当期目录

2022年 第51卷 第04期    刊出日期：2022-04-15

上一期   

专题综述

风化壳淋积型稀土矿闭矿场铵盐淋出液脱氮研究进展

邓祥意, 张臻悦, 池汝安, 肖春桥, 胡锦刚, 张秋桐

2022, 51(04):  1-12. 

摘要 ( 147 )   PDF (1622KB) ( 1428 )  

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风化壳淋积型稀土矿是我国重要战略性矿产资源,以铵盐为浸取剂的稀土浸出 工艺导致大量氨氮残留 于闭矿场,易随水体迁移造成氨氮污染,对闭矿场铵盐淋洗液进行脱氮是修复稀土矿 山氨氮污染的有效方法。 综述 了物理化学脱氮方法及其原理,其中吹脱法、膜处理法、湿式氧化法和化学沉淀法适 用于较高浓度氨氮废水的预处 理,离子交换法和折点氯化法适用于较低浓度氨氮废水的处理,可采用不同物理化学 脱氮工艺组合的方法实现稀土 闭矿场淋出废水的脱氮处理,但物理化学方法普遍成本偏高,易造成二次污染。 介绍 了传统生物脱氮工艺,主要包括 三段活性污泥、A / O 与 A² / O、SBR 工艺及生物膜法,传统生物脱氮具有成本低 廉、环境友好等显著优点,但脱氮工艺 流程较复杂、脱氮效率偏低。 论述了短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和同步硝化反硝 化等新型生物脱氮技术及其脱氮 原理,相较于传统生物脱氮,采用新型生物脱氮技术可缩短脱氮流程、节省药剂消耗 、提高脱氮效率,在风化壳淋积型 稀土闭矿场铵盐淋出液的脱氮处理上具有较为广阔的应用前景。 采用多种脱氮方法 联合并开发新型工艺是风化壳 淋积型稀土矿闭矿场脱氮的发展趋势。 总结了稀土闭矿场淋出液脱氮的方法及基本 原理,以期为风化壳淋积型稀土 矿闭矿场氨氮的绿色高效脱除提供一定技术指导和理论支撑。

能带理论在铜冶炼渣浮选中的应用及展望

迟晓鹏, 叶子涵, 衷水平, 陈杭, 饶峰

2022, 51(04):  13-22. 

摘要 ( 97 )   PDF (1053KB) ( 330 )  

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阐述了铜冶炼渣区别于铜原矿的特殊性质及当前铜渣浮选的问题,重点介绍了 固体物理学中的能带理 论体系为解决铜渣浮选问题提供的新思路。 介绍了半导体的能带结构及检测手段; 并由铜渣中常见 4 种硫化铜矿物 黄铜矿、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿的能带结构分析其电化学性质,由他们的电子态密度 预测其浮选行为,发现辉铜矿中的 铜原子具有最高的反应活性。 通过捕收剂和各种矿物的静电位与费米能级推断它们 相互作用后的产物,利用 NPA 电 荷等分析证明了产物黄原酸盐反应活性优于双黄药,符合红外光谱等试验的结果。 能带理论体系下的电子态密度、 禁带宽度、费米能级、电荷布居数等体相性质参数能有效解释矿物的可浮性,以此可 额外作为药剂与矿物作用效果的 有力判据,从而使传统矿物基因数据库更为完备。 离子型捕收剂的前线分子轨道与 矿物的边缘能级之间有着密切的 电子转移,根据前线轨道的形状与能量值比较同类药剂间捕收能力的大小;利用密度 泛函法分析药剂对铁和铜的选 择性差异的机理,以此筛选出高选择性与高捕收能力的基团,设计并优化新型捕收剂 的构型。 讨论了能带理论应用 于铜渣浮选研究中的后续方向,致力于将更精确的能带检测方法与更高效的软件计算 模拟相结合。

采矿工程

单轴压缩下节理试件的能量耗散特征研究

陈新, 马伯涛, 李佩禅, 魏荣耀, 李子, 张翱宇, 张文彬, 刘悦

2022, 51(04):  23-30. 

摘要 ( 88 )   PDF (2367KB) ( 323 )  

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为探究岩体变形破坏过程中的能量转化和耗散机制,对含节理试件单轴压缩下 的单位体积外力功、弹 性应变能和耗散能密度进行计算和分析。 研究发现:①节理试件的 4 类应力应变曲 线(类型Ⅰ-单峰型,类型Ⅱ-软化 段多峰型,类型Ⅲ-多峰平台后软化型,类型Ⅳ-多峰平台后硬化—软化型)的能量转化 和耗散过程都可以分为弹性变 形、连续体非弹性变形和不连续体变形 3 个阶段;在第一阶段,耗散能占比很少,外 力功大部分转化为弹性应变能;在 第二阶段,耗散能占比急剧增加,外力功大部分转化为耗散能;在第三阶段,外力功几 乎全部转化为耗散能;与类型Ⅰ 和类型Ⅱ试件相比,类型Ⅲ和类型Ⅳ试件的连续体非弹性变形阶段的持续时间较长、 延性较大;②以劈裂、压碎破坏 为主的节理倾角较低或较高的试件,其最终的耗散能远高于以剪切滑移、阶梯状破坏 为主的节理倾角中等的试件;③ 同一节理倾角下,随着节理连通率的增大,试件破坏所需的单位体积外力功和耗散能 密度均减小;④随着节理试件耗 散能密度对数值的增加,破碎体尺寸—质量分形维数值线性增加。

立井植筋井壁结构力学性能的数值模型试验研究

周晓敏, 位贵江, 江 军, 马文著, 徐衍

2022, 51(04):  31-39. 

