2021, 50(11): 13-18.

摘要 ( 111 )

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针对阿舍勒铜矿深部采场顶板滑移性破裂过程中的微震时空演化、灾害孕育诱发因素与发生机制进行了系统研究。结果表明：微震时空分布可以直观反映岩体内部裂纹的演化过程；采场冒落前，微震活动性出现明显减弱现象，但微震能量呈现幂率加速释放态势；在所监测的微震事件中，剪切型破裂占比达68%，且主要集中于矿岩接触带处，顶板则为张拉型破裂为主的非剪切破坏区。采场顶板滑移性冒落是接触带两侧矿岩体物理力学性质差异性和附近采场强烈回采爆破扰动共同作用造成的。在进行深部金属矿体边界区域回采时，应加强地压灾害孕育发生过程的实时监测，并采用及时充填和减小爆破扰动等措施，降低采场顶板冒落风险。

基于离散元与光滑粒子流体力学耦合的高浓度尾砂浓密过程仿真

熊有为, 刘福春, 陈伟刘恩彦, 雷显权,

2021, 50(11): 19-24.

摘要 ( 130 )

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为实现对高浓度尾砂浓密过程的动态可视化观测和定量化表征，弥补常规物理相似模拟和数值模拟方法适用性较差的不足，提出了一种基于离散元（DEM）和光滑粒子流体动力学（SPH）耦合的高浓度尾砂浓密仿真方法，并采用该方法对某矿全尾砂浓密工艺进行了模拟仿真。通过建立与工业机结构一致的全尺寸深锥浓密机模型，基于物理试验标定固液两相流体仿真参数，以浓密机底流浓度作为主要评价指标，将仿真结果与现场生产情况进行对比，结果显示二者误差极小，验证了仿真模型的准确性和可靠性，为矿山充填浓密工艺研究与优化设计提供了一种新方法。

不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究

刘洪磊宋旭牛雷雷刘溪鸽

2021, 50(11): 25-32.

摘要 ( 108 )

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针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题，利用岩石蠕变-冲击试验机，开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石内部结构和力学特性，因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性，探索水对岩石力学特性弱化作用机理；研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响，揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试，讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明：随着应力水平增加，干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低，出现“频率漂移”现象，砂岩饱水后表现出低通滤波特性；与干燥状态下的砂岩相比，饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率，浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样；试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到急剧增大的一个拐点，蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。

岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术研究

杨正仓纪刘一舒郭卫刘培马松

2021, 50(11): 33-40.

摘要 ( 89 )

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对岩巷工程灾害的预警预报和应急响应是减少人员伤亡和经济损失的重要途径，通过红外辐射和声发射联合监测含孔岩石在受力过程中的物理变化可以有效地模拟岩巷工程灾害演化与爆发。为此，开展了含孔洞岩石加载过程的红外辐射和声发射联合监测试验，对含孔洞岩石加载的红外辐射和声发射特征以及二者之间的关系进行了研究。结果表明：①极差曲线随应变的变化具有明显的阶段性特征，特别在最后阶段，极差曲线加速上升并出现突跳点，反映了温度场的分异现象和前兆特征，前兆时间平均为95.71%峰值应力；②声发射能率和声发射率曲线具有阶段性变化特征，在后期阶段普遍存在岩石破坏的前兆特征，前兆时间平均为82.68%峰值应力；③岩石加载后期，红外与声发射前兆具有递进性，即声发射前兆早于红外前兆，两者的时间分界线在92%~95%峰值应力；④红外和声发射变化特征的关系与岩石的损伤破裂演化以及两种监测技术的特点有密切关系。根据试验结果，提出了岩巷岩体失稳破坏的红外和声发射联合监测预警技术，讨论了两种技术的互补性，并给出了联合监测预警的技术流程，供相关研究和现场监测参考。

基于地震波频谱分析与线性叠加的电子雷管延时优选

何理, 谢先启, 韩传伟钟冬望王洪刚黄小武黄炳林

2021, 50(11): 41-48.

摘要 ( 126 )

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电子雷管延期时间优选需要考虑爆心距因素，现有研究成果多是针对特定建（构）筑物所提出，需要解决不同爆心距处被保护对象的延期时间设置问题。结合国内某红砂岩石方开挖爆破工程，设计开展电子雷管爆破振动监测试验，分析地震波峰值振动速度与振动主频演变规律；依据地震波线性叠加原理，运用MATLAB编制计算程序，建立单孔爆破波形Fourier级数拟合函数，研究叠加波列数与延期时间对合成波形峰值振动速度的影响机制，提出电子雷管延期时间优选方法。结果表明：爆破地震波峰值振动速度及振动主频随比例距离呈幂指数形式衰减；叠加波列数达到23时，合成波形峰值振动速度趋于稳定。当孔间延期时间为单孔振波主振周期2.6倍以上时，合成波形峰值振动速度接近单孔振波峰值；延期时间为单孔振波主振周期0.4~0.6倍时，合成波形峰值振动速度可能会出现最小值或较小值，但延期时间为主振周期1倍左右时，合成波形会出现干扰叠加振速增强。所建立的延期时间优选方法，可计算任意爆心距处的最优延期时间值。

乳化炸药毒气抑制剂在矿山爆破中的应用研究

张西良, 李二宝, 杨海涛, 仪海豹, 詹思博,

2021, 50(11): 49-54.

