当期目录

2022年 第51卷 第1期    刊出日期：2022-01-15

上一期   

工业固废资源化利用新理论与新技术

大宗工业固废高值建材化利用研究现状与展望

顾晓薇, 张延年, 张伟峰, 赵昀奇, 李晓慧, 王宏宇

2022, 51(1):  1-13. 

摘要 ( 164 )   PDF (1384KB) ( 1915 )  

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当前我国已经迈入了工业大国的行列，带动了我国社会经济的快速发展。新时期，在制定工业发展计划的同时，更需要将生态环境保护放在首要位置。在工业化发展的历史进程中，遗留了很多生态污染问题，其中工业固体废弃物的长期堆积对生态环境造成了严重地破坏。主要论述了典型大宗工业固废（铁尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣及脱硫石膏）高值建材化用的研究现状，对6种典型工业固废未来发展趋势进行了分析，并提出了高值建材化利用的可行性措施。大宗工业固废的高值建材化利用是确保我国工业可持续发展的一项长远战略方针，要想提高大宗工业固废综合利用水平，人们需要因地制宜地选择适当的工业固废处置和利用方式。在现有的政策基础上，科研单位和相关企业要进一步加强技术创新和模式创新，探索工业固废跨行业的协同处置和利用方法，为进一步提高我国大宗工业固废综合利用水平提供合理参考。

改性磷石膏抹灰砂浆性能研究

高育欣, 麻鹏飞, 康升荣, 程宝军, 杨文, 顾晓薇

2022, 51(1):  14-20. 

摘要 ( 131 )   PDF (1888KB) ( 441 )  

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为了解决磷石膏抹灰砂浆耐水性差的问题，促进磷石膏抹灰砂浆在建筑行业的应用，采用预处理的改性磷石膏，研究了水胶比和减水剂掺量对改性磷石基抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响，并通过在体系中引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能。研究结果表明：减水剂掺量和水胶比是影响磷石膏抹灰砂浆性能的主要因素，低水胶比和低减水剂掺量有利于其力学性能和耐水性能的提升，且减水剂掺量不宜高于0.9%；有机硅防水剂虽然能有效改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能，但会对其强度造成不利影响，实际应用时其掺量不宜高于0.6%；水化产物中的凝胶和钙矾石可以填充二水硫酸钙晶体间空隙，有利于试件密实度、强度和软化系数的提高，且有机硅防水剂会在水化产物表面和间隙中形成防水膜，可以进一步改善试件耐水性能。

大掺量掘进煤矸石道路基层和混凝土的制备及力学性能研究

祝小靓, 张明, 王栋民, 房奎圳

2022, 51(1):  21-27. 

摘要 ( 87 )   PDF (2123KB) ( 510 )  

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掘进煤矸石是煤矿能源行业排放的一种工业固废，具有质地坚硬、性质稳定等特点，对掘进煤矸石道路基层及混凝土的制备及研究符合国家对推动建材行业碳达峰和加强大宗固废综合利用的愿景。将加工破碎后的掘进煤矸石替代道路基层和混凝土材料中的机制砂石，探讨了不同水泥掺量下的基层混合料、不同标号的掘进煤矸石砂混凝土材料、不同骨料类别及处理方式的C30混凝土材料力学性能的影响规律，论证了掘进煤矸石替代机制砂石骨料的技术可行性。研究结果表明：掘进煤矸石道路基层材料7 d无侧限抗压强度达34~65 MPa，满足中高等级公路基本要求；掘进煤矸石混凝土在中低标号下抗压强度基本满足要求，经水洗工艺的掘进煤矸石石料和改善级配的掘进煤矸石砂制备的C30混凝土强度有所提高。

钢渣骨料水工生态框混凝土制备方法及性能研究

樊俊江, 於林锋, 王林

2022, 51(1):  28-34. 

摘要 ( 95 )   PDF (1816KB) ( 404 )  

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未经精细化破碎、筛分处理的钢渣中存在粗、细2种颗粒，单独取代砂或石会造成骨料级配不佳，拌合物和易性下降。为寻找一种适合不同来源钢渣制备水工生态框混凝土的方法，以宝钢钢渣为研究对象，将钢渣骨料分为粗颗粒和细颗粒，分别进行级配分析，据此设计适宜的配合比；对适宜配合比下制备的混凝土试块进行拌合物性能、力学性能、耐久性及安定性测试，分析并确定钢渣骨料在水工生态框混凝土中的最大掺量。结果表明：宝钢钢渣骨料中粗颗粒级配介于5~16 mm连续级配和5~20 mm连续级配之间，与5~25 mm连续级配碎石复配后，可基本满足5~25 mm或5~20 mm连续级配碎石的要求；细颗粒级配不满足Ⅰ区、Ⅱ区或Ⅲ区要求，需要与中砂进行搭配使用，细颗粒取代Ⅱ区天然河砂的比例不宜超过25%，最高取代比例不应超过45%。钢渣与砂石骨料的表观密度差异较大，钢渣骨料取代砂石用于制备水工生态框混凝土时，细颗粒和粗颗粒应按体积百分比分别取代砂和石。以上述方法制备的钢渣骨料水工生态框混凝土试块，混凝土拌合物均具有良好的和易性，混凝土试块28 d抗压强度提升10%~20%，56 d电通量降至700 C以下。但钢渣骨料体积取代比例超过30%时，混凝土试块安定性变差，建议水工生态框混凝土中的钢渣骨料对砂石的最大体积取代比例控制在30%以内。

高硅型铁尾矿砂蒸压加气轻质混凝土的制备及其性能研究

顾晓薇, 王屾宇, 刘剑平, 宁宝宽, 刘朋, 张延年

2022, 51(1):  35-40. 