摘要 ( 54 )   PDF (1648KB) ( 301 )  

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随着金属矿山立井井筒凿井深度不断增加,对于井壁的设计理论的研究日趋重要。 本研究从深立井井 壁设计理论存在的局限性和未来发展趋势出发,提出了开发“植筋井壁”技术、发展“加固类井壁”和丰富“广义井壁” 概念的意义与必要性;确立了植筋井壁设计的力学模型,并提出了植筋井壁等效剪切模量的分析方法,从而完善了 “包神”设计公式对于广义井壁的适用条件。 采用数值模型方法,开展了三因素四水平的正交试验,分析了植筋直径、 植筋数量和植筋长度三因素对植筋井壁等效刚度的影响规律,获得了相应经验表达式,为植筋井壁的设计和应用提 供了理论基础。 此外还研究了植筋下倾角对植筋井壁整体等效刚度的影响,得出下倾角度越大对井壁刚度的提高越 不利的结论,说明了植筋钻孔保持水平对井壁刚度的重要性。 本研究数值模型试验成果为深井“植筋井壁”技术开发 和进一步应用奠定了基础。

基于正交试验的膨胀充填料浆流变特性及管输阻力计算模型研究

王剑, 王贻明, 张敏哲, 彭青松, 颊威

2022, 51(04):  40-45. 

摘要 ( 69 )   PDF (1515KB) ( 409 )  

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针对某铁矿采用膨胀剂进行全尾砂胶结充填接顶,为探究不同浓度、灰砂比及膨胀剂掺量下的尾矿膏 体流变特性及管输阻力的计算模型,采用三因素三水平正交试验,开展全尾砂胶结膏体流变试验。 试验结果表明:料 浆浓度是影响膨胀充填料浆屈服应力与塑性粘度的主要因素,灰砂比次之,膨胀剂掺量对屈服应力的影响较小,对塑 性粘度几乎无影响;结合极差、方差分析及正交试验数据,建立了流变参数的计算模型,该流变参数模型满足多元非 线性回归方程,并基于传统阻力计算公式,提出了考虑质量浓度、灰砂比、膨胀剂掺量的管输阻力新模型。 并以罗河铁 矿为工程背景验证了管道阻力计算新模型的准确性,表明采用考虑质量浓度、灰砂比、膨胀剂掺量的阻力计算新模型 相比传统仅考虑流变参数的阻力计算模型更符合膨胀充填料浆在水平管道所受实际阻力。

高硫尾矿充填体强度演化规律及其机理分析

付豪, 吴爱祥, 阮竹恩, 王贻明, 王少勇, 毕成

2022, 51(04):  46-53. 

摘要 ( 66 )   PDF (3217KB) ( 322 )  

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针对国外部分金属矿山由于脱硫工艺及运输成本高等原因倾向于直接使用采选后的高硫尾矿(含硫量 >30%)用作充填材料的现象,采用全面法试验设计,研究灰砂比和料浆浓度对高硫尾矿充填体的长期强度影响规律, 并通过 XRD 和 SEM 等方法对高硫尾矿充填体中水化产物和微观结构进行微观机理分析,判断高硫尾矿是否适合直 接用作充填材料。 结果表明:灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响非常明显,提高灰砂比或料浆浓度能够明显增大 充填体强度。 当料浆浓度为 72%和 74%时,充填体长期强度损失率随着灰砂比的提高先增大后减小;当料浆浓度为 76%时,充填体长期强度损失率与灰砂比则成正比关系。 在 1 ∶24 灰砂比条件下,74%浓度料浆和 76%浓度料浆的充 填体长期强度损失率相近;在 1 ∶12 灰砂比条件下,充填体长期强度损失率随着料浆浓度的提高先增大后减小;在 1 ∶8 灰砂比条件下,充填体长期强度损失率与料浆浓度成反比。 XRD 及 SEM 研究结果显示充填体水化反应中除了含有 大量未反应的黄铁矿,还会生成石膏和少量钙矾石等膨胀性产物,不仅会造成 C—S—H 凝胶发生脱钙现象,还会引起 充填骨架出现裂隙,导致充填体长期强度的减小。 因此,矿山使用高硫尾矿进行充填必须考虑充填体在不同龄期的 劣化程度,以及是否满足该龄期下的强度要求。

温度及硫酸盐溶液对新型注浆材料性能影响及机理研究

陈诤 , 孙彬强, 王小平, 厚苏伟

2022, 51(04):  54-59. 

摘要 ( 58 )   PDF (3237KB) ( 299 )  

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采矿环境复杂化程度的提高促进着注浆材料的发展。 为了研究拌合水温度和不同类型的硫酸盐溶液 对硫铝酸盐水泥(CSA)注浆材料性能和水化产物的影响,测定了材料的凝结时间、水化热、质量损失和强度劣化等性 能指标,并通过 TG-DTA、XRD 和 SEM 对材料的水化过程、水化产物、腐蚀产物和微观结构等进行了分析。 研究结果 表明:拌合水温对材料的凝结时间和水化热影响较大,水温越高,凝结时间越短,水化速率越快,水化热温度越高;拌合 水温越高,早期强度越高,但是后期强度越低;硫酸盐溶液会降低 CSA 材料的质量和强度,材料劣化率在硫酸镁溶液 中最大,复合溶液次之,硫酸钠溶液中最小;拌合水温主要影响材料水化速率、水化产物形态、数量和结构致密性,而不 影响水化产物类型;硫酸盐溶液侵蚀主要是将 CSA 主要水化产物钙钒石( AFt)晶体腐蚀为不具粘结性的腐蚀产物。 上述研究成果能为 CSA 注浆材料性能提升和应用范围推广提供理论指导。

复杂矽卡岩巷道锚杆支护参数优化研究

王立杰, 耿帅, 尹爱民, 张素娜 , 何伟

2022, 51(04):  60-65. 

