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2022年 第51卷 第03期    刊出日期：2022-03-15

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专题综述

矿区生态环境定量遥感监测研究进展与展望

张成业, 李军, 雷少刚, 杨金中, 杨楠

2022, 51(03):  1-27. 

摘要 ( 1124 )   PDF (1834KB) ( 764 )  

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矿区生态环境的科学有效监测是矿区生态环境保护与治理的前提，对于促进生态文明建设具有重要意义。遥感技术已经成为矿区生态环境监测的重要手段，特别是近年来遥感技术在数据、算法、算力方面的迅速发展极大地促进了国内外矿区生态环境定量遥感监测研究的进步，涌现出了一系列优秀的研究成果。从矿区地表要素类型识别以及矿区植被、土壤、水体、大气、生态系统的参数反演与监测方面归纳和剖析了矿区生态环境定量遥感监测的研究进展。结果表明：新兴遥感数据的应用提升了监测的时空分辨率，矿区地表要素识别以及参数反演方法得到了优化改进，提升了识别和反演的精度；深度学习和遥感云计算平台在矿区应用中崭露头角。但是也存在一些不足：①深度学习在矿区地表要素识别的应用尚未完全展开，缺乏矿区遥感地表分类体系标准与大规模高分样本库，矿区地表要素识别的自动化与智能化水平有待提高；②矿区定量遥感参数反演的广度有待拓展，反演与监测方法研究有待深入；③矿区多要素参数的中高分辨率、长时序、高频次同步观测与协同分析的研究还相对缺乏。在此基础上，对未来的研究方向进行了展望：①构建矿区遥感地表分类体系与大规模高分样本库，跟踪最前沿的深度学习算法，实现矿区地表典型要素的高精度识别；②研究矿区场景下的定量遥感物理机理建模方法，拓展遥感反演的矿区要素参数，提升反演方法的精度和稳定性；③融合矿区多源大数据，实现参数的中高分辨率、长时序、高频次的体系化同步定量遥感反演与监测。

采矿工程

复杂条件下不规则空区围岩冒落时空演化特征研究

任凤玉, 张晶, 何荣兴, 李广辉, 邹开华

2022, 51(03):  28-34. 

摘要 ( 144 )   PDF (2889KB) ( 746 )  

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复杂条件下不规则空区围岩冒落一直是裂隙岩体冒落研究领域的难点之一，岩性、断层、节理、空区形态及周边空区等条件越复杂，空区围岩冒落特性越难表征。石人沟铁矿开采M2矿体期间因下部民采空区突然冒透-210 m水平，形成埋深大、规模大、不规则且位于主要生产区域的M2主空区，同时该空区北侧还分布4个非法盗采诱发的隐伏空区，严重威胁了矿山安全生产。为此，提出了集三维探测、三维建模与三维数值模拟于一体的不规则空区围岩冒落范围预测方法。利用三维激光扫描技术探测空区形态与位置分布，在Rhino软件中利用复杂地层条件和空区最大不规则断面建立三维数值模型，基于3DEC研究周边空区开挖形成的采动应力影响下的M2主空区围岩时空演化特征，得到空区围岩最大冒落范围，并以空区水平截面半径和横向最大冒落范围之和确定安全隔离区半径，用以保障空区安全治理与周边矿体安全生产。研究表明：M2主空区围岩冒落活动在向上扩展的同时，也在沿矿体走向方向发展，且北侧围岩冒落范围远大于南侧。此外，通过开采安全隔离区外部南侧矿体，可有效利用已有采准巷道和中深孔穿孔工程，使该矿产能得到有效衔接。

高阶段嗣后分层胶结充填体强度及结构优化研究

熊朝辉, 谭玉叶, 楚立申, 宋卫东

2022, 51(03):  35-42. 

摘要 ( 97 )   PDF (3530KB) ( 612 )  

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为解决高阶段嗣后分层胶结充填体强度设计保守导致充填成本过高的问题，以大冶铁矿矿岩—充填体力学参数为基础，通过3种力学理论模型进行了分层胶结充填体强度需求解析计算。开展了以充填次数与分层结构为影响因素的充填体强度影响规律研究，得到了胶结充填体强度与充填次数之间的数学模型及折减系数。采用FLAC3D软件进行了二步骤采充时序的数值模拟搜索计算，得到了中间层充填体的黏聚力及强度需求的最小数值解，并在此基础上对高阶段嗣后分层胶结充填体的灰砂比及分层结构进行了优化。研究成果有助于大幅减少矿山胶结剂用量，降低充填成本，可为类似矿山进行充填体结构及强度优化设计提供参考。

复合充填结构体承载破坏演化特征

王其虎, 杨帆, 王杰, 贺耀华, 熊淦麟, 姚囝

2022, 51(03):  43-50. 

摘要 ( 95 )   PDF (3590KB) ( 574 )  

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针对力学性质存在差异的材料组合而成的复合充填结构体在承载过程中内部应力分布不均的现象，开展了由不同强弱介质组合而成的复合充填结构体的单轴压缩试验。结合声发射特征分析，研究了复合充填结构体的承载特征、损伤演化和破坏特征。研究表明：①单轴压缩状态下复合体内部应力分布不均，强介质内部应力大于弱介质内部应力，整体荷载主要由强介质承担；②当复合体中强介质强度一定时，复合体整体强度与弱介质强度呈正相关；③当弱介质强度小于等于3.21 MPa时，复合体应力—应变曲线出现两个弹性阶段，且第一弹性阶段的斜率大于第二弹性阶段，随着弱介质强度增加，第一弹性阶段增长、第二弹性阶段缩短，当弱介质强度大于3.21 MPa时，第二弹性阶段消失；④声发射信号演化特征表明：两个弹性阶段的拐点处弱介质出现大量损伤破坏，弱介质先于强介质破坏，当弱介质强度大于3.21 MPa时，损伤主要发生在压密和屈服后阶段，弱介质与强介质同时破坏。研究成果可为地下采场复杂应力场控制措施研究提供基础。

不同等级岩巷力学参数赋值与素喷支护效果评价

袁海平, 叶晨旭, 王文辉

2022, 51(03):  51-56. 

