当期目录

2022年 第51卷 第05期    刊出日期：2022-05-15

上一期   

专题综述

智慧矿山技术体系研究与发展路径

王国法, 庞义辉, 任怀伟

2022, 51(05):  1-9. 

摘要 ( 1021 )   PDF (2060KB) ( 889 )  

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基于我国矿产资源开发现状，分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵，阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题，提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性，构建了智能化煤矿建设总体技术体系架构，从生产矿井与新建矿井两个维度提出了智能化煤矿建设技术路径，明确了不同建设条件矿井进行智能化煤矿分类、分级建设的重点内容。系统阐述了张家峁煤矿、巴拉素煤矿智能化建设经验与阶段性成果，并提出了我国智慧矿山实现高质量发展的主要技术路径。

人工智能背景下采矿系统工程发展现状与展望

顾清华, 江松, 李学现, 卢才武, 陈露

2022, 51(05):  10-25. 

摘要 ( 532 )   PDF (2418KB) ( 1698 )  

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随着以人工智能为核心的第四次工业革命的到来，采矿系统工程作为采矿工程与系统工程的交叉学科方向，迎来了前所未有的发展机遇和挑战。首先梳理了采矿系统工程涉及的基本理论和研究方法，在此基础上对人工智能技术在采矿系统工程中的发展历史进行了回顾，通过对研究现状进行分析，综述了当前人工智能、大数据背景下采矿系统工程的研究方法和研究应用对象，最后指出了未来采矿系统工程在跨学科应用、大系统优化及智能采矿方面的发展趋势。研究表明：以进化计算和机器学习为代表的人工智能技术，在新一代新能源智能化无人采矿装备，无人采矿新技术、新工艺及新模式，采矿生产各工艺流程智能化和多系统融合大数据平台等4个重要发展方向中将发挥越来越重要的作用，是未来引领智能矿山建设的核心技术，人工智能技术与传统采矿工艺的结合必将推动采矿系统工程学科进入全新的发展阶段。

粉煤灰“工程型”及“产品型”资源化利用研究进展

张宁宁, 石忠钰, 韩瑞, 李振, 于跃先, 庞甜, 武美圻, 赵富强

2022, 51(05):  26-36. 

摘要 ( 175 )   PDF (1328KB) ( 645 )  

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粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，同时也是含有有价组分的二次资源。粉煤灰综合开发不仅可以提高其资源化利用率，实现变废为宝，还能有效缓解因其长期堆积而造成的土地资源占用和环境污染问题。对粉煤灰的“工程型”及“产品型”资源化利用进行了梳理，在“工程型”利用方面，粉煤灰可大规模用于建筑行业，但产品附加值低，且其掺量有待进一步提高；可用于农业领域来改良土壤提升肥力，但需对其自身进行减毒处理；可在环境保护领域用于废气废水处理等，但负载了有害物质后的粉煤灰需要进行再处理。在“产品型”利用方面，可从粉煤灰中回收有价物质，如利用物理法分离微珠、磁珠及未燃碳以及利用化学法提取铝及关键金属等，但往往存在回收率及产品纯度低、易产生二次污染等问题；可用粉煤灰制备高附加值产品，增加经济效益，但目前产品种类少、制备成本高、市场接受度低。针对以上问题，从原料分类细化、产品攻关方向、行业标准制定、国家政策导向等角度为我国未来粉煤灰的资源化综合利用发展提出了合理建议。

采矿工程

基于协同学的协同开采科学内涵诠释

陈庆发, 黄昊

2022, 51(05):  37-44. 

摘要 ( 135 )   PDF (2101KB) ( 723 )  

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“协同开采”已成为当前我国采矿工程领域研究的热点词汇之一，但业界对其内涵的把握程度尚需进一步深入。基于协同学理论，系统诠释了协同开采的科学内涵。首先，厘清了协同学主要概念及其在协同开采中的含义；其次，通过对协同开采定义的逆向剖析，提出了“开采活动前置条件”表述，分析了协同开采与开采活动前置条件中基础性因素之间的关系；然后，通过比较分析协同效应与整体效应之间的区别，阐明了协同开采系统的协同效应内涵；最后，论证了自组织理论在协同开采系统中的适用性，并对协同开采系统中的自组织过程进行了探讨。研究结果有助于促进业界准确理解协同开采的科学内涵，有助于促进协同开采理论与技术的深入发展。

三山岛金矿连续规模化智能开采工艺研究及应用

赵兴东, 周鑫, 赵一凡, 曾楠

2022, 51(05):  45-49. 

摘要 ( 194 )   PDF (2117KB) ( 630 )  

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过去的数十年，地下金属矿山采矿方法在崩落、空场和充填三大类的基础上,通过不断地改进和完善，形成了各种各样的采矿工艺，为我国地下金属矿山安全高效回采提供了设计依据。但当前开采工艺仍存在着开拓、采切工艺复杂，安全性差，生产能力小等突出问题，制约了资源安全高效开发。结合矿山生产实践，阐述了地下金属矿山生产模式及开采工艺演化过程，以三山岛金矿无人采矿示范区为工程背景，研发了连续规模化智能开采工艺，即采用连续分段空场嗣后充填采矿法对矿石进行回采，从开采工序连续性、地压调控及时性、采矿设备适配性三方面设计了开拓方案、采矿工艺及铲装运输环节，可为具有类似条件的矿山生产设计提供参考。

急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术研究

张东杰, 拓明轩, 刘树新, 王健多

2022, 51(05):  50-55. 