摘要 ( 92 )

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为降低爆破作业过程中炮烟中毒气的浓度，以炸药爆炸的化学反应为理论基础，研制了一种乳化炸药爆破毒气抑制剂。选取抑制剂添加比例、装填方式两种效果影响因素进行试验研究，其中设置0mass%、 3mass%、5mass%、8mass% 4种添加比例，设置均匀混合、有吸管径向耦合、无吸管径向耦合、轴向耦合4种装填方式，试验结果表明：①炸药爆炸后，产生的毒气主要成分有4种，其中，CO所占比例最高，约占毒气总量的37.36%~37.98%；NH3、NO、NO2产生量相近，分别占总量的21.22%~23.29%，20.58~20.8%，17.99~19.24%；②随着抑制剂添加比例增大，降毒率呈先增大后减小的抛物线走势，且5mass%为最佳添加比例；③不同装填方式降毒效果优劣依次为均匀混合结构、无吸管径向耦合结构、有吸管径向耦合结构、轴向耦合结构。其中，均匀混合结构降毒率较其它结构分别提高了26.07%、56.79%、59.54%。

复杂破碎岩体矩形聚能药包预裂爆破试验研究

许守信黄绍威李二宝, 杨海涛,

2021, 50(11): 55-63.

摘要 ( 115 )

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矿山靠帮作业中，确保节理裂隙发育地带的预裂爆破效果具有重要意义。为解决复杂破碎岩体预裂爆破效果差、半壁孔率较低的难题，以酒钢集团西沟石灰石矿西帮为例，结合炮孔特点及施工工艺，提出了一种聚能槽角度85°、药柱与孔壁之间约有13 mm空气间隔的矩形聚能装药装置，并分析了其聚能射流定向破岩机理；建立了聚能装置ANSYS/LS-DYNA数值模型，提取分析了沿聚能槽水平方向、垂直方向的监测点应力特征。研究表明：由于聚能药包的存在，调整了炮孔周边岩体应力分布状态，使得在与孔壁相同距离下，沿炮孔中心水平方向应力明显大于沿炮孔中心竖直方向应力，前者为后者的1.62~3.51倍，爆炸能量充分作用于聚能槽方向，使沿炮孔中心竖直方向（即被保护岩体方向）能量减弱，有效提高了聚能成缝效果。现场进一步试验结果表明：采用矩形聚能药柱预裂爆破区域半壁孔率为64%~82%，不平整度小于20 cm，远优于普通预裂爆破，验证了矩形聚能药柱装药结构的可行性，对于类似矿山具有一定的借鉴意义。

普朗铜矿自然崩落法切割井形成技术研究

肖卫国李争荣陈林冯兴隆朱俊宁刘华武李青松

2021, 50(11): 64-68.

摘要 ( 82 )

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中深孔一次爆破形成切割井是自然崩落法矿山聚矿槽爆破的先决条件。为实现普朗铜矿DU411潜孔台车施工[?]762 mm空孔、SimbaH1354台车施工[?]76 mm中深孔工艺条件下切割井的安全、稳定施工，在总结矿山含矿岩体物理力学性质的基础上，采用最大拉应力破坏准则和Mises准则，对矿山中深孔爆破作业在主要的4类含矿岩体中形成的破碎区、裂隙区进行了理论计算，认为切割井掏槽炮孔的设计应按破碎区范围布孔，辅助孔和周边炮孔应按裂隙区范围要求布孔，在此基础上确定了切割井中深孔设计参数。按照达到爆破效果需满足补偿空间要求的原则，结合电子雷管可随意确定爆破时间的优点，对各孔爆破时间按照岩石破碎、飞掷充满补偿空间、轴向移出高度范围形成新的补偿空间3个阶段进行了计算，提出了余波推动自由落体运动确定t3的方法，达到了随爆破不断创造补偿空间的效果。经过现场试验，实现了中深孔一次爆破形成高18 m、断面4 m×4 m的切割井。采用试验成功的技术方案，矿山已安全、高质量地完成了250个聚矿槽的中深孔爆破工作，过程中未发生安全和质量事故。

预应力金属微晶陶瓷复合衬板的研发与应用

贾锡永王清泉贾培祥付米良张鹏杨伟

2021, 50(11): 69-73.

摘要 ( 152 )

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微晶陶瓷是一种具有耐磨、耐腐和耐温的高性能材料，可在同时具有磨损、腐蚀和高温环境中使用，其性能优于金属和有机材料。但是微晶陶瓷的显著性不足在于抗冲击韧性差，属于脆性材料，是由于微晶陶瓷的烧结工艺所造成晶粒之间形成结构微裂纹，微晶陶瓷受到抗拉和冲击时易产生结构微裂纹“失稳”而断裂。尽管先进的陶瓷加工工艺有助于提高微晶陶瓷的冲击韧性，但因制作成本因素，致使其应用领域受限。发明了一种预应力金属微晶陶瓷复合材料，提高了微晶陶瓷抗冲击强度的20~80倍，急冷急热性能较好。对预应力金属微晶陶瓷复合衬板的研发原理进行了分析，并通过试验分析构建了预应力与微晶陶瓷衬板长度的数学模型，为生产各种性能指标的预应力金属微晶陶瓷复合衬板提供了一种设计参数的计算方法。将该型衬板应用于斜沟煤矿、陕西建新煤化有限公司、乌审旗蒙大矿业等矿山企业，详细阐述了衬板的安装技术流程，取得了理想成效。研究表明：预应力金属微晶陶瓷技术在矿山应用前景广阔，可以进一步推广应用于生产预应力金属微晶陶瓷复合衬板和管道，有助于解决微晶陶瓷由于冲击韧性差致使应用领域受限的不足。