摘要 ( 105 )   PDF (1724KB) ( 583 )  

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优化支护设计和改善支护效果是新时代矿山发展的迫切要求，但目前金属矿山巷道支护设计规范欠缺，设计与施工方案主要依靠简单的经验公式，缺乏相应的理论基础。在HoekBrown强度准则和地质强度指标GSI的理论基础上，实现了岩体质量等级力学参数随机赋值，提出了支护效果安全系数计算方法，对不同等级岩巷素喷支护进行了数值模拟分析。将模型计算数据与大数据统计分析相结合，建立了不同岩体等级、不同支护厚度与支护效果最小安全系数的经验表达式。研究表明：基于强度理论对围岩力学参数自行赋值，结合数值模拟软件可分析岩巷支护效果；通过确认应力控制阈值，可绘制断面安全系数包络图，直观寻找支护体系薄弱点以便预先加固。研究成果为不同质量等级围岩的素喷支护效果安全性评估提供了一种有效方法，可供实际工程设计借鉴。

急倾斜层状岩体巷道顶板膨胀型浆体注浆支护效果研究

叶义成, 刘一鸣, 姚囝, 邓兴敏

2022, 51(03):  57-64. 

摘要 ( 149 )   PDF (3603KB) ( 608 )  

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为分析急倾斜层状岩体巷道顶板注浆后的支护效果，采用ABAQUS软件分别建立其顶板层理面普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆加固以及未注浆的数值分析模型，对比分析了不同注浆条件下巷道顶板的位移、应力与塑性应变的变化特征。开展了急倾斜层状岩体巷道顶板注浆相似模拟试验，在相似模型中设置了与数值模拟对应的位移与应力监测点，对比分析了普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆后的顶板位移及应力变化特征，并结合相似模拟试验现象分析了膨胀型浆体的注浆加固机理。研究表明：普通型浆体注浆和膨胀型浆体注浆条件下的顶板垂直位移较未注浆分别平均减少了19.7%和30.2%，膨胀型浆体注浆较普通型浆体注浆的垂直应力平均降低了18.4%。相似模拟试验中，巷道顶板位移及内部应力变化规律与数值模拟相吻合，膨胀型浆体注浆后的顶板承载能力和抵抗变形能力更强，加载后较普通型注浆下的顶板位移与应力更小。研究结果进一步表明,膨胀型浆体对于急倾斜层状岩体巷道顶板注浆加固具有良好的支护效果。

基于勒让德多项式逼近的钻孔岩性分布特征预测模型

王权铭, 杨宇江, 路增祥, 马驰, 曹朋

2022, 51(03):  65-70. 

摘要 ( 96 )   PDF (1290KB) ( 564 )  

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露天开采过程中，根据已知岩层特征信息，预测待穿孔位置的矿岩层岩性分布特征，有利于适时动态调整穿孔钻机的钻速及钻压，提高露天矿山穿孔速度。以勒让德多项式为基础，结合概率密度多项式函数逼近法和最小二乘法，建立了露天矿钻孔岩性特征预测模型和计算方法，并根据某铅锌矿的勘探钻孔信息，对预测模型进行了验证。结果表明：建立的钻孔岩性分布特征预测模型能够根据已知的钻孔岩层特征信息，预测出两个钻孔之间任意位置的岩性分布特征，预测结果的最大误差为3.12%，精度能够满足露天矿山穿孔作业对岩性分布特征预测的需要；建立的预测模型对于层状分布的岩层有更强的适用性。

大尺寸试件在梯度应力作用下的岩爆孕育声发射特性

吝曼卿, 胡会平, 梁潇, 高成程, 周炜鑫, 张兰

2022, 51(03):  71-77. 

摘要 ( 68 )   PDF (2573KB) ( 526 )  

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岩爆是地下深部岩体开挖过程中常见的一种地质灾害现象，而梯度应力是影响岩体岩爆孕育的主要因素之一。为探究梯度应力作用下的岩体岩爆孕育声发射特性，借助YBA型岩爆模拟试验装置对大尺寸试件进行不同梯度应力作用下的室内岩爆加卸载试验，采用声发射监测手段获取试件在加载过程中的声发射数据并进行分析。研究结果表明：围压一定时，试件所受顶部应力梯度差越小，试件岩体产生的声发射现象相对越早，声发射能量的释放频率在加载过程中更均匀，且声发射能量相对较小；随着试件顶部所受梯度应力差值的增大，试件的声发射能量值释放愈发频繁，振铃计数的变化范围越大，越符合岩体压缩作用下的4个变形阶段。

薄层状岩石试样3D打印与力学特性试验研究

李正伟, 汪士钧, 侯维永, 孙彬煜, 张克基

2022, 51(03):  78-84. 