摘要 ( 102 )   PDF (1692KB) ( 630 )  

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针对急倾斜中厚破碎矿体采用浅孔留矿法开采时，存在的采场作业安全条件差、矿石损失贫化大等问题，以锡林浩特萤石矿为工程背景，从岩体可冒性、工艺方法改进、冒落防控等方面对急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术进行了系统研究。通过矿岩可冒性分析，构建了岩体冒落力学模型，计算得到极限冒落跨度值为5.4~6.4 m，小于矿体的平均厚度（7 m），存在冒落事故风险；从回采作业安全及损失贫化控制角度出发，提出了以垂直深孔落矿阶段矿房法为主的空场嗣后充填开采工艺，给出了采场结构布置方法，采用分段崩矿、中段及阶段出矿方式，确定的合理崩矿步距为1.56 m；在此基础上，分析了采空区顶板冒落冲击风险，计算得到采空区顶板岩体冒落形成的冲击气浪值为34.96 m/s，远远超过了《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423—2020）规定的数值，给出了防治冒落冲击灾害的安全散体垫层铺设方法，确定的合理散体垫层厚度为3.3 m。通过现场工业试验，采场作业安全，矿石回采率提高了7.31%，贫化率降低了7.66%，经济效益显著，可实现该类矿山安全高效开采。

基于智能拉拔测试系统的锚杆锚固力现场高效评测方法

徐帅, 郭玟志, 纪旭波, 杨正明

2022, 51(05):  56-61. 

摘要 ( 92 )   PDF (3677KB) ( 556 )  

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锚杆锚固力现场评测是锚杆支护效果评价、支护参数设计与优化的基础。为解决当前锚杆锚固力现场测试方法与设备存在的效率低、携行困难、数据采集不连续和测试过程连接复杂等问题，基于自主研发的锚杆智能拉拔测试系统，提出了锚杆现场检测快速连接技术，开发了荷载—位移实时采集软件对拉拔全过程的荷载与位移数据进行智能分析与可视化。将研发的拉拔系统应用于新城金矿对锚杆现场锚固力进行评测，结果表明：长2.4 m、壁厚2.5 mm、管径差2 mm的管缝锚杆平均锚固力为61.5 kN，位移可达150 mm以上；长2.2 m、直径22 mm的端锚树脂锚杆锚固力可达230 kN，位移约120 mm；长2.2 m、直径22 mm的涨壳式锚杆锚固力可达94.5 kN，位移为25 mm。现场应用验证了锚杆智能拉拔测试系统具有便捷高效、智能分析的特点，有助于降低矿山锚杆测试成本，可为锚杆锚固力现场定量评测提供数据支撑，可为智能矿山建设、科学管理与决策提供技术支持。

地下金属矿山采矿成本预测模型

李国清, 吴炳书, 侯杰, 王浩, 王进强, 陈连韫, 范纯超

2022, 51(05):  62-69. 

摘要 ( 131 )   PDF (1852KB) ( 604 )  

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为了解决现代矿山采矿成本的核心构成发生变化、成本管控难度增加等问题，深入剖析了采矿成本的关键影响因素，基于PCABP神经网络构建了成本预测模型，形成了适用于现代矿山的成本核算方法。针对机械化开采、开采深度增加、工况条件差异所带来的采矿成本变化，分析了现代矿山企业采矿作业成本的构成特点，以此为基础运用作业成本法精细化核算各个采矿作业单元的成本费用。总结成本变化规律发现，采矿成本主要受到采场作业空间大小、温度、深度、运输距离以及工人工作效率、工人工作经验、设备铲运效率、设备服务年限、燃油消耗率、油料消耗率10个关键因素影响，在采用主成分分析法对影响因素进行降维后，提取主成分作为成本预测变量，运用PCABP神经网络构建了成本预测模型。采用山东某地下金属矿山的成本数据对该模型进行了训练和验证，预测值与实际值的平均相对误差为3.80%。研究表明：所建模型的预测结果可靠、精度满足要求，可以为现代矿山企业作业成本控制、成本计划制定提供依据。

单轴压缩条件下充填体—砂岩组合体破坏过程及前兆特征声发射试验研究

赵奎, 宋林, 曾鹏, 谢文健, 龚囱, 伍文凯, 刘宇

2022, 51(05):  70-76. 