矿物浮选动力学模型及影响因素研究进展

马强李育彪李万青向焱李诗浩

2021, 50(11): 74-80.

摘要 ( 169 )

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浮选动力学可对浮选过程进行量化描述，有助于提升选矿自动化水平，近年来受到了越来越多重视。基于浮选动力学模型的发展历程，综述了矿物晶体结构、矿物颗粒大小、矿物颗粒形状、药剂作用及浮选设备影响等因素对矿物浮选动力学的影响。此外，还展望了浮选动力学发展，指出运用理论计算分析并结合矿物工艺学及矿浆流体运动规律可进一步加强浮选动力学模型对实际浮选过程的指导意义。

新疆某伟晶岩型锂多金属矿石中伴生元素的回收试验

汪泰, 李沛伦, 李汉文, 邹坚坚, 王威杨凯志, 王成行,

2021, 50(11): 81-85.

摘要 ( 132 )

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新疆某伟晶岩型锂多金属矿伴生钽铌锡等有价元素，其中钽铌主要以钽铌铁矿的形式存在，锡主要以锡石的形式存在。为提高伴生元素的回收率，根据矿石性质最终确定了粗磨—重选预富集—强磁选—离心分离的原则工艺流程，并开展了相关条件试验研究。重液分析确定重选适宜的入选粒度为-0.35 mm，在此条件下，通过螺旋溜槽粗选—摇床精选工艺实现了钽铌锡预富集。对预富集精矿进行锡石与钽铌铁矿的强磁选分离，适宜的工作参数为磁场强度800 mT、脉动频率260次/min。非磁性产品主要为锡石和锂辉石，在冲洗水量2.0 L/min、给矿浓度30%、给矿量1.0 kg/min的条件下，确定离心选别适宜的重力加速度为50G。根据条件试验确定的工艺条件，进行螺旋溜槽粗选—摇床精选—弱磁选—强磁选—离心重选全流程试验，最终获得了Ta2O5品位13.90%、Nb2O5品位29.14%、Ta2O5回收率49.50%、Nb2O5回收率58.37%的钽铌精矿及Sn品位 41.45%、Sn回收率54.39%的锡精矿，有效实现了伴生有价矿物的综合回收。

哥伦比亚某含铜金银矿石选冶联合工艺研究

陈水波, 王乾坤, 孙忠梅, 徐其红, 李黎婷, 吴维新,

2021, 50(11): 86-90.

摘要 ( 75 )

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哥伦比亚某含铜金银矿矿石中有价元素金、银、铜含量分别为7.61 g/t、44.62 g/t和0.10%。原采用重选—重选尾矿直接氰化浸出工艺，银浸出率低、铜大量浸出，贵液后续处理困难。针对以上问题，采用重选—重选尾矿优先浮铜—浮铜尾矿浮选金银—金银精矿氰化浸出的选冶联合工艺开展试验研究。结果表明：①该矿石中硫化矿物主要为黄铁矿，含金矿物以银金矿为主，含银矿物主要为锑黝铜矿，铜矿物主要为黄铜矿。②矿石采用两段尼尔森重选—超级选金机精选的重选工艺，可获得综合重选金精矿含金34.10 kg/t、含银9.34 kg/t、含铜0.072%，金回收率44.56%，银回收率2.06%、铜回收率0.006 6%。③对重选尾矿采用优先浮铜工艺，在磨矿细度为-74 μm占64%的条件下，以Na2CO3为调整剂、Z-200为捕收剂，经2粗2精，可获得铜品位24.47%、金品位402.4 g/t、银品位8 841.6 g/t、铜回收率63.92%、金回收率25.62%、银回收率 55.96%的铜精矿。④采用选冶联合工艺流程处理该矿石，全流程试验可获得金综合回收率88.21%、银综合回收率77.02%、铜回收率63.92%的指标。不仅回收了铜矿物，降低了铜浸出量和氰化钠单耗，还改善了贵液后续处理过程。同时，银综合回收率提升明显，极大降低了氰化尾渣的处理量。

鞍山某含菱铁矿强磁精矿流态化磁化焙烧—弱磁选试验研究

智慧, 董振海刘剑军杨晓峰孙昊延

2021, 50(11): 91-96.