摘要 ( 57 )   PDF (4493KB) ( 695 )  

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薄层状岩石广泛存在于矿山开采与地下工程建设中，针对其力学特性的研究对于该类岩体工程的安全施工与运营具有重要意义。借助自主研发的岩土类材料3D打印设备，基于湿料挤出沉积成型3D打印工艺，开展了不同层理产状薄层状类岩石试样的3D打印试验，成功获得了层理面与试样长轴夹角θ为0°、45°、90°的类岩石试样。针对打印试样开展单轴压缩试验，借助数字图像相关方法（DIC）对试验过程开展非接触式全场应变观测，对比分析了不同层理产状3D打印试样的宏观力学参数、空间应变场演化规律与破坏模式。结果表明：所提出的湿料挤出沉积成型3D打印工艺与设备，可以构建力学特性及破坏模式与薄层状岩石类似的人工试样。受层理产状与加载方向的关系影响，试样的宏观力学参数及破坏模式存在显著差异，θ=0°、45°、90°试样的峰值强度均值分别为1.88、1.55、3.32 MPa，弹性模量均值分别为0.37、0.32、0.98 GPa。DIC观测结果可以更直观地揭示层理产状与加载方向的关系对于薄层状岩石破坏过程与破坏模式的控制机制。相关成果可为3D打印技术在岩石力学中的推广应用提供借鉴。

隧道围岩中全长粘结式锚杆受力的非线性分析

赵宝华, 金建伟, 王光辉, 黄明华, 谭鑫

2022, 51(03):  85-92. 

摘要 ( 85 )   PDF (1636KB) ( 571 )  

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为分析隧道围岩中全长粘结式锚杆锚固界面剪切作用的非线性特性及其受力特性，建立了锚固界面剪应力与剪切位移的双曲正切函数模型，推导了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的荷载传递方程，采用有限差分方法和Newton迭代公式建立了锚杆受力特性计算方法，并采用典型隧道工程锚杆试验实测结果进行了验证。在此基础上，分析了围岩变形作用下全长粘结式锚杆的轴力和界面剪应力分布特征，探讨了锚杆长度、界面剪切强度和初始剪切刚度、围岩位移释放系数等因素对锚杆受力的影响。研究结果表明：①双曲正切函数模型采用单一函数曲线刻画了界面剪应力与剪切位移的非线性关系及锚固界面剪切刚度演变规律，可有效描述隧道围岩中全长粘结式锚杆的受力特性；②锚杆锚固力随着锚固长度的增加而逐渐增大，但其锚固长度存在临界值；超过临界值后，锚杆锚固力基本不变；③随着界面剪切强度和刚度的增加，锚杆锚固力逐渐增大，中性点位置移向临空面一侧，界面剪应力向临空面和锚杆末端聚集；④围岩位移释放系数越小，锚杆支护后所提供的锚固力越大。实际工程中，宜根据围岩稳定状态及所需锚固力大小，合理确定锚杆支护时机和长度。

矿物工程

辽宁鞍本地区某铁矿废石碎磨特性研究

张昊, 刘文宝, 刘文刚, 孙文瀚, 佟柯霖, 谢峰

2022, 51(03):  93-98. 

摘要 ( 91 )   PDF (1353KB) ( 644 )  

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为解决废石堆存造成的一系列环境及安全问题，明确铁矿废石制备砂石骨料工艺流程，以辽宁鞍本地区某铁矿废石为例，在对其性质进行分析的基础上，开展了基于Bond球磨功指数试验与JK落重试验的碎磨特性参数研究。Bond球磨功指数试验结果显示，该铁矿废石Bond球磨功指数Wib为12.05 kWh/t。JK落重试验结果显示，该铁矿废石抗冲击粉碎模型为t10=71.25(1-e-0.52ECS) ，其中冲击粉碎参数A×b的值为37.05；磨蚀系数ta的值为0.17；相对密度为3.06。试验结果表明，该铁矿废石抗冲击粉碎能力属于硬范畴，抗磨蚀粉碎能力属于极硬范畴。结合上述试验结果，最终确定了该铁矿废石的生产设备与利用工艺。

镜铁山V矿体铁矿石智能与强磁干式联合预选试验研究

黄开伟, 陈铁军, 展仁礼, 刘伟

2022, 51(03):  99-104. 

摘要 ( 91 )   PDF (1181KB) ( 549 )  

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酒钢镜铁山V矿体铁矿石采出TFe品位23%左右，多年来受选矿工艺技术水平及经济条件制约，一直未得到合理利用。现场采用单一强磁预选工艺，入选矿石TFe品位得到较为明显的提高，但尾矿TFe品位偏高，铁损失较大。为进一步提高预选效果，对该矿进行智能预选与强磁预选联合抛废试验研究。结果表明：①对于TFe品位为23.92%、粒度范围为15~45 mm粒级样，适宜的抛废率为16.31%，此时TFe品位为26.53%、回收率92.83%。抛废率为13.20%和20.39%的稳定试验结果与条件试验结果基本一致，表明智能预选试验数据可靠。②A1粒级样（30~45 mm）粗选适宜的筒体表面线速度为0.70 m/s，此时精矿TFe品位为29.03%、回收率70.91%；A2粒级样（15~30 mm）粗选适宜的筒体表面线速度为0.85 m/s，此时精矿TFe品位为30.03%、回收率78.09%。③粒度为30~45 mm的智能预选精矿通过强磁干式预选，可抛除作业产率为15.04%、TFe作业回收率为8.29%的尾矿，精矿TFe品位提升了2.04个百分点；粒度为15~30 mm的智能预选精矿通过强磁干式预选，可抛除作业产率为10.97%、TFe作业回收率为5.79%的尾矿，精矿TFe品位提升了1.54个百分点。粒度为30~45 mm的智能预选精矿的强磁干式预选效果更好。④采用智能预选—强磁干式预选（1粗1扫）工艺进行联合抛废处理15~45 mm粒级矿样，可抛除总产率为24.12%、TFe回收率为11.95%的尾矿，精矿TFe品位提升了3.85个百分点，预选效果较好。

磁化浸金溶液提高某低品位金矿石滴淋堆浸效果研究

代豪, 萨伍提·阿卜杜热伊木, 孙春宝, 寇珏, 胡阳, 邢成军, 李冠华, 白杨

2022, 51(03):  105-110. 