摘要 ( 76 )   PDF (2388KB) ( 566 )  

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分别对砂岩、充填体—砂岩组合体试件进行单轴压缩声发射（AE）试验，研究了试件破坏过程中AE振铃计数及主频特征，重点对比了组合体试件中砂岩侧、充填体侧所采集到的AE信号差异性，同时采用BP神经网络对峰值应力前组合体试件的AE信号类型进行识别，分析了试件破坏过程中不同类型AE信号的时间—应力变化关系及占比变化规律。研究表明：组合体试件的平均单轴抗压强度仅为砂岩试件的38.85%；组合体试件破坏过程中的声发射信号振铃计数量整体少于砂岩试件；峰值应力前，组合体试件中砂岩侧AE振铃计数“激增”现象明显；临近破坏前，组合体试件中砂岩类型的声发射信号占比逐渐下降，充填体类型信号的占比逐渐上升，这一现象可作为组合体试件破坏的前兆特征。

粗颗粒对立式砂仓底流浓度及流变性的影响

王邦策, 李翠平, 陈格仲, 颜丙恒, 黄振华

2022, 51(05):  77-85. 

摘要 ( 65 )   PDF (2879KB) ( 561 )  

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尾砂充填是我国金属矿山生产中主要的充填技术，但以往研究侧重于探讨床层高度、料浆停留时间、絮凝剂单耗等因素对底流浓度产生的影响，有关添加粗尾砂颗粒对立式砂仓底流料浆性质产生的影响研究较少。为此，通过筛选3种粒径分布的粗颗粒尾砂，分析粗颗粒尾砂的添加量对床层沉降速度、底流浓度以及料浆流变性产生的影响。静态浓密试验结果表明：合适的絮凝条件下能够提高浓密效果评价值，且最佳絮凝剂单耗值随着絮凝剂浓度增加而增高；床层沉降速度和底流浓度随着粗颗粒尾砂添加量增加而增高，且-2 000 μm粒径粗颗粒尾砂提升效果更明显。动态浓密试验结果表明：立式砂仓模型底流料浆平均浓度与床层高度、料浆停留时间和粗颗粒尾砂添加量成正比关系，且底流料浆的静态屈服应力和动态屈服应力均随着粗颗粒尾砂添加量增加而降低、随着料浆浓度增加而增高，分析结果可为实现立式砂仓底流的高浓度稳定运行提供参考。

基于SHPB试验的多尺寸大理岩动态力学性能研究

郭鹏飞, 李志康, 彭岩岩, 张海江

2022, 51(05):  86-94. 

摘要 ( 65 )   PDF (4580KB) ( 775 )  

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为研究多尺寸大理岩的动态力学性能，基于SHPB试验采用理论分析、数值模拟、室内试验等方法深入分析了尺寸对大理岩动态力学性能的影响。通过室内试验和数值模拟，验证了LSDYNA中使用HJC本构模型研究大理岩冲击荷载作用下破坏过程、应力波形特征等的合理性；利用LSDYNA软件对同一长径比、3种不同直径的大理岩在4种不同冲击速度下展开研究。结果表明：大理岩动态强度随其直径的增加而减小，随冲击速度的增加而增大；在冲击压缩试验中，大理岩以沿轴向劈裂拉伸破坏为主，其破坏滞后于应力峰值，滞后于应力峰值的时间会随冲击速度的增加而减小；室内试验和数值模拟结果均表明，当压杆直径不变时，大理岩的尺寸对SHPB试验结果中大理岩动态强度具有重要影响，其动态强度随其长径比的增大先增加后减小。

真三轴状态下煤岩单体的强度变形特性及破坏模式研究

刘子硕, 韩立军, 朱合轩

2022, 51(05):  95-102. 

摘要 ( 76 )   PDF (2104KB) ( 538 )  

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煤矿巷道顶板具有特殊的煤—岩层状结构，研究煤岩单体的强度变形特征，对于巷道稳定性控制有着重要意义。以山西华晋韩咀煤矿为工程背景，使用中国矿业大学自行研制的岩石真三轴电液伺服加载试验系统分别对煤和岩石相似材料开展真三轴试验，分析了真三轴条件下中间主应力对两者在强度及变形方面的影响。研究表明：二者的峰值强度与峰值应变都随着中间主应力的增大而呈现出先增加后减小的趋势，且这种趋势受到最小主应力的影响；在中间主应力不断增大的过程中，煤样的破坏经历了从剪切破坏向劈裂—剪切组合破坏的过程；此外，当中间主应力过大时，二者会经历延性—脆性转化的过程。上述分析表明：中间主应力对煤岩体的破坏起到先保护后促进的作用。

矿物工程

湿法炼锌体系除氟技术的研究现状

涂宾, 衷水平, 陈杭, 迟晓鹏, 饶峰

2022, 51(05):  103-110. 

