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2021年 第50卷 第12期    刊出日期：2021-12-15

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浮选新理论与新技术

专栏特约主编寄语

刘文刚

2021, 50(12):  1-1. 

摘要 ( 109 )   PDF (531KB) ( 367 )  

相关文章 | 计量指标

近年来，随着我国矿产资源开发利用程度的加深以及有用矿产资源贫、细、杂现象的加剧，矿物加工的 难度日益增大。浮选作为一项专门的分选技术，因具有适应性强、分选效率高、适于细粒和复杂物料处理等 优点，其应用范围逐年扩大。浮选技术的进步对提高选矿技术经济指标、保证矿产资源的高效利用具有重 要意义。浮选已成为矿产资源高效开发利用的主体关键技术之一，其本质是界面的物理化学作用。晶体化 学、溶液化学、配位化学等的融合与发展，对浮选新理论的建立和新技术的开发具有重要意义。浮选技术最 关键、最核心的就是浮选药剂的开发与运用。浮选药剂的应用及发展使充分挖掘多金属难选矿的利用潜 力、提高精矿质量、减少尾矿堆存成为可能。浮选理论与浮选药剂的发展又进一步促进了浮选工艺的进步。 

为及时总结浮选理论、浮选药剂、浮选工艺等方面的研究成果，促进浮选技术的进步，《金属矿山》编辑 部出版了“浮选新理论与新技术”专栏，共同推进浮选新理论、新技术、新方法、新应用等方面研究成果的传 播。专栏共收录了 12 篇浮选理论与技术方向相关的最新研究成果，包括浮选药剂的设计与矿物表面匹配 性的研究；高效、绿色、环保浮选药剂的合成、性能优化与应用研究；针对特征矿物，浮选药剂的交互作用机 理研究；粗颗粒浮选气泡脱附新机制研究；浮选设备气-液两相流流场特性研究等。

在全体撰稿人、审稿人以及编辑部同仁的共同努力下，“浮选新理论与新技术”专栏即将付梓。谨此向 作者、审稿专家和编辑同仁表示衷心的感谢和诚挚的敬意。希望本专栏的出版有助于促进浮选技术的发 展，为浮选技术体系的进步贡献一份力量。论文中如有不足之处，恳请读者批评指正。

浮选药剂与矿物表面吸附的空间匹配特性研究现状

刘文刚, 段浩, 刘文宝, 彭祥玉

2021, 50(12):  2-10. 

摘要 ( 166 )   PDF (531KB) ( 471 )  

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浮选药剂在矿物表面的选择性吸附是浮选过程顺利进行的先决条件，而药剂分子结构与矿物表面的 空间匹配是其在矿物表面选择性吸附的基础。传统浮选药剂分子设计理论与方法缺乏对药剂分子与矿物表面空 间匹配的系统研究与总结，导致了周期长、成本高的低效药剂研发模式。近年来，随着计算化学的发展，研究者针 对浮选药剂与矿物表面的空间匹配特性开展了卓有成效的研究工作。基于前期研究，研究者考察了有机药剂分子 的功能基团、电性、立体构型与矿物表面活性位点、电性、空间结构等的“契合”特性，明确了同一药剂与矿物不同晶 面的匹配特性、同一药剂与不同矿物表面的匹配特性、不同药剂与同一矿物表面的匹配特点。基于上述研究，揭示 了矿物晶面各向异性与其可浮性之间相关关系，明确了矿物表面活性位点与药剂分子官能团的匹配特点，解释了 部分药剂在矿物表面的选择性吸附机制，明确了浮选药剂分子结构与其浮选行为之间的构效关系。前述研究，揭 示了药剂与矿物表面的作用机制，为构建针对性强、准确性高浮选药剂分子结构设计方法理论，开发高选择性浮选 药剂奠定了理论基础。

海藻酸钠在选矿领域的应用研究进展

李明阳, 梁锐, 杨诚, 张晨 , 张鹏鹏 , 童雄

2021, 50(12):  11-20. 

摘要 ( 178 )   PDF (1618KB) ( 396 )  

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随着绿色矿山概念和政策的推行，如何结合我国矿产资源特点，进一步优化选厂的选矿质量，提高废 水处理和尾矿综合利用率已成为现阶段我国矿业技术人员的研究重点。其中，高效、环保且经济的药剂研发是研 究热点之一。海藻酸钠是一种广泛存在的天然阴离子多糖，因其具有优异的水溶性、成膜性、生物降解能力和生物 相容性而被大量研究和应用，包括作为选矿药剂被研究者引入选矿领域。然而，目前还没有发表关于海藻酸钠在 选矿领域的研究和应用现状的综合评述。梳理了近 10 多年来已发表的相关文献，重点介绍了海藻酸钠在浮选过 程、废水处理和尾矿综合利用方面的应用现状，在现有研究基础上，阐明其作为抑制剂抑制含钙矿物、硫化矿物和 硅酸盐类矿物的应用机制，作为絮凝剂和吸附剂去除选矿废水中重金属离子和悬浮物的过程机理，作为组分材料 发挥其凝胶特性而带来的效用，提出了海藻酸钠应用于选矿过程中存在的问题，并对其在选矿领域的应用前景进 行了展望。

氧化锑矿选别研究进展及展望

王进明 , 陈建华 , 董发勤, 杜明霞 , 傅开彬

2021, 50(12):  21-27. 