摘要 ( 114 )

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鞍山某强磁精矿中菱铁矿含量较高，难以实现有效分选。为此，采用流态化焙烧反应器，在传统还原磁化焙烧的基础上，开展了低温预氧化—超低温还原磁化焙烧—弱磁选试验研究。结果表明：①试样 TFe品位为29.47%，主要脉石成分SiO2含量为52.81%，有害杂质S、P含量较低；铁主要以赤铁矿的形式存在，分布率为79.37%，其次为碳酸铁11.71%、磁性铁3.46%。②在500 ℃和550 ℃的条件下，以工业发生炉煤气为还原气，直接还原磁化焙烧过程中生成弱磁性浮氏体，难以实现弱磁选铁矿物相的完全磁性转化。③采用低温预氧化—超低温还原磁化焙烧可获得稳定的完全强磁性转化，适宜的流态化磁化焙烧参数为550 ℃预氧化2.5 min，再450 ℃还原焙烧10 min。④焙烧矿在磨矿细度为-30 μm占92.60%、磁场强度为79.60 kA/m的条件下，可获得精矿全铁品位大于63%、全铁回收率大于84%的良好指标。⑤产品XRD分析、BSE矿相检测、EDS 能谱检测结果显示试验过程中未见弱磁性赤褐铁矿和浮氏体存在，预氧化矿保持了原试样中含铁物相边界的初始形态，菱铁矿矿物相中类质同象替换的Mg、Ca元素在焙烧过程也未发生迁移，磨矿和弱磁选过程也无法将其分离。

脱磷剂及焙烧温度对高磷鲕状赤铁矿石还原产物磨矿特性的影响

陈泽坤孙体昌吴世超李宗蔚

2021, 50(11): 97-103.

摘要 ( 67 )

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为探究脱磷剂种类及用量、焙烧温度对高磷鲕状赤铁矿还原产物的磨矿特性的影响，以阿尔及利亚高磷鲕状赤铁矿为对象，采用筛分分析、化学分析及扫描电镜等手段研究还原产物可磨度、磨矿后铁和磷分布情况。结果表明：①还原产物磨矿产品颗粒粒度主要分布在+0.074 mm和-0.030 mm这2个粒级，-0.074+0.045 mm和-0.045+0.030 mm粒级含量较少。②随着脱磷剂用量的增加，还原产物的可磨度升高；不同种类的脱磷剂对还原产物可磨度的影响程度由大到小依次为CaCO3+Na2CO3、CaCO3、CaCO3+CaF2、CaF2、Na2CO3。③不加脱磷剂时，+0.074 mm粒级磷主要存在于磷灰石以及部分铁中；加入CaCO3、混合脱磷剂时，磷的分布较为集中，主要是以磷灰石的形式存在；加入Na2CO3时，磷的分布较为均匀，存在于脉石中与铁形成连生体；加入CaF2后，磷的分布较为均匀，存在于脉石以及铁中，但脱磷的效果较差。④随着焙烧温度的升高，+0.074 mm粒级产率升高，其余粒级产率逐渐降低，还原产物的可磨度迅速降低；焙烧温度升高，+0.074 mm粒级铁品位和磷含量升高，铁和磷逐渐富集到粗粒级当中。

石墨晶体结构与浮选速率的关系研究

魏少巍张凌燕, 邱杨率, 丁大发刘淮亮

2021, 50(11): 104-109.

摘要 ( 108 )

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石墨晶体结构特征与其浮选速率的关系研究具有重要的意义，针对莫桑比克、湖北宜昌、吉林汪清等10个来源的石墨精矿开展了接触角测试、晶体结构特征分析及浮选速率试验。结果表明：①大鳞片石墨和致密晶质石墨普遍具有相对较大的接触角，而细鳞片石墨和隐晶质石墨一般接触角相对较小。②各石墨精矿中石墨晶体轴长a0范围为0.246 51~0.248 27 nm，c0范围为0.671 29~0.675 68 nm，晶胞体积V范围为 0.035 33~0.035 99 nm3，石墨化度范围为68.78%~94.57%；大鳞片石墨晶胞体积更小，晶体结构更完整，石墨化度更高，细鳞片石墨及隐晶质石墨晶体结构边缘接入了较多含氧官能团，晶体缺陷更多，石墨化度更低；石墨晶体中3R多型含量与其石墨化度成负相关。③石墨精矿浮选速率符合经典一级动力学模型；石墨化度与浮选速率成正相关，石墨化度越高的石墨，其浮选速率越快，精矿固定碳含量越高；大鳞片石墨一般具有较高的石墨化度，其浮选速率较细鳞片石墨及隐晶质石墨快，因此其精矿固定碳含量较高。

某钒钛磁铁矿精矿深度还原铁颗粒长大特性研究

张凯丁亚卓

2021, 50(11): 110-114.

摘要 ( 101 )

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深度还原过程中铁颗粒粒度特征对后续分选指标有重要影响，以攀西地区某钒钛磁铁矿精矿为对象，通过单因素条件试验重点考察还原温度、还原时间、Na2CO3质量分数对铁颗粒长大特性的影响规律。结果表明：随着还原温度的升高、还原时间的延长及Na2CO3质量分数的增大，试样中还原铁含量增加，金属化率不断提高，铁颗粒大小不断增大。当还原温度为1 000 ℃、还原时间为2 h、Na2CO3质量分数为15%时，还原铁含量为44.28%、金属化率为86.84%；在此还原条件下还原产品中+19 μm粒级含量为53.29%，+53 μm粒级含量达到了13.35%，进一步磨矿和磁选后金属铁的回收率可达93%以上。深度还原过程中铁颗粒长大经历了形核、长大、冷却三个阶段，最终还原形成的铁颗粒50%以上形成单体，剩余大量铁颗粒存在于矿物边缘或内部孔洞边缘，少量存在于矿物颗粒内部。

辽宁某氰化尾渣中铁、铅综合回收试验研究

郑金, 王洪凯李斌川, 陈建设, 刘奎仁, 韩庆,

2021, 50(11): 115-120.