摘要 ( 77 )   PDF (1354KB) ( 544 )  

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随着二次锌资源的利用，湿法炼锌系统中氟的去除越发受到重视。分析了湿法炼锌系统中氟的来源及危害，主要论述了针铁矿法、沉淀法、萃取法、离子交换法及吸附法等5种除氟工艺，特别指出吸附法除氟率高、成本低、不产生二次污染或二次污染小的特点，在湿法炼锌系统应用前景广阔；结合活性氧化铝、铝基复合材料、金属基吸附剂、天然矿物、活性炭等吸附剂的研究现状及吸附机理，提出了湿法炼锌体系中所用除氟吸附剂的要求：较高的吸附容量、氟的强选择性、耐酸性、锌的低损失率。研究结果为后续湿法炼锌除氟吸附剂的开发提供了理论指导和研究思路。

铜冶炼渣中铁的生物炭深度还原—磁选回收试验

孔祥艳, 赵冰, 李艳军, 孙永升

2022, 51(05):  110-116. 

摘要 ( 138 )   PDF (2078KB) ( 751 )  

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铜冶炼渣中铁含量达30%~40%，但铁元素主要以铁橄榄石的形式存在，采用传统方法难以回收利用。以可再生生物炭为还原剂，通过深度还原—磁选回收铜冶炼渣中的铁，考察了还原条件对铜冶炼渣深度还原的影响。当还原温度为1 200 ℃、还原时间为75 min、CaO用量10%、碳氧摩尔比为1.5时，深度还原产品的金属化率达到86.83%，经过磨矿磁选可获得铁品位为62.84%、回收率为81.92%的磁选精矿。铜冶炼渣中主要含铁矿物有Fe2SiO4、Fe3O4及少量的Fe2O3，其还原过程为Fe2SiO4→FeO→Fe、Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，得到的金属铁逐渐聚集长大最终形成有利于磁选分离的金属铁颗粒。

某高氧化率铅锌矿选矿试验研究

巩明辉, 李国栋, 王婷霞

2022, 51(05):  117-122. 

摘要 ( 65 )   PDF (1485KB) ( 559 )  

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针对某铅锌矿石嵌布粒度微细、共生关系复杂、氧化率高的性质特点，开展了系统的选矿试验研究。确定采用铅锌依次优先浮选的原则流程，并通过条件试验制定了适宜的药剂制度。结果表明：① 铅浮选作业添加Na2S可有效活化部分白铅矿，提高铅回收率；采用XDT-22配合硫酸锌能有效抑制锌矿物的上浮，降低铅精矿中锌的含量；以XCT-11作为辅助捕收剂，可进一步提高铅回收率。② 锌浮选作业采用组合捕收剂XCT-11能强化对锌矿物的捕收，提高锌回收率。③ 在磨矿细度-74 μm占75%的条件下，闭路试验可获得铅品位47.85%、铅回收率68.31%的铅精矿和锌品位45.86%、锌回收率82.81%的锌精矿，指标较为优异。

四川某硫化铅锌矿石铅浮选工艺优化研究

朱贤文, 王阳, 王朝, 冯媛媛, 胡生福, 赖春华

2022, 51(05):  123-128. 

摘要 ( 69 )   PDF (1548KB) ( 546 )  

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四川某硫化铅锌矿铅锌品位低，含硫较高，矿石中部分方铅矿、闪锌矿嵌布粒度较细，呈细脉状、浸染状嵌布，影响铅锌浮选分离指标。在现有的分选工艺流程下，铅精矿中含锌较高，影响锌回收率。为此，在工艺矿物学研究基础上，开展了铅浮选工艺优化试验研究。新工艺采用25#黑药作选铅捕收剂，铅粗精矿进行再磨，降低了铅精矿锌含量，提高了铅精矿铅品位和锌精矿锌回收率；小型闭路试验在原矿含铅1.21%、含锌2.19%、含银25.48 g/t的条件下，可获得含铅45.58%、含锌5.43%、含银861.72 g/t，铅回收率84.11%的铅精矿；含铅1.11%、含锌54.10%，锌回收率87.14%的锌精矿。铅精矿、锌精矿的品位分别较现场工艺提升2.42、3.72个百分点，铅、锌回收率分别提高0.26、4.11个百分点，研究结果为该铅锌矿的实际生产提供指导。

刚果（金）SODIMIKA表层氧化铜钴矿的工艺矿物学研究

任玥, 汪紫烟, 白丁

2022, 51(05):  129-134. 

摘要 ( 87 )   PDF (2017KB) ( 546 )  

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为合理开发刚果（金）SODIMIKA表层氧化铜钴矿提供依据，对矿石开展了详细的工艺矿物学研究。结果表明∶① 矿石中主要可回收元素为Cu、Co，含量分别为2.15%、0.19%；铜主要以硅孔雀石中铜、自由氧化铜的形式存在，钴主要以氧化钴、硫化钴的形式存在。② 矿石中主要金属矿物为硅孔雀石、孔雀石、水钴矿、黑铜矿、磷铜矿、锰铜钴水合氧化物及赤（褐）铁矿等；脉石矿物主要为石英、白云母、绿泥石、滑石等。③ 矿石的结构类型主要为半自形—他形粒状结构、自形纤维状结构、鳞片状结构及胶状结构等；构造类型主要为块状构造，其次为角砾状构造及皮壳状构造等。④ 矿石中孔雀石、水钴矿均具不均匀中细粒嵌布的特征，而黑铜矿、磷铜矿、硅孔雀石及锰铜钴水合氧化物则属细粒嵌布。⑤ 铜矿物的产出形式主要为孔雀石、硅孔雀石、黑铜矿、磷铜矿、锰铜钴水合氧化物等，结合氧化铜矿物含量较高，且与褐铁矿共生现象严重；钴的独立矿物为水钴矿，且嵌布粒度微细，独立不规则粒状分布，与孔雀石复杂连生。推荐采用浮—磁联合工艺，浮选回收部分粗粒单体的自由氧化铜矿物，磁选回收比磁化系数较高的、与氧化铁锰紧密结合的铜钴。