摘要 ( 247 )   PDF (1904KB) ( 981 )  

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氧化锑矿是一种重要的锑矿资源，但目前还不能得到高效回收，氧化锑矿选别仍是选矿领域的一个 难题。开展氧化锑矿回收基础理论和工艺研究，对于延长锑资源利用年限和保护环境都具有重要的意义。长期以 来，广大选矿科技工作者对氧化锑矿选别方法开展了大量的研究，这些选别方法主要包括重选法、硫化浮选法、直 接浮选法等。对氧化锑矿选别工艺与理论的研究进展进行了归纳和总结，并对后续研究方向提出了展望。在重选 方面要开发高效微细粒氧化锑矿重选回收装备，并研究其在复杂力场中的运动规律；在硫化浮选方面需要加强硫 化机理研究，筛选高效、低廉的硫化剂，降低硫化温度，硫化前对氧化锑进行预富集；在直接浮选方面应继续加强氧 化锑矿浮选机理研究，提高浮选药剂的捕收能力与选择性，并加强氧化锑矿溶解的浮选溶液化学研究，开展氧化锑 与其他脉石矿物表面异相凝聚、溶解离子表面转化等交互作用行为及机理研究。

季铵化对阳离子捕收剂 N，N-十二烷基二乙醇胺性能的影响研究

佟柯霖, 刘文宝 , 刘文刚 , 王鑫阳

2021, 50(12):  28-33. 

摘要 ( 83 )   PDF (1702KB) ( 383 )  

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为了系统地研究季铵化对含羟基叔胺类捕收剂性能的影响，以 N，N-十二烷基二乙醇胺（BHDA）和 N， N-双(2-羟乙基)-N-甲基十二烷基氯化铵（BHMDC）作为研究对象，基于构型特性和性质分析，并采用浮选试验、动 电位分析、生物降解性和水生生物毒性检测，对比研究了两种含羟基捕收剂的性能差异。构型特性和性质分析可 知，季铵化可以增加捕收剂极性基团尺寸，提高药剂选择性，同时使药剂易与水混溶，pH 值的适用范围更广，性能也 更稳定。浮选试验结果表明，2 种捕收剂对石英的捕收能力均较好，BHMDC 对赤铁矿的捕收能力弱于 BHDA；相比 于 BHDA，季铵化后的 BHMDC 为捕收剂进行人工混合矿浮选获得的铁精矿指标更好，具有更好的选择性；BHMDC 用量为 20 mg/L 时，可获得品位为 63.08%、回收率 66.02% 的铁精矿。动电位分析可知，与 BHMDC 作用后，石英和赤 铁矿表面动电位变化的差值更大，其对石英和赤铁矿吸附性能的差异更显著，呈现出更好的选择性。生物降解性和 水生生物毒性研究表明，相比于 BHDA，BHMDC 的生物降解性和水生生物毒性均显著降低，说明季铵化会降低含羟 基阳离子捕收剂的生物降解性和生物毒性。因此，季铵化反应有助于提高含羟基叔胺类捕收剂的浮选性能，改善捕 收剂的生物毒性。研究结果对于高效环保型季铵盐类捕收剂的设计、研发和应用具有借鉴和指导意义。

铜钼硫化矿浮选分离中 H₂O₂的作用机理研究

李育彪, 段婉青, 杨旭 , 李万青 , 刘瑞庆

2021, 50(12):  34-40. 

摘要 ( 76 )   PDF (2074KB) ( 417 )  

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基于铜钼浮选分离试验，结合微量热法和 X 射线光电子能谱（XPS）揭示了 H₂O₂对黄铜矿和辉钼矿的 氧化机理和热动力学规律，旨在为铜钼硫化矿绿色、高效浮选分离提供参考。结果表明：pH=10 时，浓度为 0.01% 的 H₂O₂对黄铜矿与辉钼矿单矿物浮选回收率并未产生显著影响，其中黄铜矿回收率从 88.64% 下降至 83.34%，辉钼 矿回收率从 88.61% 下降至 88.50%；浓度为 1% 的 H₂O₂对黄铜矿与辉钼矿具有较好分离效果，黄铜矿浮选回收率显 著降低至 6.8%，而辉钼矿回收率为 78.48%；浓度为 0.01% 的 H₂O₂ 与黄铜矿、辉钼矿的反应热分别为 2 228.9 mJ、 521.6 mJ，而 H₂O₂浓度增加至 1% 时，黄铜矿的反应热急剧上升至 101 328.6 mJ，反应速率常数 k 从 0.14×10-3 s^-1上升 至 0.37×10-3 s^-1；XPS 分析结果表明，经 H₂O₂处理后黄铜矿表面可能生成 FeOOH 和硫酸盐等亲水物质，导致其可浮 性降低，说明高浓度 H2O2在黄铜矿表面产生了强烈氧化作用，但对辉钼矿的氧化效果并不显著。

基于微气泡残留的疏水性颗粒—气泡脱附新机制研究

尹青临, 丁世豪, 何琦 , 邢耀文 , 张友飞 , 王钰赛, 桂夏辉

2021, 50(12):  41-47. 