摘要 ( 110 )

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摘要辽宁某黄金冶炼企业氰化尾渣中铁、铅含量分别为35.93%、3.88%，具有一定的综合回收价值。针对此尾渣开展了还原焙烧—熔分法回收铁和铅的试验研究，重点考察了焙烧温度、焙烧时间、还原剂用量和添加剂用量对铁金属化率和铅挥发率的影响。结果表明，在焙烧温度为1 250 ℃、焙烧时间为60 min、焦粉用量为20%、CaO用量为25%的条件下，氰化尾渣的铁金属化率和铅挥发率分别达到99.85%和95.92%；X射线衍射和扫描电镜分析结果表明，添加剂CaO可以促进焙烧过程中铁还原、铅挥发和金属铁颗粒的聚集长大，并且具有一定的脱硫作用。将焙烧渣在1 600 ℃下熔分1 h，可获得TFe品位达90.02%、硫含量为0.016%、铁回收率为88.92%的铁锭。熔分渣的各项毒性浸出指标远低于控制标准，实现了氰化尾渣的无害化、资源化利用。

Fe3+作用下煤矸石中黄铁矿的氧化速率和化学计量学特征

金韬, 孟庆俊, 凤阳, 胡振琪, 崔雅红, 冯启言,

2021, 50(11): 121-128.

摘要 ( 129 )

PDF (3589KB) ( 590 )

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硫铁矿含量较高的煤矸石在水、氧存在的条件下会发生氧化反应产生酸性矿山废水（AMD），而Fe3+是该氧化反应过程中的强氧化剂。为了研究Fe3+作用下各类型煤矸石的氧化特征，设置不同初始Fe3+浓度的酸性条件，对来源于3种煤系、不同硫含量的煤矸石样品KL、DZ、SX及黄铁矿样品进行氧化产酸模拟试验，并通过产酸模拟试验中的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比来验证试验体系遵循的化学反应。结果表明，在酸性条件下，各试样的氧化速率随液相中初始Fe3+浓度的增加而增加，第1~7 d为煤矸石及黄铁矿的快速氧化反应期，氧化产酸反应主要受化学反应的控制，试验条件下该阶段黄铁矿的氧化速率可达5.23×10-5 mol/ （L·h），而KL、DZ、SX的最大氧化速率分别为1.91×10-5 mol/（L·h）、1.1×10-7 mol/（L·h）和1.5×10-6 mol/（L·h）。煤矸石试样的氧化产酸过程与纯黄铁矿有显著区别：黄铁矿的氧化速率高于煤矸石，但煤矸石的铁溶出率却高于黄铁矿。不同煤矸石的氧化特征有较大差异：净产酸潜力最低的煤矸石DZ（22.89 kg/t，以H2SO4计，后同）氧化速率低于其他矸石样品；净产酸潜力值相当的KL（92.21 kg/t）和SX （90.58 kg/t）在Fe3+的氧化反应过程中有较大差异，表现在［SO42?］/［Fe2+］化学计量比上。其中KL有着与黄铁矿相似的比值规律，遵循FeS2在对应条件下的氧化机理，但SX的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比远高于理论值，DZ的［SO42?］/［Fe2+］化学计量比总体最高，这可能由煤矸石的产碱矿物导致的。总体而言，煤矸石所含矿物情况和风化程度造成其产酸过程的差异，含硫量越高的煤矸石其产酸污染潜力随风化程度而增加。

青海祁漫塔格卡尔却卡地区铜多金属矿找矿预测

王盘喜, 张鹏王振宁, 郭峰, 冯乃琦, 王红杰,

2021, 50(11): 129-141.

摘要 ( 120 )

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卡尔却卡位于东昆仑造山带西段祁漫塔格地区，伯喀里克—香日德印支期金、铅、锌（铜、稀有、稀土）三级成矿带的最西端，区域矿产呈NW—SE向带状分布。前人对区内研究侧重于矿物学、矿床学和岩石地球化学，缺乏找矿预测研究。通过系统总结区内地质、矿产、物探、化探、遥感特征，建立了铜多金属矿找矿预测模型，开展了找矿预测。研究表明：①卡尔却卡地区典型矿床为铜多金属矿，主要成矿时代为印支期，含矿层位为奥陶纪祁漫塔格群，含矿岩性为矽卡岩、大理岩，接触带为最主要的控矿构造、次为断裂，印支期中酸性侵入岩与区内成矿关系最为密切，矿石矿物为黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉钼矿等。②硫化物氧化带是重要的地表找矿标志；矽卡岩型多金属矿可引起正负伴生、强度大、形态规则、连续性好的强磁异常；局部重力异常达0.2～1.0 mGal，围岩密度较高时出现一级异常叠加更高的次级异常，围岩为较低密度岩体时，表现为幅值较大的似尖峰状异常；激电异常往往表现为低阻高极化特征。③依据已知矿（化）点、矿化线索及重要地球物理、地球化学异常和遥感异常，结合含矿建造，容矿岩石、重要控矿构造特征，圈定了6处多金属矿找矿远景区，可为区内开展下一步勘查工作提供借鉴。

豫西陕渑新铝土矿成矿带构造特征及其控矿作用

雷显权, 刘福春唐华东熊有为刘恩彦

2021, 50(11): 142-150.