摘要 ( 91 )   PDF (1759KB) ( 574 )  

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某低品位金矿金品位为0.65 g/t，滴淋堆浸浸出率较低。为考察磁化处理对该金矿石滴淋堆浸效果的影响，进行了磁化处理条件试验，考察了Ca2+、Mg2+及Na+等杂质离子浓度对溶液磁化前后表面张力的影响，探究了磁化浸金溶液对低品位金矿滴淋堆浸效果的影响及机理。结果表明：①磁化可以降低去离子水的表面张力，磁感应强度为1 T时适宜的磁化条件为磁化时间15 min、水流速度300 r/min，该条件下磁化后去离子水的磁化效果仅维持50 min。②溶液中Ca2+、Mg2+会使溶液的表面张力不同程度的增大，且表面张力随离子浓度的增大而增大，而磁化可以在一定程度上减弱或消除这类离子的影响；尽管Na+的存在也会降低溶液的表面张力，但溶液表面张力受Na+浓度的影响较小。③磁化后的氰化钠浸金液与矿石的接触角更小，磁化有利于氰化钠浸金液在矿石表面的铺展。④浸金液的磁化处理有利于提高矿石的金浸出率，金浸出率由58.04%提高至62.21%，增幅达4.17个百分点。

回水可直接回用的硫化铅浮选工艺研究

饶金山, 陈志强, 胡红喜, 刘超, 梁冬云, 吕昊子

2022, 51(03):  111-117. 

摘要 ( 110 )   PDF (1887KB) ( 572 )  

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某铅锌矿含铅1.15%，含锌2.26%，铅锌氧化率均小于8%。针对原铅浮选过程中回水回用导致的铅锌分离难题，采用铅锌等可浮流程，使部分可浮性好的锌矿物与铅矿物同步浮选；在铅精选作业，采取强化抑制措施分离铅锌，获得铅精矿和铅精选尾矿，铅精选尾矿与铅尾矿合并进入锌浮选。试验结果表明：①直接使用回水的条件下，闭路试验取得了与自来水浮选相近的铅精矿指标，铅精矿含铅56.98%、含锌3.85%，铅回收率87.20%。②铅锌等可浮工艺在选厂工业应用，取得了良好的分选指标，铅精矿含铅65.90%、含锌5.04%，铅回收率86.48%；相比原生产指标，铅精矿品位提高了8.43个百分点，含锌降低1.26个百分点，铅回收率提高2.12个百分点。研究成果实现了工业应用，基本消除了回水对铅锌分离的不利影响，具有较强的推广及示范意义。

高银低铅低锌多金属矿浮选试验研究

汪志平, 邹坚坚, 王成行, 李强

2022, 51(03):  118-123. 

摘要 ( 74 )   PDF (1168KB) ( 557 )  

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某高银低铅低锌多金属硫化矿银品位达到76.28 g/t，含铅0.78%，含锌0.69%。为有效回收矿石中的有价组分，基于系统的工艺矿物学研究，提出高效抑制锌硫，强化回收银铅技术思路，最终确定采用银铅优先浮选—锌硫混合浮选—锌硫分离工艺流程。通过条件试验确定适宜的药剂制度，最终全流程试验获得银品位4 312.2 g/t、银回收率85.19%、铅品位45.28%、铅回收率88.89%的银铅精矿；锌品位45.39%、锌回收率79.09%的锌精矿；硫品位32.17%、硫回收率79.77%的硫精矿。试验指标良好，实现了矿石中银、铅的良好回收，并综合回收了锌和硫，可为同类铅锌矿石的开发利用提供技术依据。

云南某低品位铝土矿铝硅浮选分离试验研究

杨林, 张锦仙, 吕超, 马原琳

2022, 51(03):  124-128. 

摘要 ( 107 )   PDF (1273KB) ( 551 )  

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云南文山某低品位铝土矿Al2O3及SiO2含量分别为44.35%、10.52%，Fe及TiO2含量分别为13.36%、4.64%，属于高铁高钛、低铝低硅型铝土矿；可回收铝矿物主要以一水硬铝石相态存在，铁矿物主要包括赤铁矿与针铁矿，钛矿物主要以锐钛矿相态存在，脉石矿物主要为高岭石。对该矿石进行了铝硅浮选分离试验研究，重点考察了捕收剂种类与用量、磨矿细度、调整剂用量、抑制剂种类与用量等条件对浮选效果的影响，确定了以改性组合脂肪酸KYB为捕收剂，硅酸钠+GY3为组合抑制剂，碳酸钠为调整剂的药剂制度。在磨矿细度为-0.074 mm占90%的条件下，采用“1粗2精1扫”闭路试验可获得铝精矿Al2O3含量为53.34%、铝硅比为9.79、Al2O3回收率为81.62%的技术指标。研究结果可为开发该类铝土矿资源提供技术支撑及借鉴。

组合抑制剂在白钨矿与含钙脉石浮选分离中的作用及机理

王超, 朱一民, 刘杰, 张淑敏, 谢瑞琦

2022, 51(03):  129-136. 

