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2022年 第51卷 第06期    刊出日期：2022-06-15

上一期   

采矿工程

充填体—围岩组合体力学特性及破裂演化特征 RFPA^3D 模拟

卢宏建 , 王奕仁 , 武婕 , 武晓军

2022, 51(06):  1-8. 

摘要 ( 148 )   PDF (4399KB) ( 358 )  

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为深入分析非线性接触面下接触角对充填体—围岩组合体力学特性及破坏演化特征的影响,借助 RFPA3D 真实破裂过程分析软件,开展了 7 个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2 种灰砂比(1 ∶4、1 ∶8)的单轴压缩组 合体数值试验。 结果表明:①随着接触角增大,组合体模型的峰值应力、峰值应变、弹性模量先减小后增大;随灰砂比 增大,各参数均增大;接触角 60°时,组合体峰值应力和峰值应变最小;接触角 15°时,弹性模量最小;接触角 90°时,各 参数均最大。 ②张拉应力是造成充填体内部横向裂纹和破碎区的主要原因,剪切应力是造成充填体二次开裂、接触 面滑移和围岩破坏的主要原因,组合体破坏为宏观剪切—张拉混合裂纹。 ③接触角 0° ~ 30° 组合体破坏为张拉破坏, 发生在充填体区域;接触角 45° ~ 60° 组合体破坏为剪切破坏,发生在充填体和接触面区域;接触角 75° ~ 90° 组合体破 坏为剪切—张拉组合破坏,发生在充填体、接触面和围岩区域。

基于三维形貌参数的岩石节理峰值剪切强度模型研究

盛建龙, 许立, 周新, 彭宗桓

2022, 51(06):  9-16. 

摘要 ( 96 )   PDF (2424KB) ( 297 )  

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要 基于 Grasselli 提出的节理粗糙度参数,通过揭示 3 种粗糙度参数表征视倾角的分布规律,分析了粗糙度 参数和初始剪胀角和折减函数的关系,优化剪胀角模型中粗糙度参数的形式;通过文献对比分析,突出了岩石抗拉强 度对节理抗剪强度的影响。 采用法向应力、抗拉强度和节理粗糙度参数,提出了一种负指数形式的节理峰值抗剪强 度新模型。 最后通过 73 组试验数据和反算 JRC 值验证新模型准确度,并与经典模型对比。 结果表明 Gasselli 模型和 Tang 模型在各自的试验数据中准确度较高,新模型和 Xia 模型误差较低,但新模型波动较小。 新模型对 Grasselli 模 型、Xia 模型、Tang 模型中存在的不符合摩尔库伦准则、物理含义不清晰、剪胀角边界条件不正确、未体现粗糙度等问 题进行了改进。

深部破碎巷道围岩—支护作用与支护时机

周亚博, 张杰, 刘也, 郭奇峰, 柏杨, 董建伟

2022, 51(06):  17-23. 

摘要 ( 92 )   PDF (1857KB) ( 330 )  

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破碎围岩受开采扰动容易引发围岩变形破坏,是矿山深部开采面临的重要支护难题。 以阿尔哈达矿 368 m 中段 27~ 35 线破碎巷道为工程背景,基于 Kastner 公式确定破碎巷道围岩特征曲线,开展围岩—支护相互作用 关系研究,以围岩—支护特征曲线交点作为围岩支护结构设计依据,探究合理支护时机。 研究发现,支护结构设置时 间对围岩应力释放、围岩—支护特征曲线交点位置均有一定程度的影响;随着支护断面与开挖面距离的逐渐增大,安 全系数增长速率呈现先增大后减小的变化趋势;支护结构能够有效抑制围岩应力释放和围岩变形,促使围岩应力和 支护抗力迅速达到平衡;对于该矿山破碎巷道围岩采用柔性支护方案,在围岩应力释放到一定程度后,施加支护的时 机以支护断面距离开挖面 4 m 为最佳。

盘区矿柱回收与充填体稳定性的数值模拟研究

林敏, 袁庆盟, 王谦源

2022, 51(06):  24-28. 

摘要 ( 65 )   PDF (3842KB) ( 306 )  

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盘区隔离矿柱回采的核心问题是能否在矿柱回采过程中保证顶板和两侧充填体的稳定性。 针对龙桥 铁矿充填成本高、盘区矿柱占有储量大等问题,提出了全部回收和部分回收 2 种盘区矿柱回收方案。 根据矿山实际地 质和具体实践资料,建立了三维计算模型,利用 FLAC3D 软件对 2 种回收方案进行了计算,通过分析和比较采场围岩 变形、塑性区及应力状态,确定了合理的回收方案。 计算结果表明:全部回收盘区矿柱会造成采场大范围的破坏,难以 实现回采目标;部分回收即留设部分矿柱作为永久矿柱承载,可以基本确保采场的稳定性。 研究结论可以使龙桥矿 矿柱回收率达到 64. 3%,也可供同类型矿山作为参考设计依据。

深井高应力破碎岩体支护技术研究与应用

刘允秋, 肖益盖, 李同鹏, 武飞, 陆玉根, 曹帅, 李正灿, 姜培根, 曲发科

2022, 51(06):  29-34. 