摘要 ( 86 )   PDF (3554KB) ( 413 )  

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为寻找高成本硅质骨料的替代品并提高高硅型铁尾矿砂利用率，以高硅型铁尾矿砂与粉煤灰复掺替代硅砂制备蒸压加气轻质混凝土（ALC）试件，分析了铁尾矿砂/粉煤灰混合比例及水胶比对蒸压加气轻质混凝土性能的影响规律，并采用XRD及SEM等手段对水化产物和微观结构进行分析。结果表明：随着铁尾矿砂占比的增大，试件的干体积密度逐渐增大，抗压强度先增大后降低；随着水胶比的增大，试件的干体积密度和抗压强度逐渐降低。当铁尾矿砂、粉煤灰、水泥、石灰及脱硫石膏质量比为62.8∶9.0∶16.9∶8.9∶2.4时，控制水胶比为1.40，所制备的试件抗压强度为4.15 MPa、干体积密度为576 kg/m3，满足《蒸压加气混凝土砌块》（GB/T 11968—2020）规定的强度等级A3.5、干体积密度等级B06的要求。XRD结果显示主要水化产物为石英、托贝莫来石、硅钙水合物及沸石，SEM分析进一步说明水化形成大量板状的托贝莫来石及少量C—S—H凝胶，良好的网状结构使得承压时不易引起应力集中。

钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料及其砂浆界面过渡区的研究

孙睿, 王栋民, 房中华, 吴亚男, 张双成, 康立中, 吕南

2022, 51(1):  41-52. 

摘要 ( 114 )   PDF (4480KB) ( 405 )  

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为提高冶金行业伴生固废的资源化利用率，将钢渣粉与烧结烟气脱硫灰复配组成全固废胶凝材料，添加粉煤灰调整其硅铝矿相组成，取三异丙醇胺（Triisopropanolamine,TIPA）作为激发剂，首先对净浆的力学性能、水化产物组成、水化产物微形貌和孔结构以及水化放热表征分析，探究矿相调整与化学激发对钢渣—脱硫灰基全固废胶凝材料水化硬化过程的影响规律。然后采用铁尾矿砂与上述胶凝材料制备全固废砂浆，考察砂浆力学性能发展规律，并探究全固废胶凝材料与固废骨料之间界面过渡区的特征。结果表明：单掺20%的粉煤灰明显促进水化硅酸钙（C—S—H）生成，使净浆14 d抗压强度提升1.86倍，但粉煤灰掺量增大至50%则对3、7 d的强度不利；单独使用TIPA激发则可帮助净浆3 d抗压强度从0.52 MPa提升至11.44 MPa，借助TIPA对铁离子的络合作用，可促进高掺量（50%）粉煤灰的全固废胶凝材料的水化，3 d抗压强度可达3.69 MPa；钢渣—脱硫灰全固废砂浆界面过渡区内Ca(OH)2生长在C—S—H骨架中而不与骨料直接接触，矿相调整后界面过渡区出现了垂直生长在骨料表面的钙矾石。

钢渣基多固废掺合料制备水泥砂浆及其力学性能研究

王宏宇, 顾晓薇, 张延年, 胥孝川, 王青

2022, 51(1):  53-59. 

摘要 ( 74 )   PDF (2759KB) ( 442 )  

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为解决钢渣粉作为单一掺合料的活性指数低的问题，将钢渣与粉煤灰、锂渣、磷渣复掺制备钢渣基多固废水泥砂浆。通过力学性能测试，讨论掺合料配合比对二元、三元钢渣基多固废掺合料活性的影响。利用XRD、SEM手段对典型掺合料水化产物及微观形貌进行分析。结果表明：钢渣早期和后期均表现出较低的活性，锂渣具有良好的早期活性，而磷渣早期强度较差；二元掺合料中钢渣-锂渣活性最高且大于两者单掺，钢渣、锂渣在碱性环境下发生水化并提供不同的活性组分，有利于砂浆强度的提升；三元掺合料中钢渣-磷渣粉-锂渣复掺比例为5∶1∶4时，砂浆抗压强度最高，28 d砂浆抗压强度37.21 MPa。钢渣、锂渣发生水化反应的同时，磷渣中硅酸盐玻璃体在碱性环境激发下解离出活性SiO2，生成了更多的C—S—H等水化产物，三者具有一定耦合作用。

铁尾矿砂水泥砂浆抗压强度及微观结构分析

王营, 顾晓薇, 张延年, 殷士奇, 胥孝川, 王青

2022, 51(1):  60-64. 