摘要 ( 56 )   PDF (2347KB) ( 349 )  

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脱附是导致粗颗粒浮选回收率低的重要原因。为了探究疏水性颗粒-气泡间脱附行为机理，利用自 制的浮选颗粒-气泡脱附测试系统对不同疏水性颗粒的脱附过程进行观测，借助 Image-Pro Plus 图像处理软件对颗 粒-气泡间接触角、三相润湿周边变化进行测量。结果表明：颗粒脱附过程中接触角并非保持不变，而是存在明显 的接触角滞后，接触角为 67.0°、83.9°和 98.7°的 3 种疏水性颗粒在达到前进接触角 106.7°、119.3°和 128.3°后三相润 湿周边开始滑动收缩。区别于传统三相润湿周边滑动脱附机制，发现在三相润湿周边滑动阶段为了保证颗粒前进 接触角不变，不可避免地会在颗粒表面形成反向毛细颈部，且反向毛细颈部处曲率随着三相润湿周边的收缩而快 速增加，并最终在拉普拉斯压力作用下发生断裂脱附，在颗粒表面留下微气泡。同时由于三相润湿周边滑移速度 随着颗粒疏水性的增加而降低，因此反向毛细颈部处曲率增加速率随颗粒疏水性的增加而增加，导致最终颗粒表 面残留微气泡大小也随颗粒疏水性的增加而增加。

抑制剂葫芦巴胶浮选分离白钨矿和方解石的作用及机理

陈伟 , 张志豪 , 卜显忠, 张崇辉

2021, 50(12):  48-55. 

摘要 ( 99 )   PDF (2213KB) ( 385 )  

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以方解石为代表的含钙矿物的选择性抑制是矽卡岩型白钨矿浮选领域长期以来面临的经典难题。 为此，创新性地引入一种无毒、易降解的天然胶——葫芦巴胶，作为油酸钠浮选体系中选择性抑制方解石的抑制 剂，通过单矿物浮选试验研究了葫芦巴胶选择性抑制方解石的效果，通过 Zeta 电位测试和 X 射线光电子能谱测试 研究了葫芦巴胶在 2 种矿物表面的吸附能力。结果证实，在 pH=7.5~8.7 范围内，油酸钠用量为 150 mg/L、葫芦巴胶 用量为 200 mg/L 时，方解石浮选受到显著抑制，而白钨矿的可浮性基本没受到影响，二者能实现良好的浮选分离。 Zeta 电位结果表明：葫芦巴胶能够稳定地作用在方解石表面，而在白钨矿表面的吸附稳定性较差。X 射线光电子 能谱结果证明：葫芦巴胶单独作用时，其能够与白钨矿、方解石表面钙质点发生作用，吸附在 2 种矿物表面；葫芦巴 胶与油酸钠共同作用时，方解石表面的吸附仍旧以葫芦巴胶为主，而白钨矿表面的吸附以油酸钠为主。研究结果 为白钨矿与方解石的浮选分离提供了理论依据。

Pluronic F-68在萤石和石英表面的吸附特性及分散作用研究

邱玄, 钱玉鹏, 陈彬 , 胡善海, 张若洁

2021, 50(12):  56-61. 

摘要 ( 178 )   PDF (2490KB) ( 387 )  

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Pluronic（普朗尼克）是一类非离子型双亲三嵌段共聚物，分子结构为 PEOn-PPOn-PEOn，能够在矿物表 面形成多种吸附构型，依靠空间位阻作用调控颗粒间的分散聚团行为，在解决矿物颗粒罩盖、异相凝聚方面具有较 高的研究价值。以 Pluronic F-68 为研究对象，通过沉降试验考察其在细粒石英与萤石异相凝聚体系中的分散作用 效果，利用吸附量测试和接触角测试分析了 Pluronic F-68 在萤石和石英表面的吸附特性与分散机理，并通过分子 动力学模拟研究其吸附模型。结果表明：①矿浆 pH=7 时，Pluronic F-68 能够实现细粒石英和萤石颗粒间的稳定分 散；②Pluronic F-68 在萤石和石英表面均形成了薄饼型单层吸附，PEO 链段朝内，PPO 链段朝外，依靠空间位阻效 应，在显著提高矿浆分散稳定性的同时也增大了矿物表面疏水性；③分子动力学模拟结果验证了 Pluronic F-68 在 萤石和石英表面的吸附构型，说明其在矿物表面的吸附具有一定的稳定性。试验结果为解决其他矿物异相凝聚体 系提供了有益的借鉴。

JJF浮选机气-液两相流流场特性研究

唐军 , 符东成, 刘辉 , 匡敬忠 , 于明明 , 滕瑜崇

2021, 50(12):  62-67. 

摘要 ( 68 )   PDF (2944KB) ( 365 )  

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为深入研究 JJF 型浮选机的流场特性及气泡分布均匀性，基于标准 k-ε 湍流模型和 Euler-Euler 双流体 模型，结合 CFD 理论对气-液两相流流场特性进行数值模拟，研究了 JJF-0.2m³自吸气浮选机的速度场、压力场、气 含率以及气泡分布均匀性。模拟结果表明：转子转速提高，平均气含率随之提升，形成的气泡越多；气相、液相的速 度矢量图基本一致，沿中心转轴呈对称式分布，混合流体流动形成大范围的涡流，形成的气泡更多；槽内压力主要 集中在竖筒与循环筒上，内部存在较大的周向流，转子区域压力降低，转子使用寿命增加；转子区域的气含率随着 高度的增加而增加，达到最大值后逐渐降低并趋于稳定，达到稳定状态下的气含率分布均匀且对称，气泡分布均匀 且对称，转子与定子区域的气泡在运动过程中与矿浆充分混合，有利于气泡和矿粒间的接触、碰撞和黏附，气泡矿 化效果提高，进而可以提高浮选生产效率。

基于图像处理技术的赤铁矿絮凝体-气泡矿化过程研究

牛福生, 陈雨盈 , 张晋霞, 于晓东, 朱笑磊

2021, 50(12):  68-74. 