摘要 ( 97 )   PDF (1651KB) ( 556 )  

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白钨矿是钨金属工业原料的主要来源之一，但其脉石多为萤石、方解石和石英，因表面性质相似而难以获得合格的精矿指标。通过纯矿物浮选试验、红外光谱（FTIR）分析、接触角分析和Zeta电位分析，研究了羧化壳聚糖、木质素磺酸钠、腐植酸钠及组合抑制剂在白钨矿与萤石和方解石常温浮选分离过程中药剂吸附行为及作用机理。浮选试验结果表明，羧化壳聚糖、木质素磺酸钠、腐植酸钠较强地抑制了萤石和方解石，白钨矿也受到略微影响，可浮性差异较小；将木质素磺酸钠与腐植酸钠按质量比4∶1进行组合，命名为DWC1作为抑制剂进行浮选，白钨矿与2种脉石可浮性差异较大。红外光谱、接触角和Zeta电位分析表明，DWC1在白钨矿表面吸附程度要远小于萤石和方解石，且主要吸附形式为化学吸附。

新疆某低品位磷灰石型磷矿浮选试验研究

黄俊玮, 王守敬, 李洪潮, 赵恒勤

2022, 51(03):  137-142. 

摘要 ( 72 )   PDF (1820KB) ( 591 )  

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新疆某低品位磷灰石矿主要有价成分P2O5含量为4.82%，有害成分MgO含量为14.54%。为确定适宜的开发利用工艺，在系统工艺矿物学研究的基础上，开展了浮—重联合工艺和分级干式磁选工艺对比试验研究。结果表明：①矿石中主要有用矿物磷灰石含量为11.77%，可综合回收矿物黑云母含量为20.60%，主要脉石矿物透辉石含量为63.99%；磷灰石、透辉石和黑云母的粒度均较粗，易解离，有利于磷灰石的选别。②相对于分级干式磁选工艺流程，浮—重联合工艺流程在磷灰石精矿品位相近的情况下，回收率高出22.42个百分点且可综合利用黑云母矿物，选别指标更优。③采用“1粗1扫2精、中矿循序返回”的闭路试验流程，可获得产率为14.60%，P2O5含量为31.87%，P2O5回收率为96.63%的磷精矿。④针对含有24%黑云母的浮选尾矿，通过螺旋溜槽重选，可获得矿物含量大于95%的黑云母精矿。研究结果可为同类型磷矿资源的开发利用提供借鉴。

萤石表面钙质点的加温溶出对其浮选行为的影响

徐诗佟, 黄海威, 任嗣利, 吴志强

2022, 51(03):  143-148. 

摘要 ( 94 )   PDF (2109KB) ( 530 )  

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为明确加温对萤石浮选特性的影响，利用量子化学及分子动力学计算模拟研究了加温条件下萤石表面钙质点的溶出行为及加温对萤石浮选行为的影响，通过纯矿物浮选试验，钙离子溶出量、油酸根吸附量及萤石表面原子丰度的测定进一步分析了加温影响萤石浮选特性的原因。结果表明：①油酸根在萤石表面吸附的主要位点是钙质点，且吸附作用的方式是化学吸附；在常温条件下，该吸附作用稳定，吸附的油酸根不会由于萤石表面原子弛豫产生的位移轻易进入液相环境中。②温度升高会促进萤石表面钙质点的溶出，温度越高，钙质点的溶出量也越大；随着钙质点的不断溶出，在萤石表面钙质点吸附的油酸根也将出现脱附现象，因而加温对于油酸根在萤石表面的直接吸附起负效应，最终导致萤石浮选回收率下降。

地质与测量

辽西新民金矿床原生晕地球化学特征及深部找矿远景

许云鹏, 袁和

2022, 51(03):  149-157. 

摘要 ( 102 )   PDF (2093KB) ( 772 )  

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辽西新民金矿床大地构造位置位于华北板块北缘，燕辽成矿带的最东端，是与韧性剪切作用有关的金矿床。为在矿区深部探求新的盲矿体，以地质成矿理论为指导构建了成矿模式，同时开展了原生晕轴向分带序列研究，并对矿区59号勘探线100 m中段和ZK5908、ZK5909号钻孔样品数据进行了系统分析。结果表明：①建平群小塔子沟组地层为金矿床的形成提供了物源，据同位素研究显示，成矿物质来源与围岩、花岗岩具有一定的亲缘性，成矿流体来源主要为岩浆水和变质水，后期有大气水加入。②矿区受韧性剪切作用影响，含矿流体沿韧性剪切带向上迁移，Au主要以［Au(HS)2］-形式迁移。随着成矿流体温度、压力、氧逸度及pH值发生改变破坏了金硫络合物的稳定性，使金发生沉淀、富集形成含金糜棱岩带。③因子分析和聚类分析显示，Au与Hg关系最为密切，Hg可作为找金的重要指示元素。矿体轴向分带序列从上至下为Mn→Ba→Ag→Zn→Au→Sb→Co→As→Ni→Mo→Bi→Cu→Hg，具有“反分带”和“前、尾晕共存”特征。④深部矿体预测评价指标(Hg×Au)P/(Ni×Bi)P在100 m中段为1.87，65 m标高为1.21，-63 m标高为2.03，该指标自矿体中部至尾部具有由降至升的趋势，表明矿区深部存在新的盲矿体，根据钻探工程验证结果推测矿区深部具有良好的找矿远景。

机电与自动化

基于多源数据融合的矿井水害“一张图”预警平台构建与应用

晏涛, 连会青, 夏向学, 徐斌, 田振焘

2022, 51(03):  158-164. 