湖北某铜尾矿资源化利用研究

杨伟卫, 蔡恒安, 尚世超, 毛益林

2022, 51(05):  135-141. 

摘要 ( 83 )   PDF (1657KB) ( 553 )  

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湖北某铜尾矿中有价组分为WO3、Cu、S、Fe，为实现该铜尾矿的资源化利用，开展了详细的综合回收试验研究。结果表明：① 采用铜硫混合浮选、铜硫混合精矿再磨后铜硫分离浮选工艺流程处理试样，闭路试验可获得产率0.10%、Cu品位13.80%、Cu回收率21.71%的铜精矿以及产率1.22%、S品位44.50%、S回收率50.89%的硫精矿。② 采用2粗2扫1精常温浮选处理铜硫混浮尾矿，常温精矿浓缩至60%，再加温至90 ℃，搅拌、解吸80 min后采用1粗2扫5精加温精选、中矿顺序返回的工艺流程，最终获得产率0.93%、WO3品位15.31%、WO3回收率55.07%的钨精矿产品；该钨精矿进行酸浸提质，最终获得产率0.40%、WO3品位34.19%、WO3回收率53.04%的酸浸钨精矿。③ 针对钨粗选尾矿，采用弱磁选工艺可获得产率3.73%、TFe品位60.45%、回收率15.66%的铁精矿。

江西某微细选钨尾砂工艺矿物学研究

李瑞光, 胡海祥

2022, 51(05):  142-147. 

摘要 ( 69 )   PDF (2186KB) ( 537 )  

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为充分回收选钨尾砂中的有价矿物，利用矿物自动分析仪（MLA）、化学分析、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜等手段对江西某微细选钨尾砂进行系统性工艺矿物学研究。结果表明：① 试样Cu含量为0.11%、WO3含量为0.29%，其中WO3达到最低利用工业品位；主要脉石成分SiO2含量为67.52%。② 试样-0.038 mm粒级产率为55.28%，-0.075 mm粒级含量达83.82%，细粒级含量较高；Cu、WO3明显富集于-0.038 mm微细粒级，其他粒级中含量相对较低；Al2O3主要富集于-0.038 mm粒级中，而各粒级Pb、Zn、Mo含量均较低。③ 试样矿物组成十分复杂，金属矿物主要为黄铜矿、白钨矿、黑钨矿；非金属矿物主要为石英、白云母、黑云母、长石、绿泥石。④ 黄铜矿单晶颗粒外形常呈条状、角形或其他不规则形状，常见角状细粒黄铜矿与黄铁矿、白云母连生；白钨矿单晶颗粒外形常呈致密状、块状或不规则状，常见不规则微粒白钨矿包裹于绿泥石、萤石中；黑钨矿单晶颗粒常呈三角状、半自形或他形粒状，常见以微粒浸染状被方解石、石英包裹；白云母多数呈叶片状单体存在；黑云母主要为板状或短柱状，横切面为六边形，集合体为鳞片状，多数呈单体。通过分析确定回收目标矿物为硫化铜矿物和云母类矿物，并设计浮选回收工艺为1粗3精1扫流程和1粗5精1扫、中矿合并脱水流程。

含铀难浸碱渣拌酸熟化强化浸出试验研究

周龙, 胡鄂明, 张聪, 雷治武, 胡芳, 王红强, 王清良

2022, 51(05):  148-152. 

摘要 ( 87 )   PDF (1718KB) ( 564 )  

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针对某核燃料元件公司煅烧后的碱渣进行溶浸处理后，得到铀含量大于1.00%的难浸碱渣，未达到其处理预期要求。为了最大限度浸出和回收铀，对难浸碱渣采用拌硫酸熟化强化手段浸出，重点研究了熟化温度、浓硫酸用量、熟化时间、难浸碱渣粒度对铀浸出率的影响。拌浓硫酸熟化的最佳工艺条件为：难浸碱渣粒度-0.013 mm、熟化温度150 ℃、熟化时间5 h、浓硫酸用量75 mL；在此条件下铀渣计浸出率可达89.98%，难浸碱渣铀含量由1.940%降到0.33%以下。难浸碱渣中物相主要有二氧化硅和氧化铁，其中铀以三氧化铀的形式存在。拌硫酸熟化可以破坏难浸碱渣中以氧化铁为主的包裹结构，进而使包裹的铀被浸出。

微波辅助盐酸浸出废弃荧光粉中的稀土元素钇和铕

程明宇, 潘高, 黄义威, 赵伟康, 于明明, 梅光军

2022, 51(05):  153-159. 