摘要 ( 84 )   PDF (3188KB) ( 319 )  

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锚网喷支护是最常用和经济的矿山巷道支护方式,主要以锚杆为主体控制围岩变形与破坏,其锚杆长 度、间排距与预应力的选取是体现支护效果的关键因素。 针对某铁矿复杂破碎矽卡岩巷道,现有锚网喷支护效果不 理想,展开支护参数优化研究。 首先采用探地雷达进行巷道松动圈测试,根据围岩松动圈范围及岩体结构特征对矽 卡岩进行分类,共分为 3 类分别进行锚网喷支护参数优化;然后在前期点荷载试验及现场地压监测结果的基础上采用 黄金分割法对岩体力学参数进行反演,获得围岩强度及变形参数;最后根据松动圈支护理论确定最佳锚杆长度、合理 预紧力,利用 FLAC3D 建立巷道支护三维数值模型,结合巷道变形及塑性区面积,对锚杆间排距进行优化,分别确定 3 类矽卡岩巷道合理的锚杆支护参数。 经实践验证,优化后支护效果较稳定可靠。 研究结果可为复杂矽卡岩巷道锚杆 支护设计提供参考。

基于粒子轨迹的危岩体损伤识别研究

赵晨, 谢谟文, 刘卫南, 路光

2022, 51(04):  66-71. 

摘要 ( 41 )   PDF (1744KB) ( 292 )  

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危岩体损伤早期识别是边坡地质灾害防治的重点。 针对传统监测方法准确性低、敏感性差的问题,提 出用于评价危岩体损伤前后运动形式变化的指标———粒子轨迹。 通过分析危岩体运动学机理,推导危岩体粒子轨迹 与主控结构面粘结面积相关性。 引入互相关近似熵概念并拓展至三维,用于评价危岩体损伤前后粒子轨迹差异程 度,实现对粒子轨迹的定量分析。 开展模型试验,监测危岩体不同后缘裂缝深度下的自由振动响应,利用三维互相关 近似熵分析粒子轨迹差异性。 试验结果表明,随岩桥损伤程度加强,粒子轨迹熵值逐渐增大。 相比传统监测方法,粒 子轨迹对危岩体结构面损伤更敏感且普适性强,为危岩体损伤识别及崩塌早期预警提供了新的研究思路。

智能无线远距离起爆系统在露天矿山爆破的应用分析

李萍丰, 张金链, 徐振洋, 张兵兵, 李新, 杨飞

2022, 51(04):  72-78. 

摘要 ( 113 )   PDF (2411KB) ( 566 )  

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智能化、无人化爆破是矿山爆破发展的重要方向,同时也是矿山安全生产的重要保障,智能无线远距离 起爆系统则是其中的重要环节。 为避免因起爆能量不足或爆破网路连接失误造成盲炮的爆破安全事故,提出了智能 无线远距离起爆系统。 实现了孔和孔之间没有物理导线连接、网络和起爆器之间没有母线连接的无线、远距离的起 爆,研制出智能起爆控制器和智能无线起爆模块,实现了智能无线远距离起爆系统的爆破作业场景。 该系统不仅为 无线远距离起爆提供了新的思路,同时为现场爆破实现智能化、少人化开采提供了一定的理论依据。 研究结果表明: 该系统在起爆过程中工作效率可提高 20% ~ 80%,耗材成本仅增加 2. 12% ~ 13. 82%,具有进一步推广应用的潜力。

分次分段掘进爆破技术在复杂破碎岩体中的应用

李龙福 , 方建国, 汪禹, 江东平

2022, 51(04):  79-83. 

摘要 ( 94 )   PDF (1528KB) ( 320 )  

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某地下金属矿山辅助斜坡道掘进处于强风化闪长岩及中风化闪长岩中,断层、节理裂隙发育,岩体质量 呈现出复杂多变性特征,受地表水系影响,地下水较大,在掘进中岩体易发生坍塌,采用常规爆破方法掘进导致超欠 挖现象较为严重,爆破成型控制难度比较大,最严重时顶板垮塌高度达 8 m,由此增加了排险与支护工作量,影响施工 进度。 针对这一工程情况,设计了分次分段掘进的光面爆破技术方案,在同一断面不同区域设计不同的爆破技术参 数,爆破后巷道界面比较平整,超挖量控制在 15 cm 以下,无欠挖;在顶板位置周边孔孔痕率能达到 65%以上,有效减 弱了爆炸冲击对顶板围岩的破坏作用。 在解决特定围岩条件下爆破成型问题的同时也进行了技术扩展应用,指出在 施工过程中可结合如加密布置周边眼以减少单孔装药量甚至是采用不装药的措施来达到控制巷道成型的目的,最大 程度地保护预留岩体。

某大型地下硐室不良地质体变形及控制措施研究

石广斌, 肖清, 魏娟盆, 张雯, 洪勇

2022, 51(04):  84-89. 

摘要 ( 61 )   PDF (2550KB) ( 320 )  

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某地下硐室群地质条件复杂,根据前期地质勘探揭露的地质资料,该硐室区存在大量的不良地质体( PH 条带)。 通过不同的计算分析方案,采用三维有限元数值分析软件 MIDAS-GTS / NX,精确模拟了 PH 条带等大型地质 结构面,研究地下硐室开挖过程中 PH 条带宽度与围岩变形及塑性区分布特征,并在此基础上对硐室群进行加强支护 等措施。 结果表明:地下硐室群的围岩稳定性与不良地质体的厚度有关,即 PH 条带宽度越大,对硐室群围岩稳定性 影响越大。 数值模拟结果较好地体现了不良地质体对围岩稳定性的破坏特征,可为制定大型地下硐室群的开挖设计 和支护措施提供较好的科学依据。

矿物工程

鄂西某高磷鲕状赤铁矿煤基磁化焙烧—磁选试验研究

韦东, 郭泽, 张鹏飞, 路漫漫, 张汉泉

2022, 51(04):  90-95. 