摘要 ( 120 )   PDF (4851KB) ( 538 )  

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现阶段矿井水害预警工作以水文地质参数、应力、应变等指标的阈值上下限监测为主，监测到的信息难以体现工作面开采过程中复杂的突水机理。为解决亭南矿在开采过程中顶板及老空水突水的监测预警问题，以“上三带”理论为基础，采用单因子监测指标梳理、多源数据融合预警方法，基于Spring Boot框架和GIS技术构建并设计了矿井水害“一张图”预警平台。结果表明：①该矿水害预警指标选取应集中在矿井水情、水文信息、微震导水通道监测及涌水量预测方面；②平台具备矿井水情风险五大数据库以及基础信息管理、数据信息管理和多源数据融合预警三大主要功能；③将导水裂隙带高度、进尺点与采空区距离、水压变幅3个指标的监测数据划分成4个预警等级，有效满足了矿井水害防治的实际需要。该平台的建立有助于矿井水害“一张图”管理模式的形成。

开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统

李世保, 王磊, 滕超群, 李靖宇, 李忠, 黄金中

2022, 51(03):  165-170. 

摘要 ( 72 )   PDF (2877KB) ( 546 )  

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针对矿山开采沉陷地表移动变形数据处理量大、预计参数求取不稳定等不足，在借鉴和总结不同计算机语言开发系统优缺点的基础上，利用C#编程语言，结合Word和CAD开发出开采沉陷移动变形数据处理与预计一体化系统。该系统集成了数据管理、移动变形计算、输出报表以及契合CAD的移动变形曲线绘制功能，并构建了基于人工鱼群算法(Artificial Fish School Algorithm，AFSA)的Logistic单点沉陷预测模型。将该系统应用于顾桥矿1414(1)工作面，试验结果表明：①系统兼容性强、操作简便，提高了开采沉陷地表移动变形数据处理的准确性和效率，可将下沉、斜率、曲率、水平移动、水平变形曲线和相应的煤层按一定的比例在CAD软件上成图，便于从图中求取地表移动盆地各角量、距离参数以及任意点的对应值，克服了传统方法只能查看、无法定量分析的不足；②结合实测下沉数据，将基于AFSA的Logistic单点预测沉陷模型进行了应用，选取的2点绝对误差最大值分别为143.6 mm、132 mm，拟合中误差分别为65.6 mm、55.8 mm，求取参数的拟合效果符合工程应用要求。

基于DPM的悬浮磁化焙烧主炉气固流动传热数值模拟

蔡玉节, 孙永升, 高鹏, 张琦, 唐志东

2022, 51(03):  171-176. 

摘要 ( 108 )   PDF (2311KB) ( 565 )  

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为探明悬浮磁化焙烧主炉内气相温度场分布、颗粒流动特性以及颗粒升温速率等信息，基于CFD理论，对悬浮磁化焙烧主炉内稀相气固流动以及传热进行三维数值模拟计算。文中气相计算采用欧拉方法，固相计算采用Discrete Phase Model（DPM），并考虑气固两相之间的相互作用。结果表明，悬浮磁化焙烧主炉温度在径向呈现炉心温度高、近壁温度低的分布特征，在轴向逐渐趋于均匀。矿石颗粒进入主炉后，在气流的拖曳作用下迅速上升，1.0 s时颗粒可到达主炉顶部，1.2 s时颗粒在顶部弯管处出现逃逸现象；颗粒进入主炉后，自身温度迅速上升达到峰值。由于颗粒相和气相不断进行热量交换，在主炉上部低温区域，颗粒温度有所降低。颗粒在主炉内停留时间呈现“早出峰、长拖尾”的分布特征，其中95%以上的颗粒在1.2~3.6 s内完成逃逸。

基于响应面法的锂渣旋流除泥优化研究

段耀旭, 张悦刊, 刘培坤, 葛江波

2022, 51(03):  177-182. 

摘要 ( 70 )   PDF (1785KB) ( 528 )  

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锂渣中含有一定量的有价金属，除泥是从锂渣中获取有价金属的重要途径。基于响应面法，采取Box－Behnken Design(BBD)设计方法，以旋流器进料浓度、进料压力和底流口直径为研究对象，获取了这3个因素对锂渣除泥分级质效率的影响规律，建立了影响分级质效率的多元数学模型。通过对试验和模拟数据进行方差分析，验证了数学模型的精度，并通过三维曲面图探明了各参数之间的交互作用以及对分级质效率的影响程度。结果表明，各因素对分级质效率的影响程度大小依次为：底流口直径、进料压力、进料浓度，且底流口直径与进料浓度有着很强的交互作用。通过优化试验可知，当进料浓度为10%，进料压力为0.12 MPa、底流口直径为8 mm时，-20 μm颗粒分级质效率可达67.37%，此时底流中-20 μm颗粒含量为5.67%，与进料相比降低了28.6个百分点。

三产品磁选柱的研制与应用

任伟杰, 郭小飞, 张洺睿, 代淑娟

2022, 51(03):  183-189. 