摘要 ( 94 )   PDF (3199KB) ( 316 )  

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近年来我国金属矿山逐步进军超千米深井开采序列,采矿过程中如遇破碎岩体,在高地应力作用下易 造成深部井巷工程持续变形破坏。 鑫汇金矿-1 070 m 巷道围岩破碎、风化严重、稳定性极差,造成巷道的掘进与支护 施工难度大、成本高,同时也增加了安全隐患。 为此,采用地质雷达探测和钻孔摄像相结合的方式进行了围岩松动圈 检测。 提出了爆破开挖后及时封闭围岩防止围岩风化的工艺措施,并通过对其施加高预紧力(300 N·m)来实现喷锚 网柔性主动支护。 同时提出了巷道全断面二次支护方案及措施,通过围岩注浆和协同锚固技术使围岩形成组合拱结 构共同抵抗地层压力,保证了支护后期围岩稳定。 鑫汇金矿生产实践表明:现场支护结束 1 a 来,-1 070 m 巷道完整 良好,经济效益显著。

李楼铁矿空场嗣后充填法运行管理探讨

王志君

2022, 51(06):  35-39. 

摘要 ( 103 )   PDF (1365KB) ( 308 )  

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充填采矿法在地下铁矿体开采中得到越来越多的应用,目前空场嗣后充填法运行管理主要以“三级矿 量”理论为基础,缺少空区维护和充填组织管理,已不能完全涵盖采矿的全过程管理。 通过 Mathews 稳定图法确定采 场暴露面积,结合薄板理论,构建采空区顶板—矿柱蠕变损伤力学模型的微分方程,计算空区暴露时间。 进一步分析 了采场布置、空区暴露面积及时间、充填组织三者相互关系,探求了采场布置、空区及充填组织衔接规律,梳理了从出 矿、充填到空区管理的生产管理思路,完善了嗣后充填采矿的全过程管理。

基于 Mathews 图解法的采空区稳定性分析

谢伟, 倪彬, 李乾龙, 王立, 王星, 代碧波

2022, 51(06):  40-45. 

摘要 ( 94 )   PDF (1869KB) ( 318 )  

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影响采空区危险性的因素诸多并且复杂性高,甚至部分因素具有一定的模糊性。 为方便、快捷地对采 空区稳定性进行分析,简化危险性影响因素,以湖南某钨矿为研究背景,基于 Mathews 稳定性图解法理论模型,对不同 中段的采空区稳定性进行了理论计算,并依据矿山采空区现状,采用数值模拟法分析了当前采空区下各区域的主应 力、位移和塑性区的分布,评估当前状态下主采空区的稳定状态。 分析结果表明:12 个采空区中,CH5 号、CH6 号、 CH8 号以及 CH12 号采空区以及顶板围岩均处于稳定过渡区,采场整体稳定性一般;而 CH9 号、CH10 号采空区则处 于支护区,采场顶板的稳定性较差,有发生局部垮落、失稳的可能性;分析结果与矿山实际情况相符合,据此可对空区 危险性进行前期预判,降低空区治理费用与安全风险度。

动载作用下铁矿石能量耗散规律及破坏特征试验研究

刘雅甜, 方士正, 何松林, 李剑楠, 刘朕

2022, 51(06):  46-54. 

摘要 ( 72 )   PDF (2990KB) ( 285 )  

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为研究攀枝花铁矿开采境界内铁矿石的动力学性能,利用动静组合分离式霍普金森杆实验系统,开展 4 种典型铁矿石的动态单轴压缩试验。 以动态强度、能量耗散、碎屑分布为切入点,分析 4 种矿石的动力学响应特征。 试验结果表明:4 种铁矿石的动态强度均具有明显的率效应,随冲击速率的增加而增大;所研究冲击速率范围内,中低 品位铁矿石的动态强度显著大于高品位铁矿石和表外矿的强度;随着冲击速率的增加,单位体积耗散能随之增大,且 单位体积耗散能的增加幅度与铁矿石的品位相关;基于分形理论分析 4 种铁矿石破坏后碎屑块度的分形维数,发现碎 屑块度的分形维数随冲击速率增大而增加;最后,分析了单位体积耗散能与分形维数的关系,发现二者呈现非线性正 相关关系。

不同品位晶质石墨矿石劈裂拉伸力学行为研究

叶海旺, 余梦豪, 雷涛, 王其洲, 严立德, 李兴旺, 李宁, 王炯辉, 高玉文

2022, 51(06):  55-60. 

摘要 ( 77 )   PDF (2406KB) ( 268 )  

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为分析不同品位对晶质石墨矿石拉伸力学特性的影响,以黑龙江省萝北云山石墨矿为研究对象,基于 矿物成分磨片分析,开展室内巴西圆盘劈裂试验,同时采用高速摄影机记录裂纹扩展过程。 按照矿石品位分级进行 4 组试验,平均品位分别为 3. 28%、8. 24%、13. 41%、19. 11%。 研究结果表明:晶质石墨矿石加载过程可分为原生缺陷压 密、弹性变形、微裂隙发育、宏观裂纹扩展 4 个阶段,随着品位升高,初始压密阶段所产生的变形量逐渐减小;其抗拉强 度、平均单位体积累计吸收能随矿石品位升高逐渐降低;同时结合高速摄影图分析发现晶质石墨劈裂试件破坏过程 中裂纹扩展速度随着品位升高呈下降趋势,整体上岩石由脆性转为延性。

层状岩体隧洞爆破引起的非对称振动传播规律研究

刘西森, 于建新, 魏海霞, 吴卫东, 姜波

2022, 51(06):  61-67. 