摘要 ( 68 )   PDF (2975KB) ( 377 )  

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为了探究赤铁矿絮凝体-气泡的矿化过程，在自制的观察装置中，以静止气泡为研究对象，通过高速 相机记录赤铁矿絮凝体在气泡表面的运动状态，得到赤铁矿絮凝体-气泡矿化过程。结果表明：气泡直径不变的条 件下，赤铁矿絮凝体粒径为 39.65 μm 时，絮凝体最先滑动至最大横向位置和最小纵向位置，瞬时滑动速度变化范围 小；赤铁矿絮凝体粒径不变的条件下，气泡直径为 636.16 μm 时，絮凝体滑动至最大横向位置和最小纵向位置的时 间最长，瞬时滑动速度变化范围大；絮凝体粒径和气泡直径不变的条件下，碰撞角度大于 60°时，絮凝体易从气泡表 面脱附。利用高速摄像仪探究并分析了絮凝体-气泡矿化规律，为指导絮凝浮选实践应用提供理论支撑。

晶质铀矿的浮选工艺与机理研究

李春风 , 刘志超 , 赵霞 , 马嘉, 李广 , 强录德

2021, 50(12):  75-82. 

摘要 ( 88 )   PDF (2458KB) ( 371 )  

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为了考察铀矿物浮选作用机制，选取晶质铀矿开展了单矿物浮选试验。采用 X 射线衍射（XRD）、Zeta 电位测试、红外光谱分析、X 射线光电子能谱测试（XPS）和单矿物浮选等方法，研究了晶质铀矿的表面特性和不同 条件下矿物可浮性的变化，初步探讨了浮选药剂的作用机理。研究发现：晶质铀矿在 pH 值 4.4～5.3 之间的 Zeta 电 位为正，在 pH 值介于 2.0～4.4 和 5.3～11.0 间时 Zeta 电位为负；U（IV）、Th（IV）、Pb（Ⅱ）为浮选药剂作用的主要活性 位点；8-HQ 为晶质铀矿最佳的捕收剂；在 pH=9，捕收剂用量 2 000 g/t，温度 25 ℃，矿物粒度为 38~50 μm 的条件下， 晶质铀矿的精矿回收率可达 89.3%；8-HQ 的捕收作用是通过在晶质铀矿表面发生化学吸附，与表面不饱和键结合 形成螯合物，使矿物疏水性增强而实现的。

伊朗某钛铁矿强磁选粗精矿浮选提质降杂试验研究

秦晓艳 , 刘建 , 先凤学 , 杨保祥 , 郝佳美 , 高虎林 , 董文超

2021, 50(12):  83-88. 

摘要 ( 101 )   PDF (2021KB) ( 387 )  

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伊朗某钛铁矿强磁选粗精矿 TiO2品位为 24.59%，脉石矿物主要为辉石，其次为斜长石、角闪石等。针 对矿样特点进行了系统的浮选试验研究。试验结果表明：草酸对脉石矿物的抑制效果明显优于水玻璃，且在添加 草酸的基础上再使用新型抑制剂 LD-C 可显著提高精矿 TiO2的品位。通过条件试验确定最佳药剂制度为：抑制剂 草酸用量 200 g/t、pH 调整剂 H2SO4用量 1 500 g/t、抑制剂 LD-C 用量 20 g/t、捕收剂 MOH 用量 1 500 g/t，在最佳药剂制 度下，采用 1 次粗选 3 次精选 1 次扫选、中矿按顺序返回的闭路浮选工艺流程，可获得 TiO2品位 46.52%、回收率 69.59% 的钛精矿，浮选所得钛精矿含 CaO 为 0.23%、MgO 为 1.18%、SiO2为 1.28%，说明草酸和 LD-C 对脉石矿物的抑 制效果显著。

采矿工程

岩土工程数值分析与其应用研究

郝亚勋 , 秦鹏飞 , 潘鹏飞 , 王振义

2021, 50(12):  89-95. 

摘要 ( 152 )   PDF (4118KB) ( 448 )  

相关文章 | 计量指标

计算机具有强大的存储运算功能，充分发挥计算机技术的先进优势，可以为岩土工程项目的设计、决 策及优化提供准确科学的指导。目前以计算机技术为重要依托和鲜明特征的数值分析，已在注浆加固设计、地基 沉降计算、边坡稳定分析及渗透破坏防治等诸多领域得到应用，为各项基础设施的建造发挥了重要作用。阐释了 Plaxis、Comsol、FLAC、PFC、GeoStudio 等计算程序的主要特征及功能，并结合实例分析了其在基坑、隧道、边坡与水 利等工程项目中的应用进展。作为一种不可替代的重要设计计算方法，岩土工程数值分析成本低且效率高，必将 进一步提升岩土项目建设的精细化水平和质量。

基于区间灰数白化变权关联算法的采矿方法决策模型及应用

柯丽华 , 孟欢欢, 姚囝, 胡南燕 , 陈魁香

2021, 50(12):  96-101. 

摘要 ( 76 )   PDF (1817KB) ( 401 )  

相关文章 | 计量指标

针对采矿方法典型多属性决策问题，采用区间灰数全面客观描述矿山开采技术条件的复杂性和专家 主观判断的模糊性，引入非对称正弦白化权函数的特征参数灰心和灰积，建立基于区间灰数白化变权关联算法的 采矿方法决策模型，将采矿方法优劣比较的区间灰数序列关联分析转化为区间灰数灰心实数序列的变权决策问 题，更好地刻画了专家偏好意见的差异和合理简化采矿方法区间灰数多属性决策过程。将该决策模型用于某多层 缓倾斜薄—中厚矿床的采矿方法优劣分析中，确定多层条带开采嗣后充填法为最佳采矿方法，验证了该决策模型 的可行性和有效性。

金矿破碎矿体高分段嗣后充填采矿技术优化研究

李冬萍 , 张浩强

2021, 50(12):  102-105. 