摘要 ( 67 )   PDF (1377KB) ( 528 )  

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针对辽宁朝阳某选矿厂磁铁矿选别流程复杂的问题，根据磁铁矿不同组分的磁性和密度差异，研制了一种三产品磁选柱，设计了磁场结构和流场结构，分别用于磁铁矿单体、富连生体和贫连生体(脉石)的分离。磁系由恒定磁场、粗选磁场和精选磁场3部分组成。采用三产品磁选柱对辽宁朝阳某选矿厂细度为-0074 mm占6458%、TFe品位为6143%的磁铁矿样进行选别，当恒定磁场励磁电流6 A、粗选磁场励磁电流6 A、粗选周期1 s、粗选区上升水流速度39 cm/s、精选磁场励磁电流08 A、精选周期25 s、精选区上升水流速度096 cm/s时，精矿、中矿、尾矿TFe品位分别为6793%、5467%、2152%，TFe回收率分别为9290%、571%和139%。与选矿厂原分选指标相比，三产品磁选柱在达到了该选矿厂两段选别分选指标基础上，使最终铁精矿TFe品位提升了057个百分点，有效缩短了选别流程。三产品磁选柱在一定程度上实现了磁铁矿单体、连生体和脉石矿物的同步分离，能够有效提高磁铁矿的分选效率，为磁铁矿石的高效分选提供新的技术途径。

安全与环保

土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验研究

陶志刚, 王振雨, 张海江, 任番泉, 张秀莲

2022, 51(03):  190-196. 

摘要 ( 78 )   PDF (5327KB) ( 539 )  

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边坡系统作为一种天然的力学系统，其变形、开裂、失稳、滑移是一个复杂且难以测量的天然力学过程，常因浅层滑坡灾害而造成严重的人员伤亡和土地资源损失。因此，探索边坡浅层岩体在内外营力作用下诱发的岩体劣化规律及敏感参数是浅层滑坡监测预警的关键。采用自主研发的边坡滑动力NPR锚索监测预警系统，在新昌陈家山村开展了土地复垦诱发边坡浅层岩体劣化全过程监测试验。通过边坡地质调查，在关键监测点位安装边坡滑动力NPR锚索监测预警系统；采用现场标记法记录土地复垦机械开挖点与监测点的时空特征，并分析边坡浅层岩体劣化变形特征与滑动力监测曲线演变特征的相关关系，揭示该系统对陈家山村特定地质条件边坡稳定性的监测灵敏度和临滑预警时间。试验结果表明：针对陈家山村松散堆积层发育的边坡类型，在土地复垦开挖扰动作用下，滑动力监测曲线并未出现类似岩质边坡失稳破坏所呈现的缓升型“不稳定模式”和突升型“裂缝模式”，滑动力监测曲线随着机械开挖点距离监测点越来越近呈阶梯式突降型“多次滑移模式”；该系统在松散堆积层发育的边坡类型下的有效距离监测灵敏度为35 m，分析结果可为类似边坡稳定性监测预警提供参考。

基于PCA-RA和云模型的采空区建设场地稳定性评价

赵乐乐, 王亮, 侯起阳, 万战胜, 郭庆彪

2022, 51(03):  197-204. 

摘要 ( 70 )   PDF (1633KB) ( 529 )  

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采空区地表的残余变形会给上方高速公路带来风险，严重威胁着其运营安全，精准评价采空区建设场地的稳定性对于上方高速公路规避风险具有重要意义。首先，利用主成分分析残差分析（PCA-RA）对采空区建设场地稳定性的众多评价指标进行降维分析，提取出贡献率最大的几个主成分，能够消除评价指标之间的冗余，减少评价过程的工作量；然后采用云模型确定主成分的隶属度，并基于最大隶属度原则确定出建设场地的稳定性等级；最后引入模糊熵理论确定评价结果的复杂度，并将所建模型应用于渑栾高速公路采空区路段建设场地稳定性评价中。结果表明：①评价指标数据经主成分分析降维后，前4个主成分的累计贡献率为87.278%，能够完整地表征原始指标的信息；②渑栾高速采空区路段建设场地的稳定性状态以稳定、基本稳定为主。研究成果可为后期建设场地治理与监测提供理论依据，确保高速公路运营安全。

自燃煤矸石山的遥感识别——基于Landsat 8热红外波段地表温度反演数据

李嘉琪, 赵艳玲, 任河, 肖武

2022, 51(03):  205-212. 

摘要 ( 212 )   PDF (3124KB) ( 586 )  

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自燃煤矸石山的准确识别和温度影响范围圈定是矿区安全生产、生态修复的关键，煤矸石山自燃过程中表现出的地表温度异常成为其最明显的特征。如何在较大区域尺度快速识别自燃和潜在自燃的煤矸石山，对于自燃煤矸石山治理与防患工作有效开展至关重要。以Landsat 8 TIRS为数据源，利用大气校正法反演获取山西省阳泉市2018年冬季和2019年夏季两天的地表温度，同时利用监督分类法获得的高精度土地利用类型图去除了水体、植被和建筑用地。对得到的包含裸地、煤矸石山的地表温度区域使用阈值分析法，获得了2018年冬季地温异常区域温度范围为11.75~22.12 ℃，2019年夏季地温异常区域温度范围为32.41~43.31 ℃。利用已知的42座自燃矸石山进行验证，结果表明：2018年冬季和2019年夏季分别能够识别出的自燃煤矸石山有32座和27座，精度达到了76.19%和64.28%。基于上述提取结果对自燃煤矸石山的影响边界和范围进行了划定，结果表明:自燃煤矸石山的高温影响范围超过500 m。研究结果可为矿区自燃煤矸石山识别提供参考。

综合利用

NaAlO2激发对旋喷用固废基浆料固化性能的影响研究

谢巍, 郑凡, 周旻, 侯浩波, 朱华

2022, 51(03):  213-219. 