摘要 ( 67 )   PDF (1429KB) ( 302 )  

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鄂西高磷鲕状赤铁矿因其铁矿物嵌布关系复杂,在磁化焙烧过程中还原度难以控制,极易产生“过还 原”和“欠还原”现象。 通过磁化焙烧温度、焙烧时间、还原剂用量、磨矿细度条件试验,查明了高磷鲕状赤铁矿最佳煤 基磁化焙烧条件。 结果表明:在焙烧温度为 800 ℃ 、焙烧时间 90 min、还原剂用量 15%的条件下,使用磁选管进行选 别,可以获得铁品位 58%左右的铁精矿,铁回收率可达 90%。 磁选流程试验结果表明,对中矿进行再磨再选后,磁选 精矿铁品位提高至 59. 42%,铁回收率为 89. 23%。 研究结果为使用磁化焙烧—磁选工艺利用此类极难选铁矿提供了 理论支撑和技术参考。

酒钢铁矿石悬浮磁化焙烧试验及机理研究

孙洪硕, 陈毅琳, 韩跃新, 王建雄, 高泽宾, 李嘉

2022, 51(04):  96-101. 

摘要 ( 81 )   PDF (2151KB) ( 489 )  

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悬浮磁化焙烧—磁选技术是处理复杂难选铁矿石的有效技术手段,而悬浮焙烧产品特性决定着分选指 标的优劣,因此对悬浮磁化焙烧产品进行特性分析具有重要意义。 以酒钢镜铁山粉矿为研究对象,探究了焙烧时间、 焙烧温度、CO 浓度对焙烧产品磁选分选指标的影响规律。 采用 X 射线衍射分析、振动样品磁强计和扫描电子显微 镜,从物相转化、磁性转变及微观结构 3 个角度分析悬浮磁化焙烧产品的特性。 试验结果表明:在焙烧时间 10 min、焙 烧温度 570 ℃ 、CO 浓度 20%的条件下进行悬浮磁化焙烧,经磁选可以获得精矿铁品位 52. 98%和铁回收率 83. 92%的 最佳指标。 经过磁化焙烧,原矿中的赤铁矿与菱铁矿转化为强磁性的磁铁矿,而脉石矿物磁化焙烧前后无明显变化。 磁化焙烧反应由颗粒表面向内部逐渐发生,随着反应的逐渐进行,颗粒内部结构不断被破坏,变得疏松多孔,呈现出 蜂窝状形貌。

X 射线透射技术分选铀矿石试验研究

刘志超, 李春风, 张新, 马嘉, 田宇晖, 李广, 强录徳, 武翠莲

2022, 51(04):  102-107. 

摘要 ( 77 )   PDF (1838KB) ( 326 )  

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X 射线透射分选技术是利用 X 射线照射不同物料后,不同物料对 X 射线的穿透能力不同进行分选的方 法。 铀矿石浸出之前利用 X 射线透射技术将不含铀或含微量铀的废石分选出来,是降低硬岩铀矿生产成本的有效方 法。 邹家山铀矿石采矿贫化率高、铀矿物在矿石中分布不均匀、适合入选的矿石产率高,有利于采用 X 射线透射技术 分选。 针对邹家山铀矿石利用 XNDT-104 型分选机开展了分选试验研究,考察了分级入选、全粒级入选、不同分选产 率条件下铀矿石的分选效果,试验结果表明:尾矿实际产率和尾矿理论产率基本吻合,说明了 X 射线透射分选机的可 靠性较好,可以根据需要准确控制尾矿产率,当设定尾矿理论产率 35%时,实际尾矿作业产率为 35. 67%,尾矿中铀品 位 0. 018%,铀分布率 3. 51%;相对于原矿低品位矿石产率 29. 68%,铀分布率为 2. 48%。 低品位矿石中铀的品位低于 铀矿山的浸出渣中铀的品位,可以直接抛尾。 X 射线透射分选技术用于硬岩铀矿石预先抛尾是可行的,有利于铀矿山 企业降本增效。

油酸钠浮选体系下 STPP 对菱锰矿中方解石的抑制机理研究

迪里努尔·阿不都卡得, 何桂春, 李少平, 王亚莉, 聂善煜, 汪劲刚, 肖志

2022, 51(04):  108-114. 

摘要 ( 83 )   PDF (2067KB) ( 296 )  

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由于菱锰矿与方解石具有相似的晶体结构,表面性质十分接近,因此菱锰矿与方解石的浮选分离一直 是选矿领域的难题。 对油酸钠(NaOL)体系下三聚磷酸钠(STPP)作为抑制剂对菱锰矿和方解石选择性抑制的性能进 行了探讨,重点讨论了 STPP 对方解石的抑制机理。 单矿物浮选试验结果表明,在 NaOL 体系下 STPP 对方解石具有 强烈的抑制作用,而对菱锰矿浮选的影响较小。 Zeta 电位和傅里叶红外光谱分析表明,NaOL 在方解石表面的吸附可 受 STPP 影响,而在菱锰矿表面的吸附能力几乎不变。 基于 X 射线光电子能谱的分析表明,STPP 与菱锰矿之间存在 物理吸附关系,而与方解石之间为化学吸附关系。 大量的 STPP 与方解石表面的 Ca 位点产生螯合作用以覆盖在其表 面是 STPP 能选择性优先抑制方解石的主要原因。 因此在 NaOL 体系下进行菱锰矿浮选,STPP 是方解石的有效抑制 剂,可实现对方解石的高效抑制作用。

四种羟基羧酸对含钙矿物浮选的影响

何嘉宁, 张少杰, 邓忠诚, 李沛, 汤家焰

2022, 51(04):  115-121. 