摘要 ( 85 )   PDF (1484KB) ( 535 )  

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某废弃荧光粉中含有49.63%的稀土氧化物，具有极大的回收利用价值。为实现该废弃荧光粉中稀土元素的快速高效浸出，对该废弃荧光粉进行了微波辅助盐酸浸出稀土元素Y和Eu的研究。浸出热力学计算结果表明，在273~373 K温度范围内红粉易于与酸反应，而绿粉、蓝粉不与酸进行反应，可通过酸浸法优先浸出红粉中的稀土元素Y和Eu。浸出试验结果表明；在微波功率为600 W，微波辐射时间为60 min，反应温度为60 ℃、盐酸浓度为4 mol/L、过氧化氢添加量为0.2 mL/g、液固比为7.5 mL/g的条件下，该废弃荧光粉中稀土元素Y和Eu的浸出率可达98.84%和88.72%，几乎实现了红粉中稀土元素的完全浸出，且与常规加热方式相比，微波辅助浸出在不降低浸出率的条件下可明显缩短反应时间，为废弃荧光粉中稀土元素的快速高效浸出提供了技术依据。

地质与测量

基于DS-InSAR的西部矿区地表时序沉降监测与分析

王波, 谭志祥, 邓喀中

2022, 51(05):  160-169. 

摘要 ( 169 )   PDF (3818KB) ( 570 )  

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针对常规时序合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar ,InSAR）技术在西部矿区受高原堆积型沙丘地貌的影响难以获取足够数量的监测点，无法完整提取矿区地表形变信息的问题，以西部矿区内蒙古石拉乌素煤矿为例，基于覆盖研究区域的52景Sentinel1A数据，利用一种针对西部矿区高原堆积型沙丘地貌的基于分布式目标InSAR（Distributed Target InSAR ,DSInSAR）的时序地表形变监测方法，获取了2016—2018年研究区域采动引起的地表形变时空分布信息。研究结果表明：在监测时段内矿区地表出现了2处明显的下沉盆地，盆地内垂直方向最大累计沉降超过400 mm；与常规时序InSAR方法相比，该方法可在研究区域内获取更多数量空间分布均匀的监测点，从而更加准确地提取研究区域的面状地表形变信息。与水准实测数据对比结果显示，二者相关系数为0.97，二者间绝对误差较小且误差整体分布合理，表明该方法具有较高的可靠性，能够很好地应用于西部矿区高原堆积型沙丘地貌特征下非充分采动时的地表形变监测。

概率积分预计参数的ENN优化算法

张劲满, 阎跃观, 李杰卫, 徐瑞瑞, 王芷馨, 张坤, 岳彩亚

2022, 51(05):  170-176. 

摘要 ( 202 )   PDF (1765KB) ( 517 )  

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为了提高ENN(Elman neural network)神经网络获取概率积分预计参数的准确性，以我国30个地表移动观测站的实测数据作为学习训练和测试的样本数据，采用强稳健局部加权回归法（Rlowess,RW)对30个地表移动观测站数据进行降噪处理，采用蚁群算法（Ant Colony Optimization,ACO）对ENN神经网络的权值和阈值进行优化，构建了ACOENN概率积分预计参数解算模型。结果表明：对比分析ACOENN模型解算RW降噪处理前后的实测数据，发现RW降噪处理显著提高了数据质量，提高了解算模型的预测精度；利用ACOENN模型解算下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切及拐点偏移距的平均相对误差分别为2.41%、3.48%、6.11%和1.67%， ACOENN模型对于概率积分预计参数的解算精度优于传统ENN算法，为精确获取概率积分预计参数提供了新思路。

机电与自动化

矿井采运过程典型粉尘防治技术装备研发与应用

徐修平, 李刚, 金龙哲, 周刚, 孙彪, 刘建国

2022, 51(05):  177-184. 

摘要 ( 76 )   PDF (2865KB) ( 532 )  

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针对矿井作业环境粉尘污染日益严重，且现有技术手段防治难、协同弱、效果差等问题，为了从源头上实现矿井粉尘的高效控除，改善矿井作业环境、保障作业人员身心健康，对矿井开采、掘进以及运输等3个典型作业环节的粉尘防治技术装备进行了系统研究开发，提出了金属矿采场多组份水炮泥抑尘、煤矿综采面封闭雾化控除尘、金属矿掘进巷道粉尘净化、煤矿综掘面风雾双幕协同增效控除尘以及矿井皮带运输转载点干雾降尘等高效技术装备体系，结合现场试验和工业应用，对所研发的系列技术装备性能进行了对比分析。研究表明：与普通水炮泥相比，多组份水泡泥对总尘、呼尘的抑尘效果分别提高了90%、80%以上；煤矿综采面雾化封闭控除尘技术装备在现场应用后，工作面平均总尘、呼尘降尘率均大于90%；金属矿掘进巷道粉尘净化系统的除尘效率高达91%以上，净化后的风流能够进入循环通风系统，有效提高矿井风流利用率；煤矿综掘面风雾双幕协同增效控除尘装备对总尘、呼尘的平均降尘率分别能够达到97.78%、98.13%；干雾降尘装置具有良好的降尘效率，在皮带运输转载点的降尘效率达到80.4%，在溜煤眼转载点处的降尘效率达到81.8%。

基于“矿石流”的三山岛金矿大数据综合管控平台研发

潘伟, 刘晓明, 曲伟霞, 赵威, 崔松涛, 徐婧, 孙伟芳, 赵昊, 方建平

2022, 51(05):  185-191. 