摘要 ( 169 )

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豫西陕州—渑池—新安铝土矿成矿带是我国重要的铝土矿资源基地。通过野外调查、构造解析、统计分析和综合研究，总结了区域及典型矿区地质构造特征，阐明了区域构造形成机制和演化过程，建立了区域构造变形动力学概念模型，研究了不同尺度地质构造对铝土矿成矿、保存、空间分布和破坏等方面的控制作用，指出了构造研究对本区铝土矿找矿、勘查和开采的重要意义。研究表明：①本区中、新生代构造变形以断裂为主要表现形式，以形成断块和断陷构造为主要特征，是印支—中燕山期近SN向不对称挤压与左旋剪张耦合作用和晚燕山—喜山期区域伸展作用的产物；②区域上发育近EW向、NW向和NE向3组不同性质的断裂，以及由它们交叉切割形成的不同规模断块、断陷构造，对铝土矿的赋存和空间展布起着重要控制作用，保存良好的矿床主要分布于断陷盆地的北部边缘地区；③正断层在各矿区普遍发育，对矿体的完整性和连续性具有显著的破坏作用，给矿床勘查、资源储量估算和矿山开采设计造成严重的不利影响。因此，应重视和加强本区构造控矿作用研究，以更好地指导铝土矿找矿、勘查和开采实践。

单、双溢流管旋流器流场特征及分离性能研究

刘国庆张悦刊刘培坤杨兴华陈波

2021, 50(11): 151-157.

摘要 ( 91 )

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普通旋流器完成一次分级只能得到细颗粒的溢流和粗颗粒的底流，无法实现窄粒级精细分级要求。为了使一次分级可以获得多个细粒径、窄粒级产品，提出了一种双溢流管旋流器，为探明旋流器内流场特征及分离性能，采用数值模拟和试验研究对比研究了双溢流管旋流器和普通单溢流管旋流器内速度场、压力场、粒度场及分离性能。数值模拟结果表明：具有双溢流管结构的旋流器经过一次分离可以获取内溢流、外溢流和底流3种粒级产品。相比于单溢流管旋流器，双溢流管旋流器的切向速度和内部静压力更大；径向速度、轴向速度和湍动能更小，说明双溢流管旋流器可以强化分离过程，有利于分离性能的提高。试验验证结果表明：相较于单溢流管旋流器，双溢流管旋流器底流浓度降低了8.3个百分点，底流产率增大了3.25个百分点，内外溢流产品中-45 μm的颗粒累积含量增加了1.15个百分点，综合分级效率提高了1.26个百分点。研究结果可为多产品窄粒级旋流分离装备及工艺的研发提供一定的参考。

旋流器底流口直管段长度对分离性能的影响研究

张智宸张悦刊刘培坤杨猛杨广坤

2021, 50(11): 158-164.

摘要 ( 123 )

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底流口直管段是旋流器的重要部件，为了探明底流口直管段长度对旋流器分离性能的影响规律，采用数值模拟和试验方法，对比研究了底流口直管段不同插入深度对旋流器压力场、速度场、湍动能的影响。模拟结果表明：随着直管段插入深度绝对值的增加，流场静压力、切向速度、湍动能均有不同程度增大，可以有效增大离心强度，强化分离效果，而径向速度随着直管段插入深度绝对值的增加有所减小，径向速度的减小有利于分级精度的提高；试验结果表明：进料压力为0.1 MPa、进料浓度为10%、进料中位粒径为16.75 μm时，随着底流口直管段长度由0 mm增加到80 mm，底流浓缩倍数由4.61倍提高到6.48倍，底流产品中位粒径由49.32 μm增大到65.88 μm，溢流产品中位粒径由8.57 μm增加到21.16 μm，溢流产品细度变大，分离粒度增大，综合分级效率较传统旋流器提高了13.85个百分点。

尾矿库安全态势分析及其敏感因素研究

柯丽华, 黄畅畅, 李全明李振涛叶义成, 张光权, 张莹,

2021, 50(11): 165-172.