摘要 ( 91 )   PDF (1784KB) ( 307 )  

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通过浮选试验、Zeta 电位测定、X 射线光电子能谱(XPS)分析、溶液化学计算,研究柠檬酸、酒石酸、苹果 酸、水杨酸 4 种羟基羧酸对稀土尾矿中萤石、磷灰石和方解石浮选行为的影响,结果表明:油酸钠作为捕收剂时,四种 羟基羧酸的抑制能力大小为萤石(柠檬酸>酒石酸>苹果酸>水杨酸),磷灰石(柠檬酸>酒石酸 =苹果酸>水杨酸)以及 方解石(柠檬酸>苹果酸>酒石酸 =水杨酸)。 柠檬酸对萤石和方解石具有选择性抑制效果。 在 pH = 6. 8 时,1. 6×10^-4 mol / L 柠檬酸和 1. 0×10^-4 mol / L 油酸(约等于 30 mg / L 油酸钠)都以阴离子形式存在,并以矿物表面的 Ca 为作用位 点,产生竞争吸附。 矿物表面 Ca 的电子结合能大小决定了柠檬酸对矿物抑制能力的大小,萤石>磷灰石>方解石。

青海夏乌日塔铜铅锌多金属矿工艺矿物学特征及浮选原则工艺的确定

罗仙平, 何坤忠, 周贺鹏, 暴永泉

2022, 51(04):  122-130. 

摘要 ( 51 )   PDF (2577KB) ( 400 )  

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青海夏乌日塔多金属矿是近年来新发现的铜铅锌矿床,具有较好的开发利用价值。 为实现该铜铅锌资 源的高效开发利用,采用化学多元素分析、MLA 矿物自动定量分析等方法,进行了详细的工艺矿物学研究,并探究了 浮选原则工艺。 结果表明,试样受到一定程度的氧化,特别是铜氧化率较高。 矿石组成矿物种类繁多,主要回收的有 价金属为铜、铅、锌及伴生银,含量分别为 0. 43%、1. 64%、2. 65%和 49. 68 g / t。 铜、铅、锌、银赋存形式分别主要为黄铜 矿、方铅矿、闪锌矿和银黝铜矿,呈中-细粒嵌布特征。 黄铜矿呈不规则粒状、细小的乳滴状沿脉石矿物边缘或裂隙填 充;方铅矿呈交代侵蚀与交代残余结构、结状结构产出,呈星点状、脉状、条带状嵌布,少量呈蠕虫状嵌布;闪锌矿多呈 块状、结状、胶结结构产出,少量呈斑状、脉状、浸染状嵌布;银黝铜矿以不规则粒状、脉状沿脉石粒间填充。 铜铅锌矿 物嵌布粒度微细、单体解离度均较差,主要与石英、方解石及钠长石等脉石矿物连生。 此外,部分铜、锌矿物与铅矿物 连生,适当提高入选细度、设置粗精矿再磨作业有利于提高矿物分离效果。 针对矿石性质,提出了“铜铅锌优先浮选” 原则工艺流程,可以获得含铜 26. 90%、铅 4. 42%、锌 7. 03%、金 59. 41 g / t、银 2 980. 00 g / t,铜回收率 65. 22%、金回收 率 37. 31%、银回收率 63. 58%的铜精矿;含铅 51. 05%、铜 0. 82%、锌 7. 54%、金 11. 18 g / t、银 222. 00 g / t,铅回收率 85. 04%、金回收率 18. 15%、银回收率 12. 24%的铅精矿;含锌 50. 17%、铜 0. 60%、铅 1. 31%、金 4. 29 g / t、银 98. 11 g / t, 锌回收率 85. 01%的锌精矿。 研究成果可为该铜铅锌矿石的开发利用提供技术支撑。

山东某铁矿石工艺矿物学研究

房启家, 张强, 孙永峰

2022, 51(04):  131-137. 

摘要 ( 88 )   PDF (3239KB) ( 327 )  

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为开发利用山东某低品位铁矿石,采用化学成分分析、铁物相分析、光学显微镜等方法对其进行工艺矿 物学研究。 结果表明,矿石 TFe 品位为 27. 18%,铁主要以磁铁矿形式存在,其次为硅酸铁;有害元素 S 和 P 含量较低; 主要脉石矿物为石英、角闪石和云母。 矿石结构主要有粒状结构、浸染状结构、交代结构等。 矿石主要有块状构造、层 状构造、条带状构造和网脉状构造。 磁铁矿主要呈自形、半自形粒状嵌布于脉石中,结晶粒度较细,-0. 07 mm 粒级分 布率为 65. 07%。 石英主要呈粒状集合体分布,结晶粒度较粗,+0. 07 mm 粒级分布率为 62. 33%;其他脉石矿物角闪 石、云母的结晶粒度也较粗,+0. 07 mm 粒级分布率为 67. 51%。 当一段磨矿-0. 076 mm 粒级含量为 85%时,磁铁矿的 解离度仅为 76. 25%,需进行二段磨矿。 基于矿石的工艺矿物学分析结果,结合当前低品位铁矿石选别技术的发展现 状,推荐选矿工艺流程为“常规破碎—干式磁选—高压辊磨—湿式磁选预选—两段阶段磨矿—弱磁选—磁选柱精 选—中矿再磨再选”。

地质与测量

诸广岩体中部塘湾地区铀成矿地质条件及找矿潜力

刘文泉, 赖静, 吴德海, 江卫兵

2022, 51(04):  138-148. 