摘要 ( 228 )   PDF (3108KB) ( 567 )  

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针对矿山综合管控平台建设中存在的数据孤岛、系统封闭以及信息难以融合的问题，提出了基于数据驱动面向“矿石流”的矿山大数据融合技术。根据“矿石流”数据来源、数据集成及数据分析等需求，开展了数据采集、存储与标准化管理技术、多源数据整合技术、“矿石流”全流程关联技术等矿山大数据系统关键技术研究。以三山岛金矿大数据管控平台开发为例，详细分析了矿山“矿石流”的全流程场景，结合矿山现有的业务流程，采用华为大数据平台对资源储量、采矿、出矿、运输提升、地表运输及选矿等各工艺环节数据进行关联，建立了基于“矿石流”的矿山大数据综合管控系统的工业平台，实现了在统一平台上对矿山全流程的统一优化指挥调度与全流程管控分析，提高了矿山生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平与综合实力，促进了矿山的协同作业与规范管理，为智能矿山建设提供了参考。

安全与环保

风网解算下的多级机站设置与风机优选研究

周伟, 吴冷峻, 周选阳, 王涛, 贾敏涛, 谢辉

2022, 51(05):  192-197. 

摘要 ( 209 )   PDF (1265KB) ( 566 )  

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为解决龙桥铁矿总风量不足、漏风严重、通风设备选型及布局不合理等问题，利用Ventsim三维可视化风网解算软件建立了主—辅扇和多级机站通风网络模型，并根据解算结果优化多级机站风机选型。风网解算结果表明：①当主—辅扇通风系统工频（50 Hz）运行总风量为364.94 m3/s，多级机站通风系统风机频率为48 Hz时总风量为364.36 m3/s，系统总风量均达到设计风量，但多级机站通风系统总风量富余，优于主—辅扇通风系统；②多级机站通风系统设4级机站，Ⅰ级为总进风机站，Ⅱ级为采场进风机站，Ⅲ级为采场回风机站，Ⅳ级总回风机站，优化后的Ⅰ级总进风机站选用两台K40-8-№23型风机并联，Ⅲ级回风机站东区选用两台K40-8-№21型风机并联，西区选用两台K40-8-№23型风机并联。所设计的通风方案满足该矿-420 m中段和-490 m中段风量分配要求。

超细粒尾矿—炉渣混合体漫坝水力侵蚀特性研究

曾学敏, 华绍广, 李小双, 王光进, 覃佳, 敬小非

2022, 51(05):  198-204. 

摘要 ( 77 )   PDF (4558KB) ( 534 )  

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炉渣对超细粒尾矿力学特性具有显著的影响，在超细粒尾矿中加入炉渣对改善坝体稳定性，提高尾矿库运行安全性具有重要作用。基于泥沙侵蚀理论，采用理论分析和室内试验深入分析了漫顶条件下超细粒尾矿—炉渣混合体的抗水力侵蚀特性。研究表明：不同炉渣含量条件下超细粒尾矿—炉渣混合体（以下简称“混合体”）在水力作用下，其侵蚀速率呈非线性变化规律。随着混合体中炉渣含量逐渐增加，侵蚀速率呈先减小后增大的变化模式，其中40%含渣量时混合体的侵蚀速率最小，即此刻混合体的抗侵蚀能力最强；混合体黏聚力降低对其抗侵蚀能力具有较大影响，内摩擦角变化对其抗侵蚀能力的影响相对较小。分析结果对于进一步研究尾矿坝水力侵蚀的影响具有一定的参考意义。

降雨作用下和尚桥铁矿内排土场边坡稳定性分析

张文飞, 任奋华, 郭奇峰, 潘继良, 刘文胜

2022, 51(05):  205-211. 

摘要 ( 65 )   PDF (2422KB) ( 647 )  

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孔隙水压力是表征内排土场边坡渗流及稳定性演化的重要参数之一。为验证现有边坡设计参数的合理性，以和尚桥铁矿内排土场边坡为工程背景，基于Biot固结理论的直接耦合方法，运用GeoStudio软件进行数值模拟分析，研究内排土场边坡在降雨条件下的渗流规律及稳定性，分析降雨强度及降雨持时对边坡孔隙水压力的影响，得出不同降雨强度下边坡内孔隙水压力分布规律及其安全系数。结果表明：降雨入渗范围主要在排土场边坡表层以下3~5 m内；降雨入渗速率主要受到土体渗透系数与降雨强度相对大小影响；和尚桥内排土场边坡设计参数在持续强降雨期间仍能保持安全稳定，但需通过排水沟及时排出边坡表层未入渗的降雨。

TiO₂/蒙脱土复合材料光催化降解丁基黄药性能研究

陈运双, 马瑞雪, 蒋潇宇, 李国栋, 赵思凯, 沈岩柏

2022, 51(05):  212-220. 