摘要 ( 54 )   PDF (1992KB) ( 270 )  

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由于地质条件及岩石分布的不规则性,爆破开挖诱发的振动在隧洞掌子面后方两侧对称位置处的传播 规律表现出明显的非对称特点。 以新疆奎屯河引水工程为背景,基于开展的顺层隧洞爆破振动监测实验,分析了掏 槽、辅助、周边和底板等典型段别爆破作用下,爆破掌子面后方隧洞环向和纵向的非对称振动响应特性及振动传播规 律。 结果表明:受顺层节理的影响,掌子面后方隧洞两侧相同距离处三向速度峰值大小不同,沿隧洞轴向与垂直隧洞 壁方向的振速两侧相同位置的振速比值为 1. 5 ~ 2. 5;竖直方向峰值振速差别相对较小,两侧相同位置的振速比值为 1. 1~ 1. 5。 沿隧洞纵向方向,距掌子面距离 26 m 范围内,振动速度衰减较快,随后衰减速率明显降低,两侧振速的非 对称特征逐渐不显著。 研究成果对同类工程施工中的爆破振动控制与爆破参数设计具有一定的借鉴作用。

矿物工程

悬浮磁化焙烧炉四室还原腔气固流动特性试验研究

杨峰, 高鹏, 唐志东, 王一同

2022, 51(06):  68-73. 

摘要 ( 68 )   PDF (2045KB) ( 277 )  

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四室还原腔是悬浮磁化焙烧炉的核心部件,为探明四室还原腔内气固流动特性规律,搭建了四室还原 腔冷态试验系统,探究了流化风速、松动风速和给料速率对流化室内气固流动特性的影响规律。 结果表明,随着流化 风速、松动风速的增大,流化室内床层同一高度处,压强呈减小趋势;随着给料速率的增大,流化室内床层同一高度处, 压强呈增大趋势。 在不同操作条件下,流化室内颗粒浓度分布区间为 0. 40~ 0. 54,沿轴向均呈“ S”型分布。 床层同一 高度处颗粒浓度随着流化风速和松动风速的增大而减小,颗粒浓度随着给料速率的增大而提高。 研究结果对悬浮焙 烧炉四室还原腔的结构优化和参数调控具有一定的参考价值。

黄铜矿生物浸出的钝化机制及强化浸出方法

谢浩松, 肖庆飞, 裴英杰, 武煜凯, 任英东, 张志鹏

2022, 51(06):  74-81. 

摘要 ( 67 )   PDF (2045KB) ( 274 )  

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生物浸出技术(也称生物湿法冶金技术)多应用于常规方法难以开发利用的尾矿、贫矿、废矿、表外矿及 难采、难选和难冶矿,其工业应用从 20 世纪逐步开始发展,现已在国内具备相当的规模,目前对辉铜矿的原矿处理已 实现了工业化应用。 相较于传统的铜冶炼技术,生物浸出技术具有流程简单、生产成本较低等优势。 主要阐述了黄铜 矿在生物浸出反应过程中钝化膜的形成机制,介绍了黄铜矿表面钝化膜组成成分的几种主流观点,主要包括氢氧化 铁和黄钾铁矾、单质硫、铜的聚硫化物等;并针对钝化作用所导致的浸出反应缓慢、浸出率低等生物浸出普遍面临的 问题,从高效浸矿细菌的选育、各类药剂的催化等方面列举出了学者们在强化黄铜矿生物浸出的研究方面所做出的 有益探索,虽然提出的以上方法在工业应用上目前还不具备成熟的条件,但对今后黄铜矿生物浸出工艺的发展和改 进具有参考和指导意义。

酒钢铁矿石悬浮焙烧磁选精矿提质降杂试验研究

孙洪硕, 高泽宾, 韩跃新, 王建雄, 祁生亮, 梁金鹏

2022, 51(06):  82-87. 

摘要 ( 143 )   PDF (1897KB) ( 288 )  

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以酒钢镜铁山粉矿的悬浮焙烧产品通过单一磁选获得的产品难以满足钢铁冶炼的生产要求,因此,在 对铁品位为 55. 00%的磁选精矿进行工艺矿物学分析的基础上,采用反浮选工艺进行提质降杂试验。 磁选精矿中铁 主要以磁铁矿形式存在,分布率为 95. 38%。 磁铁矿主要以单体形式存在,单体占有率为 84. 34%,而且其连生体主要 为富连生体。 在浮选矿浆温度为 30 ℃ ,粗选捕收剂 YG-328B 用量为 300 g / t、抑制剂苛性淀粉用量为 400 g / t、矿浆 pH 值为 7. 5 条件下,经 1 粗 1 精 3 扫反浮选闭路试验,获得了铁品位为 58. 02%、铁回收率为 98. 39%的浮选精矿。 红外 光谱分析结果表明,抑制剂苛性淀粉以化学吸附和氢键吸附 2 种方式吸附于磁铁矿表面,捕收剂 YG-328B 以静电吸 附方式吸附于石英表面。

预糊化木薯淀粉对微细粒赤铁矿选择性团聚特性研究

郭颖 , 杜浩伟 , 李文博

2022, 51(06):  88-93. 