摘要 ( 112 )

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针对尾矿库日常安全管控的需求，采用集对分析方法和可拓理论，提出了基于集对可拓侧距关联算法的尾矿库安全态势及其敏感因素分析模型。利用集对分析中的同异反概念和可拓理论中的物元描述方式，建立了描述尾矿库安全态势的分析系统。考虑尾矿库安全评价指标具有“极大型”或“极小型”的特点，以安全等级区间的端点取值最优为原则，建立了基于端点最优的集对可拓侧距关联算法，计算尾矿库安全状态的同异反参数，确定尾矿库安全综合联系度和指标安全影响联系度。基于集对势的定义，构建了尾矿库安全态势及其敏感因素分析模型。通过计算尾矿库的集对势和剖析同异反参数的相对大小，较好地反映了尾矿库安全状态的变化趋势，并系统地分析了各类评价指标对尾矿库安全状态的影响程度，为制定有效的安全防控措施提供了工作路径。采用基于集对可拓侧距关联算法的尾矿库安全态势及其敏感因素分析模型，对某尾矿库的安全状态及其变化趋势进行了分析。结果表明：该尾矿库整体安全状态为N2，其集对势为0.57，反映该尾矿库处于良好状态，但其安全状态具有向不安全等级发展的较强趋势；同时，确定影响该尾矿库安全状态的一级敏感指标为下游坡比（C22）、堆积容重（C32）和地质条件（C41），其管控力度由大到小依次为C22 、C32、C41，与实际情况相符。

采动中房屋就地重建时机及区域研究

安士凯周大伟李亮徐燕飞白志辉汪骁

2021, 50(11): 173-180.

摘要 ( 129 )

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当前，我国东部矿井以村庄压煤为主，由于土地紧张，矿山企业面临村庄下采煤迁村困难、地表稳定后村庄重建周期长、严重影响村民生活等问题。为此，跟据采动过程中村庄房屋就地重建思路，以地表剩余变形量选择房屋就地重建的时机和区域，从煤炭开采空间传递及分布的角度，将开采空间分为地表沉陷空间、不可释放空间（即岩石碎胀所占空间）和可释放空间，并结合概率积分法模型和时间函数推导了剩余变形量的计算方法。以峰峰矿区为例进行了应用研究，结果表明：采用所提方法准确计算出采动过程中就地重建的时间和区域，与地表稳定后重建房屋相比，采动过程中建房的时间由4.2 a提前到0.5 a，提前了3.7 a ，时间效率提高了88.1%；采动中房屋重建时间效率大幅度提升，极大地改善了当地村民生活环境及质量。研究成果对于我国矿区村庄下压煤开采房屋就地重建工作有一定的参考作用。

基于岩体结构数字识别技术的露天矿山边坡生态修复方案优选

陆世东张栋涂美义周洪文潘若寒柯波

2021, 50(11): 181-187.

摘要 ( 127 )

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露天矿边坡生态恢复是绿色矿山建设的重要组成部分，目前露天矿山边坡生态修复方案选取存在影响因素多、方案配置差和评价体系不健全的问题，开展露天矿边坡生态修复方案优选研究，对于我国绿色矿山建设具有重要的推动作用。以铜山口矿山露天边坡为研究对象，采用三维重构和理论分析相结合的方法，利用高精度三维激光扫描技术，构建了铜山口矿山地表精细化数字模型，结合矿山边坡工程地质情况进行边坡分区研究，得到7个边坡分区图；基于岩体结构数字识别技术获得各分区的边坡角度、高度和岩体节理裂隙密度参数，采用岩体BQ分类法对各个分区进行了岩体质量分级评价，结果表明：5区和7区边坡岩体质量等级为Ⅰ级，1、2、4、6区边坡为Ⅱ级，3区边坡等级为Ⅲ级。在此基础上围绕边坡分区的岩体质量分级开展了边坡生态修复方案优选，研究表明：5区和7区边坡推荐采用厚层基材喷播技术，1、2、4、6区边坡推荐采用三维网植被技术，3区边坡推荐采用客土喷播技术。上述分析进一步表明：通过采用岩体结构数字识别技术实现边坡科学分区、实现各区生态修复方案优选的方法，对于提高露天矿山边坡生态修复工作效率和质量有一定的参考价值。

四川省矿山土地复垦方案编制存在问题与要点分析

李甜谢川王大国余晨,

2021, 50(11): 188-196.

摘要 ( 113 )

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《矿山地质环境保护与土地复垦方案》（简称“方案”）是矿山实施土地复垦，相关部门监管、验收土地复垦质量的唯一依据。为明确方案编制与附图绘制中存在的问题，规范矿山土地复垦方案编制与附图绘制要点，在研读相关规范及国家最新政策文件、归纳四川省已经评审通过的250个省管矿方案的基础上，分析了四川省矿山土地复垦方案编制与附图绘制存在的主要问题。结合四川省矿山土地复垦评审情况研究发现，目前方案编制主要存在适用年限计算错误、损毁区土壤污染论证不充分、复垦责任范围不完全、复垦方向不正确、复垦工程措施不到位、附图绘制不规范、没有理清各图之间的关联等问题，针对这些问题结合方案编制、送审的前提条件，明确了四川省矿山土地复垦方案各章节的编制要点，规范了矿山土地复垦总体平面布置图、遥感影像图、土地利用现状图、土地损毁图、复垦规划图等各附图绘制的主要内容和制作要求，为今后评审、验收矿山土地复垦方案提供了依据。

基于像元二分法的大宁矿区植被覆盖度研究

钟琪胡晋山康建荣

2021, 50(11): 197-203.