摘要 ( 108 )   PDF (2347KB) ( 1771 )  

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双马瑞雪蒋潇宇李国栋赵思凯沈岩柏(东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819) 摘要浮选废液中残余的黄药会严重危害自然生态及环境，为实现对黄药的高效降解，依据固相扩散原理，采用固相研磨—粉末烧结法成功制备出了TiO2/蒙脱土(MMT)复合材料，通过XRD、FTIR、SEM、紫外-可见光吸收光谱和光致发光光谱等检测手段对材料的结构、形貌和光化学特性进行表征，并在紫外光条件下考察了TiO2负载量、光催化剂用量、丁基黄药初始浓度和黄药种类等因素对其光催化降解性能的影响，根据活性基猝灭试验和模拟废液的实时吸光光谱结果探讨了对丁基黄药的光催化降解机理。结果表明，80%TiO2/MMT具有更高的紫外光吸收性能和较低的光生载流子复合效率，0.2 g/L的光催化剂在光照30 min后对初始浓度为20 mg/L丁基黄药的光催化降解率达到99.52%，且催化剂的重复利用性高，可以有效降解多种黄药。超氧自由基（·O2-）和空穴（h+）是光催化降解丁基黄药的主要活性物质，且光催化降解过程中产生了过黄药这一中间产物。

模拟酸雨条件下铅锌矿区土壤重金属的淋溶特征及其生物炭稳定化

范百龄, 石晓磊, 安焱

2022, 51(05):  221-226. 

摘要 ( 51 )   PDF (1456KB) ( 526 )  

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为揭示铅锌矿区土壤重金属在酸雨淋溶条件下的释放特征及其生物炭稳定化效果，通过土柱淋溶试验对比研究了未添加生物炭土壤、添加水稻秸秆生物炭以及玉米秸秆生物炭土壤淋出液理化性质和Pb、Zn、Cd及As的淋出特征，并重点分析了2种生物炭对重金属的稳定化效果。结果表明：铅锌矿区土壤对酸具有较强的缓冲能力，淋出液pH值在6.5～8.3之间，而碱性生物炭的添加对淋出液pH影响不明显，但其显著提高了淋溶初期的EC和TDS；添加不同种类生物炭对Pb、Zn、Cd和As淋出影响不同，玉米秸秆生物炭的添加显著降低了淋出液Pb的含量，其累积流出量降低49.11%，但对Cd和Zn的释放有明显的促进作用；而水稻秸秆生物炭加速了土壤中Pb的释放，对Zn、Cd的影响不明显；2种生物炭对土壤As都起到活化作用。

综合利用

高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂力学性能的影响

艾莹莹, 顾晓薇, 张延年

2022, 51(05):  227-231. 

摘要 ( 64 )   PDF (2200KB) ( 554 )  

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为探究高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂强度的影响，研究了不同铁尾矿粉磨时间下干燥养护时间对试件力学性能的影响，并结合XRD、SEM及EDS等微观手段分析水化产物种类、数量及结构特征。结果表明：①60 ℃干养可激发铁尾矿的火山灰活性，试件的力学性能与养护时间成正比。掺加粉磨时间1 h的铁尾矿，在60 ℃的温度下干养16 h可得到抗折、抗压强度达9.29 MPa、40.46 MPa的铁尾矿基水泥胶砂。②高温干养时长不影响铁尾矿基水泥净浆的水化产物种类，但是对水化产物的结构与数量以及水化产物覆盖程度有影响。随着高温干养时间的延长，净浆内部C—S—H纤维长度增加、数量增多，钙硅摩尔比减小，Ca(OH)2消耗更剧烈，水化产物明显变密实，表面几乎不含有害孔。

细粒铁尾矿制备再生骨料的工艺研究

潘经文, 夏令, 宋少先, 赵云良, 李洪强, 朱江

2022, 51(05):  232-236. 

摘要 ( 63 )   PDF (1155KB) ( 538 )  

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为解决工业固废铁尾矿难以利用的问题，开展了细粒铁尾矿制备再生骨料的工艺研究。以水泥为凝胶材料，通过水化反应粘结细粒铁尾矿和黄砂，并优化物料配比、养护方式和搅拌工艺，得到合格的骨料。结果表明，再生骨料的最佳制备条件为：铁尾矿75%、黄砂10%、水泥15%，三乙醇胺用量为水泥的0.01%。在成型压力为20 MPa、成型水分为13%的条件下，采用高速混合机的二次搅拌、覆膜养护，试样的28 d抗压强度可达33.760 MPa；再生骨料的坚固值、压碎值、有机物含量达到国家相应标准。