摘要 ( 71 )   PDF (2089KB) ( 268 )  

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难选矿石中的铁元素多赋存于微细粒弱磁性铁矿物中,随着入选矿石中细粒铁矿物占比增加,细粒铁 矿物在选别过程中的流失现象加重。 为改善微细粒弱磁性铁矿物的回收指标,开展了微细粒赤铁矿的选择性团聚特 性研究。 以预糊化木薯淀粉作絮凝剂,在不同淀粉用量、矿浆 pH 值及搅拌转速下,考察了赤铁矿和石英的团聚效果。 基于单矿物的团聚—沉降试验,采用选择性团聚—强磁选工艺分选东鞍山烧结厂强磁给矿,考察了团聚预处理对分 选指标的影响。 结果表明:在淀粉用量 7. 5 mg / L、矿浆 pH = 10. 0、搅拌转速 500 r / min 时,赤铁矿单矿物有较好的团聚 沉降效果;在淀粉用量 100 g / t、矿浆 pH 值 10. 0、搅拌转速 900 r / min 条件下预处理强磁给矿,经强磁选后获得铁品位 46. 75%、回收率 71. 24%、选矿效率 48. 34%的精矿。 通过光学显微镜观察了团聚前后矿物颗粒的微观形貌,结果表明 团聚处理后赤铁矿的表观粒径显著增加。

赤铁矿反浮选体系中 CaCl₂ 与石英吸附作用机理研究

金丹 , 马艺闻, 侯英, 张伦旭

2022, 51(06):  94-101. 

摘要 ( 67 )   PDF (1982KB) ( 265 )  

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为进一步完善石英和赤铁矿浮选作用机理,探讨了活化剂 CaCl₂ 在石英和赤铁矿表面吸附特性的差异。 通过研究纯矿物吸附特性试验,采用原子力显微镜( AFM)、傅里叶红外光谱( FTIR)和 Zeta 电位检测进行分析和表 征,阐释了 CaCl₂ 在石英和赤铁矿表面的吸附作用机理。 试验结果表明:CaCl₂ 与石英和赤铁矿均在 pH 值为 11 ~ 12 时吸附作用较强;当 CaCl₂ 浓度超过 3. 0 g / L 时,石英和赤铁矿表面的吸附量差异逐渐增大;CaCl₂ 与淀粉抑制剂在矿 物表面发生了竞争吸附,在赤铁矿表面的活化吸附作用弱于抑制吸附作用;CaCl₂ 在石英表面的吸附作用符合单分子 层的物理吸附模型,且主要表现为静电吸附,CaCl₂ 可提高石英在矿浆中的分散度,有利于石英在活化过程中暴露出 更多的吸附活性位点,易于被捕收富集。

青海某低品位铜钼硫化矿浮选分离试验

米文杰, 吴凯, 黄杰, 朱庚昊, 郑蒙恩

2022, 51(06):  102-106. 

摘要 ( 68 )   PDF (1521KB) ( 272 )  

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青海省某铜钼硫化矿石为低品位铜、钼混合矿石,铜、钼品位分别为 0. 30%、0. 041%。 矿石中铜、钼矿物 嵌布粒度粗细不均匀,主要钼矿物为辉钼矿,辉钼矿嵌布粒度微细,-0. 02 mm 粒级占有率为 34. 97%,石英等硅酸盐 类脉石矿物包裹了部分辉钼矿,钼矿物与铜矿物及脉石矿物密切共生。 采用铜钼混合浮选—铜钼分离浮选—钼粗精 矿再磨再选的工艺流程,进行了磨矿细度、再磨细度以及浮选药剂用量的试验研究。 结果表明,在磨矿细度为-0. 074 mm 占 70%时,以石灰为抑制剂、水玻璃为分散剂、柴油和 Z-200 为捕收剂,经 1 粗 2 精 1 扫铜钼混合浮选,混合浮选精 矿以硫化钠和巯基乙酸钠为抑制剂、柴油为捕收剂进行铜钼分离粗选,钼粗精矿再磨至-0. 037 mm 占 60%,经 5 次钼 精选,铜粗精矿经 1 次扫选,闭路试验获得了钼品位为 40. 75%、钼回收率为 44. 24%的钼精矿以及铜品位为 16. 38%、 铜回收率为 79. 96%的铜精矿,较好地实现了铜钼资源的有效回收。

磁黄铁矿多型矿物学特征与分选行为差异

沈洪涛, 罗立群, 陈镜文

2022, 51(06):  107-114. 

摘要 ( 118 )   PDF (2163KB) ( 271 )  

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磁黄铁矿是一种分布广泛、常呈复杂多型产出的铁的硫化物矿物,往往作为与有用矿物紧密共生的含 硫杂质矿物存在。 不同多型的磁黄铁矿间的结构差异会导致可浮性发生变化,进而影响其浮选行为。 通过分析磁黄 铁矿的结构特征,总结了常见磁黄铁矿多型的矿物学参数,以及几种磁黄铁矿近似矿物的矿物学特性。 结合磁黄铁 矿的成分特性,分析了不同多型的磁黄铁矿的可选性差异,结果表明单斜(4C 型)磁黄铁矿更容易与黄药结合,“六 方”(以 5C 型为主)磁黄铁矿更容易被氧化,也更容易被 Ca2+抑制和被 Cu2+活化,当 pH>4 时,单斜磁黄铁矿较“六方” 磁黄铁矿易浮,在较低和较高的 pH 值下,单斜磁黄铁矿与“六方”磁黄铁矿可浮性均较差,这些性质可以为合理选择 浮选药剂与分离流程提供参考。

湖北广水-大悟地区重稀土矿工艺矿物学研究

李燊毅, 刘兴平, 蒋之飞, 陈松, 任浏祎, 包申旭

2022, 51(06):  115-121. 