摘要 ( 76 )   PDF (3281KB) ( 433 )  

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为研究铁尾矿砂掺入量对水泥砂浆抗压强度及微观结构的影响，采用高硅型铁尾矿废石破碎而来的铁尾矿砂，以不同质量铁尾矿砂等比例代替天然河砂配制水泥砂浆进行抗压试验。对比铁尾矿砂与天然河砂在组成成分、粒形、粒径、级配分布上的差异，分析铁尾矿砂与天然河砂比例不同时水泥砂浆立方体试件的破坏形态以及抗压强度。并使用扫描电子显微镜（SEM）着重分析完全替代下铁尾矿水泥砂浆与天然河砂水泥砂浆的细骨料与水泥胶体的交界面形态及水化产物微观形貌。结果表明：所用铁尾矿砂SiO2含量较高，属于高硅型铁尾矿，由于机制原因造成其多棱角且表面粗糙。替代率对铁尾矿水泥砂浆立方体试件破坏形态没有显著影响，不同替代率下铁尾矿水泥砂浆力学性能均优于天然河砂水泥砂浆。铁尾矿砂的加入会导致水泥砂浆内部结构劣化，但由于铁尾矿砂多棱角、表面粗糙与水泥胶体的机械咬合力较大，而且高硅型铁尾矿砂自身强度较高，弥补了由于结构劣化造成的力学性能损失，使铁尾矿水泥砂浆的基本力学性能仍能满足要求。

基于不同机械活化方式的二元固废混凝土抗压性能研究

王凤丹, 胥孝川, 顾晓薇, 张延年, 张信龙, 王青

2022, 51(1):  65-70. 

摘要 ( 47 )   PDF (2386KB) ( 443 )  

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为了改善二元固废混凝土的抗压性能，基于不同机械活化方式研究了铁尾矿-粉煤灰复合掺合料对二元固废混凝土抗压性能的影响，并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了铁尾矿-粉煤灰复合掺合料混凝土抗压强度增强的水化机理。当采用先掺后磨的机械活化方式时，铁尾矿-粉煤灰复合掺合料的混凝土抗压强度增强效果最明显，28 d龄期可达70.6 MPa。不同机械活化方式导致水化产物结构不同，同时改变了掺合料参与二次水化反应的程度；采用先掺后磨的机械活化方式，能促进水泥熟料的进一步水化，消耗更多Ca(OH)2参与二次水化反应，生成更多更致密的网状C—S—H凝胶。从混凝土抗压强度及混凝土胶凝材料的水化硬化机理来看，采用先掺后磨的机械活化方式活化效果更优，利于二元固废混凝土的强度发展。

极细高硅型铁尾矿制备超高性能混凝土研究

顾晓薇, 徐建宇, 贾泽藩, 韩继宝, 陈亮霄, 阿如日

2022, 51(1):  71-75. 

摘要 ( 56 )   PDF (1504KB) ( 401 )  

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基于骨料堆积理论和颗粒最紧密堆积理论，利用辽宁地区的高硅型铁尾矿砂替代天然河砂制备绿色新型超高性能混凝土（UHPC），并针对其浆体性能和力学性能开展了研究。结果表明，随着铁尾矿砂替代量的增大，UHPC浆体的流动性逐渐降低，含气量逐渐增大；UHPC试件的抗折强度随着掺量的增大有所上升，但7 d抗压强度随着铁尾矿砂掺量的增大而减小，而28 d龄期的抗压强度随着铁尾矿掺量的增大而增大，并在40%时达到最大值。

以铁尾矿为主的多元固废混凝土抗压性能与微观结构研究

杨博涵, 张延年, 顾晓薇, 崔长青, 韩东, 闫飞

2022, 51(1):  76-82. 

摘要 ( 64 )   PDF (2162KB) ( 305 )  

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为实现铁尾矿、煤矸石等固废再利用，降低混凝土水泥用量，并缓解铁尾矿单独作为混凝土掺合料对抗压性能的不利影响，以铁尾矿-煤矸石-粉煤灰为复合掺合料，考察了复合掺合料掺量和配比对混凝土抗压强度及微观结构的影响。结果表明：①复合掺合料的掺入降低了混凝土的抗压强度，掺量为20%时对后期抗压强度影响较小，28 d抗压强度可达421 MPa，达到C40混凝土标准；掺量为30%时28 d抗压强度最高可达384 MPa。②铁尾矿材料活性较低，单独作为掺合料劣化了混凝土抗压性能，但其具有填充效应以及分散作用；粉煤灰和煤矸石都具有一定的火山灰活性，粉煤灰活性较高且具有滚珠效应，对混凝土抗压强度的贡献高于煤矸石；铁尾矿与粉煤灰、煤矸石协同作用缓解了铁尾矿单独作为掺合料对混凝土抗压性能的劣化，最优掺入比例为1∶2∶2。③掺量为20%的复合掺合料促进了界面过渡区附近的水泥水化，但劣化了整体孔结构，掺量为30%的复合掺合料优化了混凝土孔结构，明显降低了界面过渡区的孔隙率，但对水泥水化产生了消极影响。研究结果表明，复合掺合料改变了界面过渡区的孔隙率和水化进程，平衡界面过渡区的孔结构和水化进程是提高混凝土宏观强度的关键。

铁尾矿—磷渣—脱硫灰三元固废混凝土抗压性能研究

杨道魁, 张延年, 顾晓薇, 陈昊, 韩东, 贾子涛

2022, 51(1):  83-88. 

摘要 ( 58 )   PDF (1798KB) ( 334 )  

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为实现铁尾矿固废材料的再生利用，提高工业固废利用率，以铁尾矿、磷渣、脱硫灰作为掺合料部分代替水泥制备混凝土，研究三元体系下钙相固废与铁尾矿协同作用对混凝土抗压强度的影响，测试不同水胶比、铁尾矿研磨时间、掺合料掺量及掺合料比例对混凝土抗压强度的影响。结果表明，混凝土抗压强度与水胶比呈正相关关系，机械研磨提高了铁尾矿的比表面积，有利于铁尾矿表面与自由水发生水化反应，30%掺量混凝土后期抗压强度较20%掺量下降不大，在铁尾矿比表面积为1 5893 m2/kg，铁尾矿、磷渣、脱硫灰分别占胶凝材料的6%、16%、8%时制备的混凝土抗压强度最高，28 d抗压强度达到409 MPa。通过采用压汞法（MIP）和背散射电子成像技术（BSE）研究了混凝土的微观结构，结果表明，掺合料的掺入优化了混凝土的孔隙结构，促进了界面过渡区的发展。铁尾矿、磷渣、脱硫灰三元体系在30%掺量下对混凝土强度影响较小，可代替水泥制备混凝土。

铁尾矿基多固废混凝土耐酸侵蚀性能研究

刘文亮, 张延年, 顾晓薇, 于洋, 韩东, 姜大伟

2022, 51(1):  89-94. 