摘要 ( 105 )   PDF (4007KB) ( 343 )  

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塘湾地区位于粤北诸广岩体中部,发现有区内唯一的中型铀矿床。 结合前人成果和近年地质调查、物 化探和钻探揭露等工作成果,分析、总结了塘湾地区的大地构造背景、岩浆岩、构造及围岩蚀变等铀成矿地质条件。 研 究表明:①塘湾地区广泛分布有燕山期各阶段富铀产铀花岗岩,具有较好的铀源条件;②构造形态和构造力学性质等 条件均有利于铀成矿,详细总结了具体的成矿、找矿构造有利部位;③热液蚀变强烈而广泛,与铀矿化关系最密切的 是硅化、赤铁矿化、黄铁矿化和萤石化;④热液蚀变划分了成矿前、成矿期、成矿后共 3 期 6 个阶段,水平方向上首次划 分了硅化和赤铁矿化蚀变带、水云母化蚀变带、高岭土化蚀变带、碱性长石蚀变带和正常花岗岩带。 在此基础上,根据 区内地表矿化信息以及物化探异常等矿化线索,开展了铀成矿预测评价,圈定了具体的成矿找矿有利地段并相应完 成了钻探验证工作,进一步扩大了主矿规模并且新发现系列工业铀矿体,证明了塘湾矿床及外围具有较好的找矿潜 力,分析成果为下一步找矿工作提供了参考。

基于 Landsat 8 数据的弓长岭矿区遥感蚀变异常信息提取

宋坤, 王恩德, 付建飞, 姚玉增, 孙健

2022, 51(04):  149-157. 

摘要 ( 123 )   PDF (5505KB) ( 321 )  

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遥感技术可以快速地识别与矿化有关的热液蚀变,并通过高效精准的分析解译为找矿勘查提供帮助。 以典型的鞍山式铁矿———弓长岭铁矿为研究对象,采用成像质量较好的 Landsat 8 OLI 遥感数据源,在遥感图像预处 理的基础上,利用羟基矿物和铁染矿物在特定波段的吸收或反射特征,以主成分分析法为主、波段比值法为辅,对研 究区遥感蚀变信息进行提取,并对提取的专题信息进行了分析和验证。 结果表明:弓长岭地区蚀变异常较分散,铁异 常主要分布在矿区中心且向南延展,蚀变信息最强区域为露天采区;羟基异常范围较大,且矿区南部有较多弱异常分 布。 同时,经蚀变信息提取结果对比分析,在研究区内采用主成分分析法可以有效地抑制干扰信息,提取铁和羟基蚀 变信息效果较好。 提取结果与研究区内已知矿点吻合较好,证明蚀变信息对矿床有较好的指示意义。

颗粒度对高品位赤铁矿可见光—近红外光谱的影响研究

刘海琪 , 刘善军 , 丁瑞波

2022, 51(04):  158-162. 

摘要 ( 51 )   PDF (1620KB) ( 323 )  

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岩矿的反射光谱是进行岩矿分类与定量分析的重要依据,而颗粒度是影响光谱反射率的关键因素之 一,探究不同颗粒度对岩矿反射光谱的影响至关重要。 为了揭示颗粒度对赤铁矿反射光谱的影响规律,以巴西高品 位赤铁矿为研究对象,利用 SVC HR-1024 光谱仪对不同颗粒度的样品进行可见光—近红外光谱测试,分析了赤铁矿 样品的光谱反射率随着颗粒度的变化规律。 研究表明:0. 07 ~ 3. 00 mm 颗粒度范围内赤铁矿样品的光谱反射率随着 颗粒度变化较小,且无明显规律;颗粒度为 0. 04~ 0. 07 mm 时,颗粒度对于光谱的影响主要体现在 1 000 ~ 2 500 nm 范 围的近红外波段,颗粒度与反射率呈负相关关系;当颗粒度<0. 04 mm 时,样品光谱反射率发生突然性升高,在红光波 段(620~ 760 nm)的反射峰突显,使得样品呈现明显的砖红色,同时在 850 ~ 1 200 nm 波段。 光谱曲线出现陡边,反射 率增加加快。 试验结果很好地解释了赤铁矿在块状呈现钢灰色而在粉末状呈现红色的原因,同时也为提高铁矿遥感 分类和定量反演精度提供了参考。

机电与自动化

基于矿区巷道巡检机器人的LOAM-SLAM地图重建改进算法的研究

秦学斌, 王炳, 景宁波, 薛宇强, 朱信龙, 张俊乐

2022, 51(04):  163-168. 

摘要 ( 126 )   PDF (2159KB) ( 315 )  

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由于井下路况复杂,矿区巷道巡检机器人在井下获取点云数据时,点云中的点会随着激光雷达运动产 生运动畸变,即点云中的点会相对实际环境中的物品表面上的点存在位置上的误差,从而无法获得正确的里程计信 息,导致既定路线精度较低,容易造成井下安全问题。 通过研究 SLAM 建图算法-LOAM 算法,分析该算法利用三维空 间中运动的两轴单线激光雷达将定位和建图分别进行,从而提高精度。 在该算法的基础上,同时结合井下成本,选择 单轴单线激光雷达进行数据采集,进行点云匹配时,采用 Harris 3D 角点检测,选取角点作为点云帧数据中的关键点进 行匹配,在保证计算量的同时,去除部分冗余数据。 定位部分则利用 EKF(扩展卡尔曼滤波),消除运动畸变,通过状 态方程和预测方程,对机器人进行运动估计,提高定位精度,达到建图所需要求。

输送机工况数据APP远程监控系统设计

黄良沛, 张逸夫, 谭姚, 赵延明

2022, 51(04):  169-172. 