摘要 ( 980 )   PDF (2672KB) ( 294 )  

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为开发利用湖北广水-大悟地区重稀土矿,对其开展了详细的工艺矿物学研究,并在此基础上进行了初 步的选矿预富集试验。 矿石 Y2O3 品位为 0. 101%,主要稀土矿物为硅铍钇矿和褐钇铌矿,非金属矿物主要为石英、长 石和云母,金属矿物主要为磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿。 硅铍钇矿和褐钇铌矿主要嵌布于非金属矿物中,少量硅铍钇矿 内有石英包裹体,极少数硅铍钇矿与磁铁矿伴生,少量褐钇铌矿与锆石连生,极少数褐钇铌矿内有石英包裹体。 两种 稀土矿物都以微细粒嵌布为主,硅铍钇矿主要集中在 - 0. 074 mm 区间内,占比为 76. 47%;褐钇铌矿主要集中在 -0. 053 mm 区间内,占比为 76. 92%。 对矿石开展磁选—浮选联合工艺预富集研究,在磨矿细度为-0. 074 mm 占 60% 时,采用磁选除铁,除铁尾矿采用氢氧化钠和碳酸钠调浆,水玻璃作为抑制剂,水杨羟肟酸、油酸钠和氧化石蜡皂组合 捕收剂进行浮选,初步得到了 Y2O3 品位 2. 32%、回收率 40. 09%的稀土精矿。

地质与测量

基于 Surpac 的二维地质块段法资源量自动估算

李海泉

2022, 51(06):  122-128. 

摘要 ( 96 )   PDF (1709KB) ( 298 )  

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地质块段法是传统几何法资源量估算中常用的方法,以交互方式在地质图件上量测矿体和取样线产 状、地质块段面积等参数并将其录入到 Excel 表中,编制计算公式,完成资源量计算,整个过程操作繁琐、效率低、易出 错,检查修改难度大。 结合 Surpac 软件三维矿体资源量估算技术和二维地质块段法资源量估算方法,提出了利用 Surpac 软件实现地质块段法资源量自动估算的解决方案。 该方案是在 Surpac 软件三维地质建模的基础上,仅增加矿体 中心线解译和划分地质块段这 2 项简单工作,利用 Surpac 软件二次开发技术编写宏命令,在三维软件环境中自动计 算盲矿体产状和取样线产状,自动查询地质块段面积;用宏命令调用 TCOM 接口,将计算和查询结果写入 Excel 表中, 并在 Excel 表中写入计算公式计算样品和矿体真厚度及投影厚度、矿体体积、矿石量、金属量,获得矿区的资源量估算 结果。 研究表明:所提方案可利用 Surpac 三维软件技术实现资源量自动估算,有助于提升资源量估算的自动化水平。

机电与自动化

矿山安全隐患辨识与预警大数据分析系统研发

李国清, 李学玉, 侯杰, 强兴邦, 王浩, 国祯翔, 赵威

2022, 51(06):  129-137. 

摘要 ( 121 )   PDF (3468KB) ( 320 )  

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为解决矿山日常安全隐患排查数据不规范、非结构化、生命周期短和利用程度低等问题,运用大数据分 析技术研究与开发矿山安全隐患辨识与预警系统。 根据矿山安全隐患大数据分析场景,在大数据平台和云计算平台 基础上规划系统整体架构、功能体系与大数据分析逻辑。 通过矿山安全隐患语料库、停用词库的构建,规范矿山常见 隐患主题词,借助词库对安全隐患进行标准化分词,运用“六何分析方法”构建以时间、地点、类型、程度、致因、责任主 体为要素的多维数据集。 针对矿山安全隐患大数据特征,运用主题挖掘、语义网络分析、关联规则、分类与预测模型完 成危险源和安全风险主题辨识、安全隐患知识图谱构建、安全隐患致因规律挖掘以及安全风险预警,借助商务智能分 析工具完成可视化系统的搭建。 系统应用于国内大型矿山企业,实现了安全隐患智能识别、诊断、预测与预警,大幅提 高安全管理人员对安全隐患认识、管理和决策能力。

基于区块链的煤矿视频监控数据存储共享研究

秦学斌, 张静, 王炳, 薛宇强, 朱信龙

2022, 51(06):  138-143. 

摘要 ( 90 )   PDF (1374KB) ( 276 )  

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煤矿行业视频监控系统具有监控节点部署众多,视频存储量大,包含大量的检测信息等特点。 传统的 煤矿视频监控系统具有数据存储中心化、易受攻击以及视频和检测数据泄露和查找困难等问题。 针对这些问题,利 用区块链设计一个煤矿视频监控系统。 首先,使用了边缘设备传输数据,解决了因监控产生海量数据,传输实时性差 的问题;其次,利用星际文件系统分布式特点存储检测数据,在云中心存储全部视频;为了解决检测数据和视频泄露 问题提出基于属性与流加密混合;最后提出基于区块链的分布式存储构架,实现了检测信息和视频双重存储系统。 分析表明所设计的系统能保证数据传输以及存储的安全性。

悬臂式掘进机自动截割控制系统研究

张磊, 周开平, 张宁波, 孙红杰, 王利欣

2022, 51(06):  144-149. 

摘要 ( 77 )   PDF (2962KB) ( 260 )  

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以煤矿 EBZ220 型悬臂式掘进机悬臂机构为研究对象,建立悬臂机构的截割运动在巷道断面的数学模 型,确定截割头在巷道断面投影的位置坐标与截割机构升降油缸、回转油缸伸缩长度及截割机构摆动角度之间的几 何关系。 经控制单元计算出掘进机截割头在巷道空间下的实时位置坐标,并与上位机设定的巷道边界参数进行比 较,提出具有反馈控制的巷道断面自动截割控制方案。 针对常见的矩形、梯形及半圆拱形 3 种巷道断面形状设计了控 制程序、截割工艺路径及人机交互界面功能。 以 EBZ220 型悬臂式掘进机为样机进行地面和井下试验,应用结果表 明,该控制系统可靠性高、实时性强,控制精度高,能满足巷道掘进工作面自动截割控制的要求,巷道断面自动成形控 制精度≤15 cm / 20 m,悬臂机构动态俯仰角和偏航角测量精度≤0. 1°,为实现煤矿掘进工作面智能化、无人化提供一 些技术研究基础。

EDEM_DEM 模拟技术在矿石碎磨中的研究进展

岳翔 , 李梓豪, 马阳, 郭小飞, 代淑娟

2022, 51(06):  150-159. 