摘要 ( 75 )   PDF (1481KB) ( 406 )  

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某地下金矿位于塔吉克斯坦境内，属于中等复杂程度矿山。为了解决采切比高、采场结构不稳、巷道 破坏严重等开采问题，从采场结构参数、巷道布置、落矿工艺及回采顺序、充填工艺等方面对采矿技术进行优化，提 出了中深孔高分段采矿嗣后充填技术方案。通过增大分段高度至 21 m、调整底部结构高度为 13 m、优化采用高分 段中深孔爆破技术和新型复合充填挡墙等技术，实现采场千吨采切比降至 4.48 m/kt，炸药综合单耗降至 0.42 kg/t， 损失贫化率均控制在 8% 以下。研究成果应用于矿山生产，有效提高了井下出矿效率，创造了较好的经济效益，为 在“一带一路”国家进行资源开发起到了良好的示范效应。

基于主要目标法的矿体开采贫损模型优化

罗浩铭, 陈星明 , 刘传举, 李明润

2021, 50(12):  106-111. 

摘要 ( 65 )   PDF (2461KB) ( 373 )  

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以某矿无底柱分段崩落法 1 565 m 中段为背景，对回采的矿石量、损失的矿石量以及混入的废石量等 指标进行计算，建立了以采出矿石品位、矿石贫化率和回收率为多目标优化的数学模型。结合矿山开采的实际情 况，选择采出矿石的品位为优化问题的主要目标。利用 VB 编程语言对 3DMINE 矿业工程软件进行二次开发，并且 利用 Origin 软件对所得数据进行分析和拟合，最后得出切割槽与退采位置的布置方案：切割槽位置距矿体上盘下 部边界的直线距离大于 10 m，退采位置距矿体下盘上部边界的直线距离大于 4 m。

全尾砂胶结充填材料强度影响因素分析及配比预测研究

张国胜 , 张雄天

2021, 50(12):  112-117. 

摘要 ( 69 )   PDF (2607KB) ( 402 )  

相关文章 | 计量指标

以某大型铅锌矿为研究对象，针对绿色矿山建设中存在的矿体回采损失、贫化率高的问题，提出了采 用上向进路充填采矿法的回采方案，采用矿业软件建立了上向进路充填采矿法三维可视化模型，对采矿工艺进行 了分析。设计了 36 组充填材料配比试验，获得了不同配比的试验数据。采用响应面法（RSM）研究了不同养护龄 期下砂浆浓度、灰砂比对充填体强度形成的影响规律，建了多因素非线性回归模型。研究结果表明多因素的交互 作用对充填体强度形成具有较大的影响，确定当输送砂浆浓度介于 70%～72%、灰砂比介于 1∶6～1∶10 时，矿山可 以取得最大的经济及安全效益。采用小波神经网络将 36 组试验数据作为训练样本，通过多次迭代，获得了 3 d、7 d、14 d、28 d、60 d 充填强度预测模型，分析发现建立的预测模型可靠，可用于指导生产实践中的充填配比，为充填 配比优化提供了一种新的思路。

废石尾砂胶结充填体断裂特性试验研究

仝文慧, 朱万成 , 牛雷雷

2021, 50(12):  118-123. 

摘要 ( 78 )   PDF (1700KB) ( 398 )  

相关文章 | 计量指标

保证假顶稳定是下向水平分层充填法开采的前提，在矿山构筑假顶时，除配置适当比例的尾砂和水 泥之外，也会加入适量废石来提高假顶的稳定，同时处理开采过程中产生的废石，以达到绿色开采的目的。通过对 含预制裂缝的废石尾砂胶结充填体试件开展三点弯曲实验，将基于边界影响的准脆性断裂模型应用于充填体断裂 力学特性研究中，分析了胶结剂含量、废石粒径和废石含量对废石尾砂充填体的影响。随着胶结剂含量的增加废 石尾砂胶结充填体断裂韧度近似线性增加；废石的加入能够提高充填体的断裂韧度，但是废石的粒径和分布的影 响存在一个合适的废石混入率；同时，仅仅考虑优良级配也达不到最佳的组成结构，还需考虑充填体的胶结剂含量 和废石掺入量。

基于平面黏结接触模型模拟平台巴西圆盘的动态响应和破坏机制

梁尔祝 , 耿威 , 方定星, 刘鑫

2021, 50(12):  124-131. 

摘要 ( 62 )   PDF (3485KB) ( 376 )  

相关文章 | 计量指标

应变率对岩石破坏机理的影响是岩石领域最重要的方面之一，借助颗粒流程序及其内置的平面黏结 接触模型，构建平台角度是 20°和直径是 50 mm 的花岗岩平台巴西圆盘数值模型，从细观力学角度深入探究不同应 变率条件下花岗岩平台巴西圆盘的破裂模式和破坏机制。研究表明：花岗岩平台巴西圆盘的破裂模式主要分为 2 种破裂模式：微破裂裂纹由中心起裂的破裂模式和伴生压碎区的复合微破裂裂纹共同作用的破裂模式，其中，在中 低应变率条件下满足劈裂拉伸试验要求，高应变率条件下已不满足劈裂拉伸试验要求，但对于高应变率的工程问 题具有一定指导意义；随着应变率的递增，试样的损伤程度、诱发微破裂裂纹数量和失效机制均发生了变化，剪切 型微破裂裂纹数目的增量趋势明显大于拉伸型微破裂裂纹数目的增加，即剪切微破裂裂纹数目的增加是导致试件 动态强度增加的主要原因之一；应力与计算时步曲线展示了 3 种模式，即峰后强化、峰后弱化和单峰值，拉伸型微 破裂优先于剪切微破裂生成，在低应变率情况时，剪切型微破裂裂纹产生在第一应力峰值的下降阶段处，拉伸型微 破裂裂纹数目呈现的突变现象，在中高应变率情况时，随着应变率的提高，剪切型微破裂裂纹的产生在由应力达到 应力峰值之后转变为产生在应力达到应力峰值之前，存在拉伸型微破裂和剪切型微破裂呈现共生现象，且具有剪 切型微破裂裂纹数目高于拉伸型微破裂裂纹数目的时刻。