摘要 ( 76 )   PDF (1541KB) ( 309 )  

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带式输送机自动控制系统在煤炭行业应用广泛,现场工况数据大多存于 PLC 寄存器中,为了适应远程 工业数据监控并将互联网应用在带式输送机自动控制领域,设计了一种基于 APP 的远程工况数据监控系统。 用户可 通过工业 APP 能够随时随地地远程监控现场 PLC 工况数据信息。 PLC 与计算机服务器通过 ModbusTCP 协议进行数 据通信,Android APP 再与计算机服务器通信,最终将输送机控制系统工况数据及运行状态显示在 APP 端。 将该系统 应用于带式输送机自动控制系统领域中,解决了监控系统终端便携性差的问题,能大力减少人力资源成本与时间成 本以及提高安全性。

金属矿深井充填管道系统失效风险可视化分析方法

杨震 , 刘哲明, 郭梨

2022, 51(04):  173-179. 

摘要 ( 72 )   PDF (1309KB) ( 290 )  

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为了探究金属矿深井充填管道系统失效级联演化过程,基于权重质心法(ROC)、交叉影响分析( CIA)与 阻尼解释结构模型(DISM)提出一种风险识别可视化分析方法。 首先采用事件的概念表征造成风险的多源异质信息, 利用一种快速的专家排序法推导出风险因子权重,运用事件交叉影响矩阵作为阻尼解释结构模型的输入,进而得到 风险演化的层次有向图,使失效模式可视化。 通过风险评估实例验证了方法的有效性。 结果表明:①基于 CIA-DISM 的风险评价方法能够客观地反映深井充填管道系统的失效演化模式,因为考虑了事件的交叉影响与层次涌现性,使 分析结果更符合实际;②CIA-DISM 方法所得到的层次有向图可以形象地刻画系统风险演化的情景,有利于提出更加 精准的风险管控策略。

基于惯性导航技术的露天矿爆破过程矿岩运动规律研究

吴豪, 荆洪迪, 于健洋, 柳小波, 孙效玉

2022, 51(04):  180-187. 

摘要 ( 89 )   PDF (2343KB) ( 296 )  

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针对露天矿爆破过程中矿岩空间运动轨迹难以准确获取的问题,本研究创新性地提出了利用高精度 MEMS 惯性导航传感器高频率采集爆破过程的矿岩运动数据来生成矿岩空间运动轨迹的方法,在惯性导航技术基础 上对爆破过程中矿岩轨迹生成算法进行研究。 最后利用 MATLAB 数学软件准确输出矿岩在爆破过程中的真实空间 运动轨迹信息,为露天矿爆破过程中矿岩运动规律研究提供理论和技术依据。 以鞍钢齐大山露天矿-105 m 水平采区 为例进行了现场试验,基于试验结果分析了压渣爆破的矿岩运动规律,为露天爆破效果智能评价提供参考依据。

高压辊磨运行工况识别算法研究

李明宇, 张丹威

2022, 51(04):  188-194. 

摘要 ( 61 )   PDF (1848KB) ( 316 )  

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针对机理分析导致参数选择不足与高维过程数据不利于快速精确预测高压辊磨工况变化的问题,提出 一种基于樽海鞘群算法(Salp Swarm Algorithm,SSA)的高压辊磨运行工况识别方法。 首先对过程数据利用皮尔逊相关 系数和互信息进行相应的数据关联度分析,构造皮带机电流、辊磨机压力等过程数据与工况变化相关性的目标函数; 然后在求解目标函数时利用自适应高斯-柯西变异概率机制来增加樽海鞘群算法的领导者与跟随者的多样性,使其 在迭代寻优时种群分布更加合理的同时又提高了算法后期收敛速度,防止陷入局部最优。 最后进行实际高压辊磨生 产过程数据特征选择验证和对比实验,实验结果表明所提方法的有效性与准确性。

叶轮结构对浮选动力学特性的影响

唐军, 滕瑜崇, 刘辉, 于明明, 匡敬忠, 符东成

2022, 51(04):  195-201. 

摘要 ( 62 )   PDF (2665KB) ( 298 )  

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为提高自吸式浮选机循环量及浮选过程矿物悬浮均匀性,以 JJF-0. 2 m³ 试验样机作为基础研究模型, 对原有的星型径向叶轮进行结构优化后形成了一种改进叶轮。 通过 CFD 方法对比分析了两种叶轮对流场特征、湍动 能分布、循环量及功耗的影响,并进一步对两种叶轮的整体性能参数进行了研究,探讨了粒度和叶轮结构对矿物悬浮 均匀性的影响。 结果表明:在叶轮转速为 997 r / min 时,2 种叶轮均能形成适宜矿物浮选的流场特征,相较于星型径向 叶轮,改进叶轮在竖筒和循环筒内形成了更强的湍动能,循环量提升了 45%,功耗增大了 5%,吸气量提升了 3%。 随 粒度增大矿物悬浮均匀性变差,改进叶轮在提高矿物悬浮均匀性和解决矿物沉槽问题方面效果显著。

旋风充气式和气泡充气式旋流器分离性能研究

张宏杰, 杨兴华, 刘培坤, 姜兰越, 李晓宇

2022, 51(04):  202-207. 