摘要 ( 58 )   PDF (1845KB) ( 527 )  

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将高压旋喷注浆技术应用于在役尾矿库库底的防渗加固具有施工简单、成本低的优点。以固废基矿渣钢渣水泥作为旋喷注浆材料胶结细铜尾砂为研究对象，设置不同的水固比和尾砂掺量模拟旋喷注浆工艺参数，通过测定砂浆凝结时间和固结体抗压强度评价固废基胶凝材料替代水泥的可行性，在此基础上，研究不同添加量NaAlO2激发剂对砂浆的促凝效果和促凝机理。研究结果表明固废基矿渣钢渣水泥胶结尾砂抗压性能优异，但凝结时间过长；NaAlO2是有效的凝结时间调节剂，设定水固比为0.3，铜尾砂掺量60%时，NaAlO2最佳使用量为0~1%，初凝时间可降至4~8 h；NaAlO2水解产生的NaOH和Al(OH)3凝胶提高了体系的碱度，促进了AFt和C—S—H的形成和交错生长，从而加速固结体硬化，缩短凝结时间。

荧光粉分散—絮凝行为及废弃荧光粉选择性絮凝浮选试验研究

吴敏, 于明明, 梅光军, 史中原

2022, 51(03):  220-226. 

摘要 ( 84 )   PDF (1438KB) ( 513 )  

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废弃荧光粉中含有大量的稀土氧化物，具有极高的回收利用价值。为实现废弃荧光粉中稀土元素的预富集，对荧光粉中不同颗粒的分散—絮凝行为进行了研究。结果表明，废荧光粉的粒径过细，颗粒之间会发生互凝现象，在碱性条件下加入分散剂可强化荧光粉中不同颗粒的分散效果；碱性条件下，大分子量的阳离子聚丙烯酰胺可选择性地吸附在石英表面，增大粒径并加快其沉降速度，从而实现不同颗粒间的分离。针对含有32.33%稀土氧化物的某废弃荧光粉，在研究分散—絮凝行为的基础上，采用选择性絮凝浮选法进行稀土元素的预富集。结果表明，分别以碳酸钠、阳离子聚丙烯酰胺和十二胺为分散剂、絮凝剂和捕收剂，pH=9、絮凝剂用量和捕收剂用量分别为100 g/t和800 g/t的条件下，选择性絮凝浮选可将稀土氧化品位提高至43.65%，显著提高了稀土元素品位，实现了废弃荧光粉中稀土元素的预富集，为废弃荧光粉的综合回收利用提供了技术依据。

云南某混合铜冶炼渣高效选铜新工艺研究

谷艳玲

2022, 51(03):  227-231. 

摘要 ( 103 )   PDF (1242KB) ( 542 )  

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铜冶炼渣产量巨大，有价组分含量高，其回收利用具有重要的经济效益和环保意义。针对某混合铜冶炼渣，开展铜渣缓冷及磨浮工艺优化试验研究。首先，通过控制铜渣冷却方式，即自然冷却24 h—喷淋冷却24 h—自然冷却24 h，调节冶炼渣中铜矿物的结晶粒度大小和晶体成长形式。然后通过阶段磨矿、阶段选别的工艺流程，于磨矿回路中设立快速浮选，不仅提前获得了产率10.04%、铜品位21.02%、铜回收率60.24%的高品质铜精矿，还减少了进入后续磨浮流程的矿量，大大降低了再磨成本及药剂成本。最后，快速浮选尾矿再磨后，通过1粗2精2扫，使尾矿铜品位降低至0.29%。本研究提出的铜冶炼渣选矿工艺流程短、效率高，获得的精矿综合铜品位为20.70%、铜回收率为93.02%，达到国内先进水平。且尾矿可作为水泥厂添加料直接销售，选矿用水可直接回用，基本达到生产废渣与废水的零排放，为类似冶炼渣的综合回收利用提供较好参考，对实现我国铜产业可持续发展具有重要意义。

铁尾矿沥青混凝土混合料的路用特性研究

程和平, 陆璐

2022, 51(03):  232-236. 

摘要 ( 181 )   PDF (1236KB) ( 514 )  

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为探究不同铁尾矿掺量下沥青混凝土的路用特性，以齐大山铁尾矿部分替代天然砂为细骨料，考察了铁尾矿掺量对沥青混凝土混合料软化点、高温稳定性、冻融劈裂、抗车辙性以及低温抗裂性的影响。结果表明：①随着铁尾矿掺量的增大，试样软化点先增大后趋于稳定，动稳定度先升高后降低，铁尾矿掺量为20%时沥青混凝土混合料的软化点及动稳定度最高，分别达56 ℃、5 292次/mm。②随着铁尾矿掺量的增大，试样最大弯曲应变先减小后增大，抗弯强度逐渐增大；最大弯曲应变值在铁尾矿掺量为30%时达到了最低，且此时试样的性能基本能够满足路面性能的要求。③随着铁尾矿掺量的增大，试样抗车辙因子先增大后略微降低，铁尾矿掺量为20%时达到最大值。④随着冻融循环次数的增加，试样劈裂强度比逐渐降低；在同一冻融循环次数作用下，随着铁尾矿掺量的增大，沥青试样的劈裂强度比呈现出先增大后减小的趋势。综合铁尾矿沥青混凝土试验结果可知，当铁尾矿掺量为20%~30%时，沥青混凝土的各项指标可达到最佳。