摘要 ( 81 )

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为探究山区矿区内植被覆盖变化情况，以大宁矿区为例，基于1998—2017年Landsat影像，通过选取7个时期的数据代入像元二分法模型中，反演出矿区不同时期的地表植被覆盖度（Fractional Vegetation Cover，FVC），同时利用Sen+Mann-Kendall趋势分析方法计算了矿区植被覆盖度变化趋势。通过研究大宁矿区不同时期植被覆盖度的时空变化特征及变化趋势，结合井下工作面开采活动，定量分析了研究区19 a植被覆盖度的时序变化特征，并根据研究区情况提出了合理建议。研究表明：①1998—2017年，研究区整体植被覆盖面积增加了4.724 1 km2，变化趋势为平缓向好的发展趋势，矿区植被覆盖面积占比达到 87.52%，主要得益于相关环境保护与生态建设政策的实施以及矿区所处环境的影响；②通过分析2005—2010年间地表植被对开采活动的响应，发现工作面开采后植被覆盖面积均小于开采前，说明开采活动会导致矿区植被减少，使矿区生态环境遭到破坏；③通过对矿区整体与矿区工作面的地表植被覆盖度反演发现，研究区植被覆盖度与矿区开采活动在时间和空间上具有一致性。

唐山市马家沟矿开采沉陷损坏特征研究

马丙太王颖周锦华庞国兴王乐杰

2021, 50(11): 204-210.

摘要 ( 192 )

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开采沉陷损坏特征研究对于矿区沉降机理分析和生态修复利用至关重要。以唐山市马家沟矿区为例，根据该区域煤炭开采和矾土矿资源赋存特征，结合现场勘测与调查资料，分析了矿区开采沉陷变形损坏特征。结果表明：急倾斜煤层开采在下山方向地表易形成台阶状非连续变形地裂缝，处于裂缝处的建（构）筑物破坏严重，位于裂缝以外的建（构）筑物破坏轻微，说明开采沉陷在裂缝处发生集中变形；根据物探勘测，原采动过程中形成的地裂缝随着开采沉陷的稳定绝大部分闭合密实，但个别裂缝仍存在；在急倾斜煤层露头区域，不仅在开采过程中地表出现抽冒塌陷现象，而且开采沉陷稳定若干年后仍可能出现抽冒塌陷现象。上述分析可为闭坑后的马家沟矿区采空区专项勘察及塌陷土地建设提供基础数据和设计依据，同时对国内类似矿区开采沉陷规律研究及矿区景观生态修复也有一定的参考意义。

除钒尾渣短流程工艺制备高纯NH4VO3

刘景景

2021, 50(11): 211-214.

摘要 ( 113 )

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粗TiCl4除钒尾渣含钒2%~5%，具有较高的回收利用价值。为实现除钒尾渣中钒资源的低成本回收，提出了除钒尾渣直接焙烧—铵盐浸出—沉钒制备偏钒酸铵的新工艺，并开展了相关条件试验，重点考察了焙烧温度、NH4HCO3用量、浸出温度、浸出时间对提钒效果的影响。结果表明：①除钒尾渣在650 ℃下焙烧150 min，获得的焙烧样中主要物相有金红石型TiO2、锐钛型TiO2、Al2O3、V2O5和SiO2，钒氧化率达78.12%，可采用铵盐浸出实现钒的低成本提取。②条件试验确定焙烧样适宜的浸出条件为：NH4HCO3用量n(NH4+)/n(V)=2，液固比5 mL/g，浸出温度80 ℃，浸出时间30 min。在上述条件下，钒浸出率可达76.65%，浸出液V浓度为5.71 g/L。浸出液经4次循环浸出后，V浓度提高至19.66 g/L。该较高浓度的浸出液直接沉钒，获得了纯度＞99%的偏钒酸铵产品，满足标准一级品（YS/T 1022—2015）的要求，XRD分析进一步证实其具有较高的纯度。研究结果可为除钒尾渣中钒资源的短流程回收提供技术支撑。

铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能、耐久性及水化特性的影响研究

程和平陆璐

2021, 50(11): 215-220.

摘要 ( 102 )

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为探究铁尾矿砂掺量对铁尾矿砂混凝土力学性能及耐久性的影响，以唐山某铁尾矿砂为骨料，考察了不同铁尾矿掺量下混凝土的抗压抗折强度、抗冲击性能、抗渗性能以及水化特性。结果表明：①随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土抗压强度与抗折强度均呈现先增大后减小的趋势，铁尾矿砂掺量为10%时抗压强度最大，铁尾矿砂掺量为20%时抗折强度最大；混凝土的冲击功及断裂吸收能量呈现先增大后减小的趋势，铁尾矿砂掺量为20%时冲击功及断裂吸收能量取得最大值。②随着铁尾矿砂掺量的增加，混凝土的吸水率逐渐降低，而混凝土的碳化深度及渗透深度先减小后增大，当铁尾矿砂掺量为20%时混凝土的抗碳化性能及抗渗性能最佳。③随着水化反应的持续进行，水化放热速率呈现增、减、增、减的变化趋势，但同一水化时间下混凝土的水化放热速率随着铁尾矿砂掺量的增大而减小；随着水化时间的延长，混凝土的水化放热量呈现不断增大的趋势；铁尾矿砂掺量增加，同一水化时间下混凝土的水化放热量越小。

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