摘要 ( 65 )   PDF (1568KB) ( 286 )  

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针对常规旋流器存在的底流夹细问题,提出了旋风充气式和气泡充气式旋流器,将气体充入旋流器内 后,可使混入外旋流中的细颗粒重新被吹入内旋流进行二次分离,从而达到减少底流夹细的目的。 通过试验对比分 析了两种不同充气方式旋流器和常规旋流器的分离性能。 结果表明,相比于常规旋流器,充气式旋流器能有效减少 底流夹细,常规旋流器底流中-10 μm 颗粒占比 6. 32%,而使用旋风充气式旋流器能降至 5. 32%;使用气泡充气式旋 流器能降至 5. 53%。 充气条件下,对于-20 μm 颗粒的综合分级效率,旋风充气式旋流器可提高 4. 92 个百分点;气泡 充气式旋流器可提高 3. 24 个百分点。 旋风充气式旋流器分离性能优于气泡充气式旋流器,试验结果可以为新型充气 式旋流器的设计提供指导。

安全与环保

基于渗滤效应的砂土注浆加固机理研究

秦鹏飞, 闫然, 钟宏伟, 黄莉

2022, 51(04):  208-213. 

摘要 ( 68 )   PDF (2626KB) ( 291 )  

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含水砂层采用水泥注浆时不可避免产生渗滤效应,渗滤效应对浆液有效扩散范围、加固效果具有显著 影响。 基于渗流力学的一般原理和质量守恒,对浆液扩散速度、压力及水泥颗粒运移、滤出机制进行了分析,并采用矿 渣硅酸盐水泥、聚合物超细水泥对含水砂层进行了注浆试验。 理论推导和模型试验表明,浆液水灰比、注浆压力及介 质孔隙率均在一定程度上决定着注浆加固效果。 随水灰比和孔隙比减小,浆液浓度增加,有效扩散范围减小;注浆压 力减小,浆液扩散分布不均衡,在一定程度上也降低了注浆加固的效果。 研究结果对于含水砂层注浆治理具有一定 的参考价值和学术意义。

司家营研山铁矿采场三维边坡稳定性数值模拟及协同监测分析

杨意德, 杨天鸿, 刘洋, 邓文学, 李华, 田益琳, 叶会师

2022, 51(04):  214-221. 

摘要 ( 65 )   PDF (4444KB) ( 691 )  

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司家营研山铁矿是典型的沉积变质型铁矿,矿体赋存于单斜构造中,东帮顺倾,西帮反倾,近年发生了 多处不同规模的滑坡,边坡稳定性问题严重。 根据地质剖面资料,结合矿山采剥计划和最终境界设计方案,建立矿山 三维地质模型,并划分有限元网格。 利用 FLAC3D 对现状边坡建立静力学平衡后进行两步开挖数值模拟,分步开挖至 2022 年排除境界和最终境界,并利用现场协同监测设备对模拟结果进行验证。 结果表明:①潜在的塑性破坏区主要 分布在东帮 N26 勘探线附近及西帮 N14 勘探线附近,与滑坡现状较为吻合;②随着开采深度增加,东西帮的塑性破坏 区范围均有进一步扩大趋势,其中东帮顺层边坡侧分布范围及深度远大于西帮反倾边坡;③开挖后边坡具有向临空 面方向的变形趋势,东帮的位移值和变形区域均大于西帮,层状岩层导致整体变形具有各向异性特征;④协同监测系 统对模拟结果进行了验证,并得到了研山东帮浅部应力及损伤大于深部。 因此,司家营研山铁矿东、西帮(尤其东帮) 边坡均有潜在滑坡风险,应对其潜在塑性区采取适当加固防治措施。

排水孔布设参数对降雨边坡稳定性的影响

吴顺川, 王猛, 韩龙强, 张西良, 刘占全, 李玉杰

2022, 51(04):  222-230. 

摘要 ( 56 )   PDF (4797KB) ( 292 )  

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针对降雨入渗导致的边坡失稳这一安全问题,以巴润露天矿边坡为研究对象,探究降雨入渗条件下排 水孔布设参数对边坡稳定性的影响。 采用空气单元法模拟排水孔,基于 VG 模型确定水土特征曲线,运用 Geo-studio 软件进行数值模拟分析。 基于灰色关联法确定排水孔布设参数对边坡稳定性影响的关联度,分析单一变量条件下坡 体内孔隙水压力和总水头变化,在此基础上通过正交试验和极差分析法对布设参数进行优化,确定排水孔布设参数 最优水平组合。 最后通过对比无治水措施边坡与布设排水孔边坡的稳定性,验证降雨条件下排水孔布设方案的有效 性。 结果表明:排水孔孔长为主要影响因素,孔径和倾角为次要影响因素;孔长 10 m、孔径 120 mm 和倾角 6°时,排水 孔对边坡降压增稳效果最好;在经历 48 h 降雨情况下边坡安全系数仍保持在 1. 30 以上,相较于无治水措施边坡安全 系数提高了 36. 8%。

露天煤矿高台阶稳定性分析方法及加固治理措施研究

李志平, 付一鸣

2022, 51(04):  231-236. 

摘要 ( 85 )   PDF (2250KB) ( 310 )  

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为探究露天煤矿高台阶片帮稳定性分析方法及加固治理措施,选取黑岱沟露天煤矿高台阶为工程背 景,综合运用地质勘查、理论分析、室内试验、数值模拟等手段方法,分析高台阶潜在破坏模式,建立考虑张拉—剪切渐 进破坏的稳定性分析方法,阐明张拉裂缝位置及深度对高台阶稳定性的影响,并提出合理的注浆加固治理措施。 研 究结果表明:黑岱沟露天煤矿高台阶潜在破坏模式为张拉—剪切共同构成的组合破坏,当张拉裂缝距离坡肩点 5 ~ 16 m,并发展至一定深度时建议采取注浆加固治理措施,对应的注浆高度为 1. 4 ~ 3. 5 m,通过注浆加固的手段可降低 张拉裂缝对高台阶稳定性的影响程度,显著提升高台阶稳定性。