摘要 ( 70 )   PDF (1886KB) ( 313 )  

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为提高混凝土材料的耐酸侵蚀性能，同时实现大宗固废的综合利用，以铁尾矿、钢渣及脱硫灰为掺合料，铁尾矿砂及铁尾矿废石为骨料制备混凝土试块，研究了水泥替代率及水胶比对混凝土试块28 d抗压强度及酸侵蚀60 d后抗压强度、质量损失、表观劣化及中性化深度的影响。结果表明：①当水胶比一定、水泥替代率为10%时，混凝土试块28 d的抗压强度最高，且高于纯水泥混凝土试块的抗压强度；当水泥替代率一定、水胶比为042时，混凝土试块28 d的抗压强度最高。②当水胶比一定、水泥替代率大于15%时，酸侵蚀60 d后的混凝土试块表现出较强的耐酸侵蚀性能；当水泥替代率一定、水胶比小于045时，酸侵蚀60 d后的混凝土试块表现出较强的耐酸侵蚀性能。③当水胶比一定、水泥替代率为30%时，达到最小的质量损失；当水泥替代率一定、水胶比为042时，达到最小的质量损失；且均小于纯水泥混凝土试块的质量损失。④复合掺合料体系使得混凝土的内部结构致密、孔隙细化，有效地阻碍了醋酸溶液对混凝土的侵蚀，降低了混凝土试块的中性化深度。总体上看，铁尾矿、钢渣、脱硫灰进行复掺制备混凝土，具有优于纯水泥混凝土的耐酸侵蚀性能。

半干法脱硫灰蒸压加气混凝土的制备及性能研究

董庆广, 曹宇, 陈宁, 王娟, 徐兵

2022, 51(1):  95-100. 

摘要 ( 77 )   PDF (2148KB) ( 255 )  

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利用半干法脱硫灰制备蒸压加气混凝土，研究不同脱硫灰掺量对蒸压加气混凝土抗压强度、干密度、吸水率等性能的影响。采用MATLAB和IMAGE J的图像分析方法，研究并揭示蒸压加气混凝土孔隙率及气孔直径分布的变化规律，通过X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分析其水化产物。结果表明：随着脱硫灰掺量的增加，蒸压加气混凝土抗压强度和干密度呈现出先增大后减小的趋势，而孔隙率和吸水率呈现出先降低后增大的趋势。对于孔结构，随着脱硫灰掺量的增加，14~54 μm的气孔分布先降低后增大，且大于67 μm的气孔分布逐渐增加。XRD与SEM结果表明，适宜掺量的脱硫灰有利于托贝莫来石生成，增强托贝莫来石的结晶度，使得托贝莫来石的空间分布更加紧密，提高蒸压加气混凝土的力学性能。研究结果表明，10%~20%掺量的脱硫灰制备蒸压加气混凝土，可满足A3.5 B06级蒸压加气混凝土的性能指标要求。

采矿工程

三山岛金矿分段空场嗣后充填采场结构参数设计

赵兴东, 周鑫, 魏慧

2022, 51(1):  101-106. 

摘要 ( 89 )   PDF (1888KB) ( 294 )  

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合理的采场结构参数是保证深部矿山安全高效生产的前提。为应对深部金属矿山高应力、岩体质量变差这一问题，提出了一种分段空场嗣后充填采场结构参数设计方法。以岩体质量分级为基础，借助RMR临界跨度图表和Mathews稳定性图表初步确定采场结构参数；利用RS2数值软件和Mathews稳定性图表对采场稳定性进行分析，最终确定最优采场结构参数。以三山岛金矿分段空场嗣后充填法采场为研究对象，利用Q、RMR和GSI 3种岩体质量评价方法对采场矿岩进行岩体质量分级，并估算了其岩体力学参数，在此基础上计算得到两种采场结构参数方案，对最易发生失稳破坏的上盘围岩进行了稳定性分析，最终确定8 m×15 m×15 m作为最优尺寸，为矿山采矿方法设计提供了一定的依据。

冬瓜山矿床盘区隔离矿柱回采工艺优化方案

董世华

2022, 51(1):  107-112. 

摘要 ( 83 )   PDF (1669KB) ( 256 )  

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为确保冬瓜山矿床第三步骤隔离矿柱成功回采，针对隔离矿柱回采时的开采技术条件较第一步骤回采矿房和第二步骤回采矿柱时严重恶化的问题，为进一步优化回采工艺，有效控制地压危害以及提高回采效率，结合隔离矿柱回采的不利影响因素，提出了包含大直径底部漏斗、垂直深孔拉槽、后退式梯段爆破、下向布孔在内的技术方案，丰富和发展了隔离矿柱三步骤回采技术。实践表明：上述技术措施的成功应用，确保了隔离矿柱安全、高效回采，实现了矿床资源综合回收率从两步骤回采的70%到三步骤回采的81%跨越，可为国内同类型矿山开采提供借鉴。

基于RES理论的岩石可钻性综合预测研究

许梦国, 刘红阳, 王平, 程爱平, 张威威

2022, 51(1):  113-119. 