地下矿山软岩巷道地压监测及其显现规律研究

郭斌 , 王立杰 , 耿帅 , 王福全 , 尹爱民, 杨金光

2021, 50(12):  132-136. 

摘要 ( 78 )   PDF (1674KB) ( 380 )  

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针对某铁矿井下巷道陆续出现巷道底臌变形、侧帮向内挤压、顶部支护体下沉、锚杆脱落等地压显现 现象，进行了软岩巷道地压监测及其显现规律研究。设计了一套完整的巷道地压综合监测体系，以巷道围岩压力 监测和变形监测为主，实现在地表集控中心对井下巷道围岩的受力和变形进行长期观测和预警。巷道围岩压力监 测选用锚杆应力计，变形监测选用多点位移计，通过长期对监测数据进行分析，获得不同岩性的巷道围岩的应力和 变形机制。根据围岩变形和应力情况，结合矿山已有矿岩强度特征及巷道围岩松动圈厚度范围，建立巷道支护三 维数值模型，进行锚网喷支护参数优化，优化后支护效果较为稳定。研究表明，地压监测数据可为软岩巷道合理的 支护设计提供理论依据和指导，为支护结构的长期稳定提供保障。

蒙库铁矿深部巷道岩爆预测及控制技术

宋多权 , 陈立达 , 李学文 , 简相洋 , 陈凯 , 王挥云, 刘海卿

2021, 50(12):  137-142. 

摘要 ( 66 )   PDF (1915KB) ( 391 )  

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针对新疆蒙库铁矿井下采用竖井—平硐—斜坡道联合开拓的井下斜坡道延伸 902~884 m 段开挖过程 中发生的岩爆现象，分析了深部岩爆段巷道岩爆现象及成因，得到岩爆时的岩体结构和岩性特征，利用应力解除法 计算深部巷道岩体的三维初始地应力，确定了巷道围岩的本构关系，提出了深部巷道围岩岩爆预测方法。通过对 深部巷道岩爆控制有限元分析，表明锚网喷支护效果显著，保证了井下斜坡道延伸段在开挖施工工程的安全性和 矿井生产期间的长久稳定性，可以实现深部巷道的安全快速施工。

深部金属矿山崩落区沉降分析

沈爽 , 周占星, 郭祖江, 杨金 , 周生

2021, 50(12):  143-148. 

摘要 ( 109 )   PDF (3684KB) ( 443 )  

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金属矿山采用崩落法开采形成从开采阶段至地表的崩落区，崩落区岩体在地下开采扰动作用下累积 应变进而引起崩落区上方地表变形等问题，对矿山的安全生产构成极大威胁。以狮子山铜矿深部开采为背景，研 究深部金属矿山崩落区沉降对矿山的整体影响。利用 HyperMesh 软件构建狮子山矿崩落区数值模型，采用大型有 限元软件 LS-DYNA 计算崩落区围岩体在静力条件下形变及崩落区上方地表沉降。数值模拟结果表明，静力作用 下崩落区围岩体产生应力集中，应力集中程度随深度的增加而增加。根据地表沉降数值模拟结果，得到了狮子山 矿崩落区上方易于发生地表沉降位置并预测了沉降值范围。研究成果可为采用崩落法矿山预测崩落区围岩形变、 地表沉降及矿山安全生产提供参考。

巴润矿矿岩混合爆区爆破分离技术研究

宋德林 , 张浩 , 王德胜 , 郭建新 , 顾春雷, 付明宇 , 丁航行

2021, 50(12):  149-153. 

摘要 ( 98 )   PDF (2310KB) ( 421 )  

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巴润矿是以开采铁矿石为主多金属矿种统筹开采的超大型露天矿山，矿床成因复杂，矿体空间上彼 此交联，若采用大区微差爆破模式开采，易造成各类矿、岩相互混入，有用矿石回收率低、贫化率高的现象，若采用 分穿分爆方式开采，爆区规模较小，生产效率低。针对此问题，提出了一次爆破矿岩分离爆破技术和电铲精准挖掘 指示技术，在不降低生产效率的前提下实现矿岩混合爆区矿岩有效分离，降低废石混入率的目标。试验爆区表明， 爆破分离技术实现了矿岩边界明显深凹沟槽、爆破矿石沿等时线方向抛掷运动的良好效果，同时利用矿岩边界指 示系统，方便了电铲司机辨别混合爆堆的矿石和岩石，可有效降低矿岩混合爆区的废石混入率。

基于灰关联法的超近距条件下石窟减震控制爆破敏感性分析

汪为平 , 王雨波, 刘海林, 李宁 , 刘帅, 李鸿飞

2021, 50(12):  154-159. 