摘要 ( 164 )   PDF (2176KB) ( 287 )  

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矿石的碎磨过程占据整个选矿厂投资的 60%以上,采用数学建模和过程模拟技术,是提高碎磨过程研 究效率的重要途径。 综述了国内外矿石颗粒离散元模型建立的过程,并介绍了 EDEM_DEM 模拟技术在圆锥破碎机、 高压辊磨机、球磨机、半自磨机和搅拌磨机碎磨过程中的研究进展,采用 EDEM 软件建立了颗粒模型、黏结模型和设 备模型,通过黏结键的受力情况反映矿石碎磨过程的能量变化,使用颗粒替换的方法模拟矿石碎磨过程,通过分析模 拟实验结果,得出影响矿石碎磨程度的关键因素,如圆锥破碎机动锥旋摆速度和进动角等设备参数。 通过对比调整 参数后的设备模型的模拟实验结果,可以优化碎磨过程和实验设备,提高碎磨和优化设备效率,降低成本。

安全与环保

白云西矿冻融期软岩边坡形变分析

闫永富, 王文才, 师强强

2022, 51(06):  160-166. 

摘要 ( 70 )   PDF (3929KB) ( 285 )  

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白云西矿碎软岩边坡在春季开化后经常发生浅层坍塌,分析研究碎软岩边坡在冻融期发生的形变特 点,获得冻融对软岩边坡形变的影响规律。 首先对软岩岩块进行冻融试验获得岩块的崩解率,再对冻融期边坡的表 面位移监测获得边坡体在冻融期的形变特点,最后对边坡坡面碎裂层的温度惰性反应进行分析,以及结合现边坡发 生的浅层滑塌,综合分析冻融期白云西矿软岩边坡的形变特点。 研究获得冻融期软岩边坡的日变形速度在±2 mm / d 之间,边坡碎裂层具有保温、缓冲形变的特点,边坡岩石的冻融试验与岩体的真实冻融形变存在一定的差异性。

基于 RF-PSO 混合算法的边坡软弱夹层力学参数反演应用研究

胡斌, 汤琦, 李京, 丁静, 刘霁

2022, 51(06):  167-172. 

摘要 ( 67 )   PDF (1770KB) ( 266 )  

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针对传统类神经网络智能优化算法存在的拟合性和泛化性不足等缺陷,引入一种集成学习算法———随 机森林(RF)算法,为智能优化方法提供了一种新的求解方式。 通过以黄山某石灰石矿山边坡软弱夹层力学参数为对 象构建正交设计样本,将随机森林(RF)算法与传统 BP 神经网络和 GA-BP 神经网络模型的性能进行对比,结果表明 RF 算法在数据拟合精度和运行速率相较于类神经网络算法有很明显的优势,凭借其不易陷入过拟合以及泛化能力强 的特点,能够很好地构建数据间的映射关系,同时算法模型凭借控制参数较少具有很好的可操作性。 结合粒子群算 法(PSO)的全局寻优能力,组合成 RF-PSO 混合算法应用到矿山边坡软弱夹层力学参数反演分析中,获得的反演力学 参数通过边坡工程地质数值模型进行正分析对比,结果表明反演力学参数正分析计算的精度达 95%以上,为矿山边 坡软弱夹层力学参数反演分析提供了一种新的方法。

采场残坡积土抗剪强度及边坡时效稳定性研究

张默, 熊金波, 曹作忠, 邱宇

2022, 51(06):  173-176. 

摘要 ( 64 )   PDF (1879KB) ( 282 )  

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在露天采场边坡后期运行维护中,经过长期的露天开采,形成较大的深凹边坡,原先的岩体逐渐风化为 土石料,堆积在边坡上,形成一定厚度的残坡积土层。 残坡积土层在宏观时间上表现为欠固结土,强度较弱,易受外界 因素影响,其中雨水侵蚀影响较为严重。 本次研究以永平铜矿东帮采场边坡的残坡积土不同含水率为主要因素,分 别在不同月份时间上采集土样,在不同的含水率时,得出其抗剪强度。 然后根据不同季节的抗剪强度,分别研究残坡 积土层边坡的时效稳定性。 研究得出:残坡积土的抗剪强度随含水率的增加而降低;边坡稳定性因强度不同,时效规 律表现为旱季稳定性较雨季好;残坡积土层边坡破坏模式为单台阶向多台阶发展渐进破坏。 通过对残坡积土取样和 室内试验,研究了永平铜矿东帮采场残坡积土边坡的抗剪强度和边坡时效稳定性规律,为边坡后期安全管理提供 依据。

滨海矿山深部开采水压—水温—围岩应力监测与突水机理

王军, 刘景军, 王延平

2022, 51(06):  177-183. 