摘要 ( 45 )   PDF (1505KB) ( 245 )  

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岩石的可钻性研究对于矿山凿岩效率和采矿作业成本有着直接影响。目前，实现可钻性分级的模型和方法大多依赖于各项岩石物理力学参数和各类统计分析方法，存在一定的局限性。岩石可钻性不仅是岩石单方面的属性，而且反映了岩石与钻具相互作用的综合特性。基于岩石工程系统（Rock Engineering System，RES）理论，将各项岩石力学性质和凿岩施工参数综合考虑为一个完整系统，采用人工神经网络编码法构建整体交互作用强度矩阵GRSE，建立了岩石可钻性分级综合预测模型，揭示了各个影响因素之间复杂关系以及对岩石可钻性的影响程度，并将其应用于程潮铁矿-430 m水平工作面的中深孔凿岩台车施工作业。结果表明：岩石质量指标（RQD）、石膏含量、铁矿石品位、冲击压力对矿岩可钻性具有重要影响。在上述分析的基础上，综合讨论了该水平的矿岩物理力学性质、矿物组分含量和凿岩工作参数，并根据矿岩可钻性级值对该水平进行了区域预测分级，现场据此优化了凿岩参数和工艺，提高了台班穿孔工程量。

不同粗骨料对膏体强度性能的影响及配比优化

王洪江, 杨亚楠, 王小林

2022, 51(1):  120-127. 

摘要 ( 75 )   PDF (1636KB) ( 220 )  

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云南某铅锌矿水淬渣产量逐渐降低，难以满足充填需求，亟需寻求新型粗骨料。以该矿全尾砂、机制砂、水淬渣为试验材料，采用正交设计法，研究料浆质量浓度、灰砂比、粗骨料含量以及粗骨料种类对膏体抗压强度的影响。基于最大密度曲线理论和贝雷法，从密实度和骨架结构两方面对混合物料级配进行评价，并对全尾—机制砂进行物料配比优化。研究表明：料浆质量浓度和灰砂比是抗压强度的主要影响因素，粗骨料含量的影响作用较小；相同条件下，全尾—水淬渣膏体抗压强度最大，全尾砂膏体次之，全尾—机制砂膏体抗压强度最小；全尾—机制砂膏体级配不良，密实度小于全尾—水淬渣和全尾砂膏体，且没有形成稳定骨架，再加上机制砂含泥量较高，导致全尾—机制砂膏体抗压强度最小。物料配比优化后，机制砂添加量为42.78%，全尾砂添加量为57.22%，达到较大密实度的同时又形成了稳定的骨架结构，有利于提高膏体抗压强度。

废石尾砂充填结构体应力分布与覆岩变形移动规律研究

王其虎, 贺耀华, 杨帆, 伍蒙, 姚囝

2022, 51(1):  128-135. 

摘要 ( 44 )   PDF (2712KB) ( 212 )  

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废石尾砂交替充填采场由废石和尾砂构成的充填结构体支撑采场顶板，其承载特性无法简单地由某一种材料的变形和强度参数描述，为了探究该充填结构体的应力分布与覆岩变形移动规律，利用大尺寸相似模拟装置对典型缓倾斜薄矿床废石尾砂交替充填开采过程进行模拟，采集、处理并分析采场顶板应力、未采矿岩应力、地表沉降、充填体承载情况和安全系数等指标的演化特征，在此基础上分析了废石尾砂充填结构体的承载和稳定状态。结果表明：废石尾砂充填结构体中由废石充填体承载采区顶板施加的大部分荷载，而尾砂充填体未充分发挥其承载作用，充填效率不高；借鉴高应力巷道柔性支护有效调动围岩自承载能力的理念提出了基于柔性接顶的应力协调思路，即利用弹性模量低于废石充填体的柔性材料前期收缩变形释放顶板一部分压力，调动矿岩和尾砂充填体承载能力并对废石充填体进行卸压。该思路有助于改善废石尾砂充填结构体的不均匀承载状态，提高采场整体安全性和充填效率。

巴润矿矿岩混合复杂爆区爆破分离技术试验研究

刘占全, 王德胜, 崔凤, 徐晓东, 郭建新, 赵宇

2022, 51(1):  136-141. 

摘要 ( 69 )   PDF (2587KB) ( 199 )  

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巴润矿床成因复杂，矿体不规整、产状及空间形态无规律，爆区内常出现多矿种、众矿体和多岩性混合的矿岩分布状态。常规露天开采爆破过程使破碎矿（岩）石在爆堆中相互混合，导致矿石贫化、损失较严重。针对矿岩混合复杂爆区存在的矿体边界不清、爆破过程矿岩混合和电铲装车时难以直观辨识矿（岩）石等难题，提出了向矿（岩）体中部抛掷堆聚、矿（岩）体交界处爆破分离成清晰沟槽为核心的分离爆破技术方案。通过钻孔岩粉取样化验圈定爆区内矿（岩）体的实际边界，综合应用矿（岩）体中部等时线定向抛掷堆聚技术、矿（岩）体边界多自由面长延时对孔起爆抛掷分离技术和电子雷管精准起爆技术等，实现了爆破荷载作用下矿（岩）石有序堆聚和边界清晰分离的目标。基于颗粒流PFC3D的数值模拟研究初步确定了台阶深孔爆破矿岩分离的技术参数，在此基础上开展了现场爆破分离试验。现场爆破试验的台阶高度为14 m，炮孔直径为310 mm，孔排距为(8~10) m×6 m，采用三角形布孔方式。先行起爆紧邻矿岩分界的同排两侧炮孔，延时110 ms后同时起爆跨矿岩边界的同排两侧炮孔。爆区内以矿（岩）体中部为起爆零点的多“V”型精准起爆和等时线抛掷堆聚等技术的综合应用，实现了矿岩混合复杂爆区矿（岩）体中部堆聚、矿岩边界清晰分离的目标，出矿观测结果表明，矿石贫化率低于2%。