摘要 ( 57 )   PDF (1870KB) ( 373 )  

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在既有地下石窟附近超近距范围内实施减震控制爆破，既有石窟一侧围岩保护受地质条件、爆破参 数、保护对象空间结构造型及岩体质量等多因素影响，存在较大难度。实践中，采用传统峰值振速和主峰频率指标 进行控制时，受保护一侧的破碎围岩小型块体掉落往往表现出一定的随机性，对单因素实施减震措施改进时，往往 厚此薄彼，减震效果时好时坏。对此，采用灰色系统理论中的灰关联法对超近距条件下的爆破振动造成小型岩块 掉落致因进行敏感性分析，明确破碎围岩小型岩块掉落与影响因素之间的关联程度，从关联度较大的单因素或多 因素入手优化减震措施，从而实现对既有工程一侧破碎围岩的有效保护。

地质与测量

基于土地质量地球化学方法的硒元素分布规律和影响因素研究——以铜仁地区为例

洪万华 , 苏特 , 涂飞飞, 蒋天锐, 张德实, 余万泽

2021, 50(12):  160-168. 

摘要 ( 73 )   PDF (28368KB) ( 374 )  

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铜仁地处贵州东北部，处于黔湘渝三省（市）结合部位，矿产资源丰富，该区富硒土壤的地球化学特征 及富集特征等方面的研究较为薄弱，限制了全区富硒特色土地资源的开发利用。通过对铜仁地区 1∶5 万比例尺耕 地质量地球化学调查成果数据进行整理与分析，并结合区域地质背景等资料，系统总结铜仁地区土壤硒元素地球 化学特征与富集程度，研究了土壤硒元素空间分布特征及影响因素。结果表明：铜仁地区土壤硒含量背景值为 0.37 mg/kg，低于全国大部分省市背景值；铜仁地区含硒土壤占全区耕地面积的 47.68%，清洁富硒土壤占全区耕地 面积的 50.01%，硒含量高值区主要分布于松桃县中部、德江县东部等地；该区硒含量总体东高西低，呈条带状、面 状分布，西部富硒土壤受二叠系吴家坪组煤系地层控制明显，东部受寒武系牛蹄塘组黑色岩系与铅锌-汞成矿带联 合控制；区内土壤硒含量受控于土壤类型、土地利用方式、有机质含量、土壤酸碱度等因素，且与汞、镉等重金属元 素关系密切。铜仁西部石阡龙塘、德江枫香坪等地区有较好的富硒土壤开发优势，可通过种植大豆、茶叶等农作物 发展富硒特色产业链。

免像控无人机摄影测量开采沉陷监测方法研究

廉旭刚 , 王站 , 刘晓宇 , 员鸿燕

2021, 50(12):  169-176. 

摘要 ( 107 )   PDF (5587KB) ( 385 )  

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针对常规全站仪等传统监测方法在矿区沉陷监测中存在的监测周期长、劳动强度大等问题，以山西 某矿区为例，利用免像控无人机摄影测量技术在短期内采集研究区 5 期影像数据，通过对内业数据处理成果密集 匹配点云进行滤波和插值处理得到每期的 DEM 数据，将两时段的 DEM 相减得到矿区地表沉陷盆地，并利用实测数 据对其进行验证。首先分析了监测期间动态沉陷盆地的发展过程，将全站仪实测与无人机沉陷 DEM 提取的下沉 曲线进行对比，计算均方根误差；其次分析了无人机监测的误差来源以及减小误差的方法；最后提取工作面主断面 数据进行多项式拟合，验证拟合后曲线最大下沉值的精度，讨论了开采工作面主断面方向的累计沉降特征，总结了 工作面开采沉陷规律。研究表明：时序无人机摄影测量沉陷数据与同时期的全站仪实测数据对比，平均均方根误 差为 150 mm，拟合曲线的最大下沉监测精度最优值与实测值相差仅 20 mm；随着工作面的推进，地表累计沉降值增 加，矿区沉降总体趋势体现出下沉盆地特征，并且沉陷盆地的发展过程符合开采沉陷规律；免像控无人机摄影测量 技术可以有效监测矿区开采地表沉陷，为无人机摄影测量在矿区开采沉陷监测中的推广应用提供了技术支撑。

机电与自动化

基于 BS架构的露天矿连续工艺一体化管控平台设计与实现

辛凤阳 , 王忠鑫, 田凤亮 , 赵明 , 曾祥玉 , 王金金

2021, 50(12):  177-182. 

摘要 ( 137 )   PDF (3080KB) ( 386 )  

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露天矿连续工艺是露天矿生产工艺中的重要组成部分，但是由于工艺属于串联作业，工艺故障率高、 监控程度低、智能化程度低造成工艺生产效率偏低和海量数据资源严重浪费等问题。基于 Vue 前端页面技术、 Spring Boot 底层开发技术和 MySQL 为后台数据库，研究设计并开发了集数据图表可视化、视频监控、安全预警、生 产报表和基础档案等功能于一体的露天矿连续工艺一体化管控平台。多方面监控监测设备运行状况、提高工作人 员效率，经过在疆纳兴盛露天矿连续工艺现场进行测试与初步使用，平台运行稳定，取得了理想的效果。

基于组合赋权的充填管道失效集对—可拓模型研究与应用

姚剑辉 , 康虔, 荣帅

2021, 50(12):  183-189. 