摘要 ( 57 )   PDF (3329KB) ( 259 )  

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为保证矿山安全运行,减少突水事故发生,研究滨海矿山深部开采断层破碎区域突水机理。 在三山岛 金矿西山矿区包含 F3 断层区域-760~ -870 m 垂直方向上 5 个不同水平中段安装水压—水温—围岩应力监测计,获 得连续 35 d 水压、水温和围岩应力的现场数据。 借助 FLAC3D 软件模拟开采过程,分析开挖扰动对断层区域突水影响 机理。 结果表明:开采深度增加,水压增大,水的温度升高;垂直深度增加 105 m,水的温度上升 10. 7 ℃ ;距离断层越 近,水压越大,水温度降低;开挖深度增加,围岩应力增大,距离断层越远,围岩应力变大;最大围岩应力 5. 5 MPa,围岩 应力与水压的变化规律一致,监测初期在一定时间内逐渐减小,最后趋于稳定;断层区围岩应力受到开采扰动影响剧 烈,数值明显高于岩层完整区域;巷道顶部和底板的塑性区显著,顶板以剪切破坏为主要形式,巷道两侧帮和底板属 于拉剪破坏,渗流主要发生在巷道的顶板和底板两角处;断层内孔隙水压力变化剧烈,出现急剧减少再快速回升的变 化特征。

尾矿库三维渗流模拟及排渗设施对渗流场影响

孙景鹏, 宋春山, 韩红卫, 赵林长, 马锡铭

2022, 51(06):  184-189. 

摘要 ( 64 )   PDF (2410KB) ( 276 )  

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为分析排渗管和坝高对尾矿坝浸润线的影响程度,采用数值模拟方法对尾矿库不同工况下浸润线位置 进行研究。 采用 Midas-GTS 软件渗流分析模块对尾矿坝在增设排渗管前后、不同坝高、不同运行水位工况下渗流场分 布进行数值模拟,计算得出不同工况下浸润线位置。 结果表明:增设排渗管后,浸润线与实测浸润线耦合较好,相对误 差在合理范围内;坝高 100 m 时,每隔 7 m 高程差布设排渗管的方案可有效控制坝体内浸润线的埋深和分布,防止发 生渗透破坏,使尾矿库安全运行。 本次研究考虑了尾矿库的复杂性及排渗管对渗流场的直接影响,为尾矿库三维渗 流安全分析提供了一定的参考依据。

基于“三温模型”的风沙采煤沉陷区柠条锦鸡儿灌丛蒸腾特征研究

党晓宏, 徐立杰, 高永, 张凯辉, 冯亚亚

2022, 51(06):  190-196. 

摘要 ( 51 )   PDF (1752KB) ( 270 )  

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长期以来,由于条件限制,野外条件下观测荒漠植物蒸腾十分困难。 以毛乌素沙地采煤沉陷区柠条锦 鸡儿(Caragana korshinskii)灌丛为研究对象,尝试采用“三温模型+热红外遥感”方法观测柠条锦鸡儿灌丛蒸腾速率及 其影响因素,为观测植物蒸腾作用提供可靠的手段和思路。 结果表明:① 气温( Ta )、太阳辐射( Rs )和风速( Vs )随测 定时间呈先升高后降低的变化趋势,且在 13 ∶00 达到最大值;相对空气湿度(Rh)则与之相反。 ② 观测期内,柠条锦鸡 儿灌丛日最大蒸腾速率可达 0. 71 mm / h,日蒸腾量可达 4. 6 mm。 ③ 太阳辐射和风速是显著影响毛乌素采煤沉陷区 柠条灌丛蒸腾速率的主要气象因子。 与传统监测方法相比,利用 “三温模型+热红外遥感”非接触式、无损伤性测定 柠条蒸腾速率具有可行性,准确度较高。 研究结果可为采煤沉陷区修复植被适宜树种的筛选及水分管理提供方法学 借鉴,同时为矿山恢复治理效果快速评估提供了一种技术思路。

不同重构土壤材料配比的土壤改良和苜蓿生长效应研究

荣颖, 王淳, 孙光林, 胡振琪, 郭政良

2022, 51(06):  197-204. 

摘要 ( 86 )   PDF (1302KB) ( 262 )  

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针对西部露天矿区土地生态修复中表土稀缺和土壤贫瘠难题,从充分利用矿区当地常见的原材料出 发,利用风沙土、红黏土、煤矸石、玉米秸秆及腐植酸为原料,按照不同配比混合后进行室内盆栽试验,研究不同配比下 紫花苜蓿生长特性、土壤理化性状和生物学特性的差异,优选适宜于该地区的重构土壤配比。 结果表明:利用风沙土、 红黏土、煤矸石、玉米秸秆及腐植酸重构土壤具有可行性;不同重构土壤配比均可显著改善土壤物理结构,增加土壤 养分含量,提高土壤微生物活性,进而促进紫花苜蓿生长,但不同配比之间存在明显差异;与纯风沙土(CK)相比,不同 重构土壤配比下紫花苜蓿生物量、根长、根直径和根表面积分别提高了 19. 05% ~ 624. 76%、17. 99% ~ 131. 80%、 17. 72% ~ 239. 20%和 33. 01% ~ 650. 45%。 相关分析结果表明:紫花苜蓿生物量与基质理化性状和微生物活性存在协 同效应。 综合来看,风沙土与红黏土按 1 ∶2 复配,同时添加 15%煤矸石、5%玉米秸秆及 0. 05%腐植酸,土壤重构效果 最佳。 该研究为矿区土壤重构及降低土地生态修复成本提供了理论依据。

钢渣与矿粉复掺固化铁尾矿的力学特性及机理研究

倪智伟, 桂婷婷, 吴小刚, 周玉新

2022, 51(06):  205-209. 