基于增稠微囊的地下矿用乳化炸药配方设计及性能表征

程扬帆, 陶臣, 夏煜, 胡芳芳, 张启威, 姚雨乐, 汪泉

2022, 51(1):  142-147. 

摘要 ( 156 )   PDF (2002KB) ( 215 )  

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针对地下金属矿上向孔装填的乳化炸药返药和耐低温性能差等问题，研制出一种利用微囊技术实现孔内增稠的地下矿用乳化炸药。微囊的加入不影响乳化炸药的黏度及其泵送，在乳化炸药进入炮孔前的瞬间，其内部的微囊受到高速剪切破坏并释放出增稠剂，从而迅速增加乳化炸药黏度。增稠微囊呈球形，粒径约为2 mm，可对增稠剂进行有效封装。微囊高速剪切破坏后会释放出增稠剂，并以线性网状结构均匀分布在乳胶基质中，从而实现孔内增稠。添加2%增稠微囊的乳胶基质剪切后的黏度维持在127.9 Pa·s左右，满足乳化炸药在炮孔内稳定附着要求。爆轰性能试验结果表明，添加2%增稠微囊的地下矿用乳化炸药剪切后的爆速为5 030 m/s，-20 ℃冷冻12 h后其爆速仍然高达4 618 m/s，具有较高的爆炸威力和抗低温性能。添加增稠微囊的地下矿用乳化炸药可满足地下金属矿开采对炸药性能的要求。

基于PEMD的露天边坡不同高程爆破振动信号频谱特征研究

刘连生, 钟抒亮, 易文华, 刘伟, 杨砚, 柴耀光

2022, 51(1):  148-153. 

摘要 ( 52 )   PDF (1992KB) ( 123 )  

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为了更好地研究边坡爆破振动信号的频谱特征分布，结合露天边坡爆破振动试验分析，利用正交经验模态分解方法(Principal Empirical Mode Decomposition，PEMD)剔除了振动信号中的噪声，对不同高程的边坡爆破振动信号频谱特征进行了研究。结果表明：①节理裂隙发育边坡在当前起爆方式下，爆破振动信号能量的优势频段为10～100 Hz，其频段内的能量占总能量的64.2%～88.0%；②同一高程不同振动方向的爆破振动信号中，径向峰值振动速度最大，主振频段内集中的振动能量最大；③在边坡特定高程处，爆破振动信号不同频率成分存在选择放大或衰减效应，且不同振动方向能量的放大与衰减程度并不相同；④随着高程的增加，爆破振动信号的峰值瞬时能量表现为先增大后减小，在边坡出现高程放大效应处达到最大。

句法视角下矿山地下空间结构研究与优化

李雯静, 陈曼丽, 任大军

2022, 51(1):  154-161. 

摘要 ( 63 )   PDF (2992KB) ( 115 )  

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地下矿山开采通常持续几十年到几百年，新的掘进巷道在已有的巷道规划基础上加建，新旧更替致使许多矿山地下空间结构趋于复杂。从全局与局部视角，以国内某金属矿山为例，构建了地下矿山空间句法模型，借鉴空间句法各项指标，分别对该矿东区某矿段的整体空间特征以及主要工作面的局部空间特征进行分析，并提出了对应的优化策略。通过对矿山地下空间组构的量化分析，揭示了矿山地下空间结构布局特征以及与巷道功能之间的映射关系，为巷道前期开采设计与后期空间优化提供了直接且有效的支持和引导，同时对于该矿山智慧化建设具有重要参考意义。

抚顺西露天矿软硬岩互层反倾岩体边坡稳定性分析及治理

王凤林, 王东明, 杨天鸿, 吕斌, 高源, 邓文学, 纪玉石, 王雪峰

2022, 51(1):  162-169. 

摘要 ( 80 )   PDF (3720KB) ( 309 )  

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软硬岩互层反倾岩体边坡具有形成机理复杂、内部节理构造隐蔽性强以及致灾因素多等特点，因此其防治工程难度相对较高。抚顺西露天矿地质灾害风险较大，矿界周边特别是东北部建筑物较多，人口密集，亟需采取强有力的综合治理措施。基于抚顺滑坡历史灾害统计和研究区域精细化工程地质勘查，多角度分析了矿区北帮E1000边坡失稳机理，采用强度折减理论验算刚体极限平衡的反分析方法对现有的滑坡形态进行了反演分析；以反分析获取的泥页岩互层抗剪强度参数为基准，对设计的疏干排水、削坡、充水回填以及综合治理方案的边坡稳定性进行了演算。研究表明：综合治理方案具有投资强度小、安全性高（安全系数为1.506）、治理措施适宜等特点。

使用声发射测试结果预判岩爆等级

王亚磊, 徐金明, 吴述宽

2022, 51(1):  170-177. 