摘要 ( 85 )   PDF (5587KB) ( 378 )  

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考虑了充填管道失效具有随机性和模糊性特点，引入集对—可拓理论，构建了基于组合赋权与集对 —可拓相耦合的综合评价模型。首先，从料浆特性、管道特性、施工技术和充填工艺 4 个方面，选取 12 个指标，构建 了充填管道失效风险综合评价指标体系，并对指标进行风险等级划分。其次，采用 G1 法和改进 CRITIC 法分别确 定指标主观权重和客观权重，并基于最小熵原理和拉格朗日算法计算指标组合权重，运用集对分析原理构建联系 隶属度函数，通过计算单指标联系隶属度和综合联系隶属度，以最大隶属度识别准则为依据判断充填管道失效风 险等级。最后，以金川龙首矿、宝山铅锌矿、新城金矿 3 个矿山为研究背景，进行充填管道失效风险评估，并与云模 型和可变模糊集等评价模型评估结果对比。研究结果显示，3 个矿山充填管道失效风险分别为Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅲ级， 与实际情况相符，且 3 种评估模型结果一致，表明基于组合赋权的集对—可拓理论综合评价模型在充填管道失效 方面具有适用性，进一步丰富了理论成果。

安全与环保

抚顺西露天矿开挖作用下边坡变形破坏滑动规律研究

郭子钰, 刘向峰 , 王来贵, 王勇

2021, 50(12):  190-199. 

摘要 ( 76 )   PDF (4066KB) ( 569 )  

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为了研究露天煤矿边坡变形、破坏、滑动全过程，以抚顺西露天矿为研究对象，应用 CDEM 方法模拟 开挖条件下抚顺西露天矿南帮坡顶、坡中、坡底的变形、破坏、滑动规律，探讨开挖深度对南帮边坡的影响情况。结 果表明：变形阶段，边坡整体向下压密变形，积蓄变形量；满足破坏条件，进入破坏阶段，边坡顶部受拉，萌生拉张裂 纹，裂纹沿着弱层面扩展，坡顶和坡底裂纹逐渐连接，最终贯穿边坡模型；滑动阶段，裂纹上下贯通形成滑体轮廓， 滑体沿着裂纹面发生失稳滑动，最后在坡底剪出。随着开挖深度增加，南帮弱层出露越多，边坡的临空区域增多， 引发滑坡几率越高，当开挖深度达到标高为-164 m 后，南帮边坡出现大规模滑坡，且滑坡模式为滑移—剪切式，研 究成果为抚顺西露天矿边坡治理与防护提供数据参考。

矿山边坡软弱夹层赋存状态及蠕变特性对边坡稳定性影响研究

尤耿明, 王光进, 刘文连, 孔祥云, 胡航, 刘俊新, 朱宝龙, 樊晓一

2021, 50(12):  200-206. 

摘要 ( 76 )  

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含软弱夹层的露天矿山边坡是一种广泛存在的地质体，其弱强度的夹层岩土体更易导致边坡发生滑坡失稳。然而，目前对含缓倾软弱夹层矿山边坡的研究不够系统深入，且缺乏对其的长期稳定性分析研究。本研究依托某典型的含缓倾软弱夹层露天矿山边坡，系统分析了软弱夹层赋存状态多因素影响下边坡的位移变形演化规律及破坏模式；借助能描述软弱夹层蠕变特性的 Burgers 本构模型，深入探讨了含软弱夹层矿山边坡的长期稳定性。研究结果表明：弱强度参数的缓倾软弱夹层对边坡稳定性也会产生显著影响，软弱夹层的倾角和埋藏深度会明显影响边坡滑裂带位置，且在临界破坏时沿软弱夹层形成完整的贯通滑面；软弱夹层的蠕变特性降低了边坡的长期稳定性。研究成果将为分析此类矿山边坡的工程问题提供借鉴。


基于围岩劣化诱导的洞室群稳定数值模拟

祝方才 , 刘青 , 刘思远 , 过江

2021, 50(12):  207-215. 

摘要 ( 80 )   PDF (4526KB) ( 379 )  

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洞室施工过程的诱导扰动包括应力释放和转移、围岩劣化等，导致洞室群出现加速失稳。利用 RFPA 软件分别建立了水平排列三圆孔和倾斜排列三圆孔数值模型，前者通过邻近圆孔的材质替换模拟围岩劣化诱导研 究圆孔破坏过程，后者研究最大剪应力方向圆孔破坏特征。水平排列条件下，分别利用临近空孔填充石蜡和石膏 等不同扰动诱导程度研究表征稳定性的特征参数，包括拱顶沉降、声发射和应力分布。结果表明，斜孔布置在 45° 方向较易破坏且破坏程度从上圆孔开始，拱顶沉降也最大。通过填充石膏和石蜡模拟围岩劣化诱导程度，石膏强 度高于石蜡，即围岩劣化诱导石蜡高于石膏，诱导程度高，拱顶沉降较大，声发射能量低，围岩劣化越严重，洞室群 易破坏，失稳越快。

基于混合长度理论的巷道风速场规律研究

郑义 , 李伟, 张浪 , 张逸斌

2021, 50(12):  216-220. 

摘要 ( 51 )   PDF (1671KB) ( 360 )  

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为研究巷道断面风流风速分布规律，准确测定风速大小，根据普朗特混合长度理论建立的粘性应力 与速度梯度关系与湍流运动基本方程式相结合，运用量纲分析法，分析平均风速与巷道断面任一点风速的关系，并 在实验巷道和井下进行现场实测，得出巷道风流风速分布规律。结果表明，巷道断面任一点风速与平均风速比和 实测点位置存在一种线性关系。针对煤矿井下巷道断面风速分布进行研究可以为准确计算巷道风量及平均风速 提供参考，并为风速传感器布置提出指导意见。