摘要 ( 61 )   PDF (1674KB) ( 266 )  

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为探究钢渣与矿粉替代部分水泥固化铁尾矿的力学特性及固化机理,通过宏观强度试验和微观试验手 段,得到钢渣与矿粉复掺固化铁尾矿形成复合材料的强度发展规律及微观特征。 结果表明:水泥掺量>5%的情况下, 通过添加钢渣与矿粉用来固化铁尾矿的效果有明显改良。 水泥-钢渣-矿粉固化铁尾矿较单掺水泥固化铁尾矿提高了 强度,失稳破坏后仍具有较高的承载强度。 较活性较差的钢渣,增加水泥或矿粉的掺量能够提高复合材料的强度,而 钢渣的增加具有抑制作用;水泥-钢渣-矿粉固化铁尾矿的结构更为致密,水泥水化反应激活了矿粉的潜在水化活性, 致使强度较低的 Ca(OH) 2 晶体完全参与水化反应生成 C—S—H 和部分 C3S、C2S,其中钢渣主要起骨架作用。

某铜矿山生产水循环利用难点剖析及处理方案

谢宝俊, 夏楷, 李兴东

2022, 51(06):  210-215. 

摘要 ( 57 )   PDF (1709KB) ( 255 )  

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随着国家节能减排政策逐步落实及节水型社会建设“十三五”规划的实施,铜矿山生产水因产量大且污 染严重,其生产水循环再利用成为亟待解决的问题。 以铜陵某矿山为例,通过现场调查、实验室小试、现场中试及工程 化建设等实践阶段,深入剖析影响铜矿山尾矿库溢流水循环利用水质的因素和运用充填工艺进行采矿作业产生的井 下涌水外排超标的原因。 同时提出了解决方案:首先利用“曝气+化学沉淀”工艺预处理尾矿库溢流水,再与井下涌水 混合后经 “生化处理+净水装置”工艺进行深度处理,处理后水质达到了生产水循环再利用标准及外排水标准,为提 高铜矿山生产水循环利用率提供了依据。

综合利用

复合吸波剂增强铁尾矿水泥基吸波材料的吸波机理与制备方法

王荣, 李华伟, 杨惠婷, 孙浩旭, 胡昌斌

2022, 51(06):  216-224. 

摘要 ( 67 )   PDF (2797KB) ( 262 )  

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采用匹配厚度调控方法,制备出具有优良吸波性能的水泥基复合材料。 研究表明:铁尾 矿中含有的磁性组分能够显著提升水泥基材料的吸波性能;钢纤维与炭黑配置的复合吸波剂能够优化掺铁尾矿水泥 基材料的电磁损耗机制,并改善材料的阻抗匹配特性与损耗衰减特性;基于厚度调控方法,当钢纤维体积分数为 0. 25%、炭黑质量分数为 1. 5%时,制备出的 14 mm 厚度吸波材料,最小反射率达到-32. 16 dB,有效带宽占比 72. 3%。

石墨尾矿混凝土耐久性与抗氯离子侵蚀性研究

何善能, 秦毅

2022, 51(06):  225-229. 

摘要 ( 88 )   PDF (1478KB) ( 255 )  

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以石墨尾矿为研究对象,研究石墨尾矿不同掺量对混凝土结构耐久性、抗渗性、收缩性以及受氯离子侵 蚀性等特性的影响机制。 结果表明:随着石墨尾矿掺量的增加,石墨尾矿混凝土的相对渗透系数呈现出先增大后减 小的变化趋势,且当石墨掺入量超过 30%时,石墨改良混凝土的抗渗性能下降。 随着石墨尾矿掺量的增大,在取样深 度为 0~ 5 mm 时混凝土试样中氯离子含量呈现出先增大再减小后增大的变化趋势,在取样深度为 5~ 10 mm 和 10~ 15 mm 时混凝土试样中氯离子含量呈现出逐渐减小的变化趋势,在取样深度为 15 ~ 20 mm 时混凝土试样中氯离子含量 呈现出先减小后增大再减小的变化趋势。

精炼渣基矿山充填胶凝材料制备及水化机理

张艳佳, 汤畅, 刘生玉, 栗褒, 张雷

2022, 51(06):  230-236. 

摘要 ( 89 )   PDF (2196KB) ( 263 )  

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精炼钢渣(精炼渣)大量堆存污染环境,利用其开发矿山充填胶凝材料,不仅可以解决精炼渣大量堆存 造成的环境污染问题,而且可以降低矿山充填成本。 以精炼渣、矿渣、脱硫石膏为原材料制备三元无水泥矿山充填用 胶凝材料,研究了精炼渣掺量对充填试块力学性能的影响,通过 XRD、TG-DTG、IR、SEM 等表征手段研究了胶凝材料 的水化过程和水化机理。 结果表明:胶凝材料配比为精炼渣占 30%、矿渣占 46%和脱硫石膏占 24%时,充填试块 28 d 龄期抗压强度为 7. 35 MPa,是同条件下水泥充填试块的 1. 52 倍;精炼渣-矿渣-脱硫石膏胶凝材料的水化产物主要为 针棒状钙矾石和 C—S—H 凝胶,随着养护龄期的延长,水化产物不断生成,使得充填体形成具有致密结构的浆体,为 硬化浆体提供强度。 利用精炼渣协同矿渣和脱硫石膏制备矿山充填胶凝材料符合低碳无废发展、保护和改善环境、 提高固废利用率的要求,具有广阔的市场应用前景。