摘要 ( 132 )   PDF (4824KB) ( 118 )  

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岩爆等级预判是进行岩爆灾害预警的重要基础，而岩爆本身的复杂性给岩爆预判带来了很大困难，为实现岩爆等级快速、准确地预判，采用声发射测试技术获取不同方向（纵向、斜向和横向）岩石的标准试样（直径为50 mm、高度为100 mm）在室内单轴压缩加载过程中的声发射特征，基于不同方向试件主破裂前的累积声发射能量Eq与最终破裂后的累积声发射能量E之比分别提出相应的岩爆等级预判新方法，并将预判结果与实际岩爆等级、传统方法的岩爆预判结果进行了对比。结果表明：基于不同方向试件Eq/E值的岩爆等级预判结果准确率均达到80%，与实际岩爆等级吻合性较好；与传统岩爆预判方法相比，基于Eq/E值的岩爆等级预判结果更为可靠；使用不同方向试件Eq/E值进行岩爆等级预判时，预判结果的准确率从高到低依次为纵向、斜向和横向。研究结果对于岩爆灾害防治具有一定的参考价值。

北山花岗岩张拉力学性质及声发射特征研究

王超圣, 刘建锋, 赵耀威, 王举

2022, 51(1):  178-184. 

摘要 ( 68 )   PDF (2660KB) ( 108 )  

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以我国高放射性废物处置库甘肃北山预选区为工程背景，通过巴西劈裂试验、直接拉伸试验以及三轴压缩试验研究北山花岗岩的基本力学性质，试验过程中监测声发射数据，基于声发射特征开展了巴西劈裂试件内部的破裂形式及其演化过程研究。研究表明：①直接拉伸试件的强度约为巴西劈裂试件强度的1.23倍，巴西劈裂试件呈现明显的脆性破坏，而直接拉伸试件呈现一定的塑性破坏特征；②巴西劈裂试件的声发射事件数在应力达到峰值应力的70%之前增加比较剧烈，直接拉伸试件的声发射事件数在峰值附近增加比较剧烈；③三轴压缩试验声发射事件的频率主要分布在0~80 kHz范围内，直接拉伸试验和巴西劈裂试验的声发射事件频率主要集中在0~160 kHz；④巴西劈裂试件张拉裂纹的数量约为剪切裂纹数量的20.6倍，且张拉裂纹由试件中心向端部扩展，并最终形成贯通的破裂面。

地质与测量

东秦岭祁雨沟金矿床189号矿体黄铁矿标型特征及其地质意义

曾涛, 唐利, 孙宇辰, 黄丹峰, 胡昕凯, 王亮

2022, 51(1):  185-194. 

摘要 ( 97 )   PDF (4807KB) ( 147 )  

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祁雨沟金矿床位于东秦岭熊耳山多金属矿集区中部，近年来在深部400 m水平以下新发现了189号斑岩型金矿体，其深部成矿与找矿潜力有待厘定。以祁雨沟金矿床220 m与280 m标高的189号矿体为研究对象，基于野外地质调查、矿相学、载金黄铁矿的成分标型和热电性标型特征的系统研究发现：①祁雨沟189号矿体成矿过程可划分为3个阶段，第Ⅰ阶段为钾长石+石英+黄铁矿±磁铁矿，第Ⅱ阶段为石英+辉钼矿+黄铁矿+黄铜矿，第Ⅲ阶段为石英+黄铁矿+黄铜矿±自然金±银金矿±碲化物；②黄铁矿可划分为两个主要类型，其一为浸染状分布于花岗斑岩中的黄铁矿，含矿性良好；其二为赋存于石英-黄铁矿脉中的黄铁矿，部分呈脉状、团块状产出；③280~220 m标高黄铁矿呈富铁贫硫趋势，w(Fe)/w(S+As)和w(Au)/w(Ag)值指示其岩浆热液成因且形成于中—浅成环境，微量元素变化与深度变化呈正相关；④黄铁矿形成温度范围集中于277.5～332.5 ℃，指示中低温热液成因，220 m与280 m标高黄铁矿基本以N型为主（97%以上），剥蚀率为75.5%~85.5%，为矿体中下部特征。综合上述分析，认为189号矿体向下仍有一定的延伸空间和深部找矿前景，且祁雨沟金矿外围具有较大的砂金找矿潜力。

河南罗山竹园西铜钼矿区地质特征及找矿远景

刘坤, 李瑞强, 李开文, 陈泳霖

2022, 51(1):  195-204. 

摘要 ( 88 )   PDF (4522KB) ( 148 )  

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竹园西铜钼矿区位于华北克拉通南缘与秦岭造山带的衔接部位，成矿区带属桐柏—大别钼成矿带，为铜钼多金属成矿有利地区。为深入研究该区成矿潜力，在区内开展了1∶10 000地质测量、1∶10 000土壤测量、1∶ 1 000地质剖面测量及槽探、钻探等系统的矿床勘查工作。矿区地质特征研究表明：①矿区内铜钼矿床主要控矿因素为岩体与构造，灵山岩体花岗斑岩为其成矿母岩，并在断裂交汇部位可形成富矿体；②矿区圈定的2条Mo矿体和1条Cu矿体均赋存于花岗斑岩中，矿床具有斑岩型钼矿特征。在上述分析的基础上，根据1∶10 000地质测量→1∶10 000土壤测量→1∶ 1 000地质剖面测量→槽探、钻探揭露的找矿技术流程，在区内圈定了2处钼矿找矿靶区（靶区A和靶区B），经工程验证发现靶区深部存在隐伏花岗斑岩体及多条钼矿体，且靶区A内钼矿体估算的（控制）+（推断）资源量规模达到中型。综合区内成矿地质特征，并与邻近同类型矿床进行类比，认为竹园西铜钼矿区中深部成矿潜力相对较大，可进一步开展勘查工作。

河南老湾金矿带原生晕地球化学特征及深部找矿意义

郭鹏, 陈建立, 陈英男, 魏从玲, 薛艳

2022, 51(1):  205-212. 

摘要 ( 92 )   PDF (3322KB) ( 137 )  

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老湾金矿带位于秦岭—大别造山带东部，是河南省规模最大的单体金矿床。研究了矿带内金矿体原生晕的元素浓度分带、轴向分带序列，采用相关分析、聚类分析、因子分析，探讨了元素组合特征。结果表明：Au、Bi、Pb、Zn、Mo元素浓度分带未闭合，向下延伸较好，表明矿体深部仍有延深；原生晕轴向分带序列为AgMoHgAsWSbZnSnAuCuBiPb，高、中、低温热液元素排列无序，反映原生晕是由多期矿化叠加形成；Au与Bi、Cu相关性较好，在成矿热液中共同迁移、富集，Bi、Cu元素可作为找金的指示元素；主因子F2（AuBi）代表了促使金富集的地质作用，因子得分的空间分布特征显示标高-650 m以深有较好的找矿潜力。基于上述认识预测的找矿靶区已获得成功验证，分析结果对于矿区后续找矿工作有一定的参考价值。

机电与自动化

地下矿山生产短间隔控制管理研究与系统开发

王浩, 胡乃联, 李国清, 侯杰, 强兴邦

2022, 51(1):  213-220. 

摘要 ( 77 )   PDF (3521KB) ( 145 )  

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随着我国智能矿山建设的持续推进与深入应用，生产过程管控的数字化与信息化已成为矿山智能生产的重要内容，其关键在于大幅提高对于生产信息在内容上的精确把握程度与时效上的精准控制水平。为了解决地下矿山传统生产调度组织方式在生产调度的透明性与可控性等方面存在的不足，引入了短间隔控制(Short Interval Control,SIC)这一高频率控制和响应的管理方法。在分析地下矿山生产SIC管理核心需求的基础上，以形成面向SIC的高频调度管控业务模式为目标，构建了包括作业计划制定、短间隔调度排产、短间隔检查反馈和短间隔分析改进在内的地下矿山SIC业务模型。以此为基础，提出了基础通信网络、管理端、移动终端、查询端和工业大数据平台端相结合的SIC跨平台运行体系，设计了面向SIC的生产管理系统功能体系，并完成了系统开发与实现。将该系统应用于国内某大型地下矿山调度管理工作后，全面提升了采矿生产的技术经济效果，表明SIC理念的引入有助于全面改善地下矿山传统调度方式，通过信息化手段完成SIC管理过程可实现生产进度高频监控和闭环反馈，有效提高地下矿山调度管理效率和生产透明度，全面推进智能矿山中生产作业管理的精细化。

安全与环保

基于DIC的含水尾砂堆积坝振动破坏研究

刘美辰, 赵怡晴, 金爱兵, 田欣然, 刘先苇

2022, 51(1):  221-230. 

摘要 ( 90 )   PDF (4369KB) ( 129 )  

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为探讨含水率对尾砂堆积坝振动破坏的影响，在室内直剪试验的基础上开展堆积坝模型振动台试验，结合数字图像相关技术(Digital Image Correlation Technology,DIC)研究了含水尾砂堆积坝的振动破坏规律、局部变形及损伤演化特征。试验结果表明：尾砂的黏聚力随含水率增大呈现先增大后减小趋势，并得到cω拟合公式，而内摩擦角变化较小，在30.03°~33.44°范围内波动；黏聚力对尾砂堆积坝稳定性和起裂时刻具有重要影响；坝体含水率对堆积坝破裂形态及破坏模式影响显著，高含水率16.0%坝体呈“局部单一式”拉伸破坏，低含水率5.6%坝体发生“交错溃散式”张拉—剪切复合型破坏，随着含水率增加，尾砂堆积坝振动破坏模式由拉剪破坏向张拉破坏主导过渡；基于局部应变场统计分析提出损伤因子定量表征坝面损伤，含水5.6%坝面损伤因子呈突发式增长趋势，呈现为脆性破坏，含水13.0%与16.0%堆积坝后期损伤因子增长缓慢，向延性破坏过渡。

基于改进模糊层次分析法的高压输电线路场地稳定性评价

杨向升, 郭广礼, 郭松, 郭宝德, 刘赞, 王跃宗

2022, 51(1):  231-236. 

摘要 ( 116 )   PDF (2177KB) ( 107 )  

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为保障高压输电线路穿越煤矿采空区场地时的建设安全，迫切需要开展沿线塔基建设场地的稳定性分析与评价。以山东滕州光伏发电项目110 kV高压输电线穿越王晁、锦丘、滨湖煤矿采空区场地为例，在分析钢塔结构应力和采空区地质采矿条件的基础上，选取了影响煤矿采空区场地稳定性的9个评价指标构建层次分析模型，以半梯形隶属度分布函数耦合权重排序向量改进模糊层次分析法，并将评价结果与高压输电线路架空区域实际调查的场地稳定性结果进行了对比分析。结果表明：所提出的改进模型评价结果与实际采空区稳定性一致，证明了改进模糊层次分析法应用于延伸型高压输电线路场地稳定性评价的可行性，对于类似工程地质条件下场地稳定性评价也有一定的借鉴意义。