当期目录

2022年 第51卷 第09期    刊出日期：2022-09-15

上一期   

采矿工程

协同开采技术的核心模块与一般开发流程

陈庆发, 黄昊

2022, 51(09):  1-8. 

摘要 ( 124 )   PDF (1889KB) ( 553 )  

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为促进协同开采技术模式的规范化发展，对协同开采技术的核心模块与一般开发流程进行了研究。通过分析协同学基本原理对协同开采技术的指导作用，归纳出协同开采技术的3句核心阐述：竞争与不稳定性是开展协同开采技术开发的前提，系统要素与结构是协同开采技术的组织载体，协同作用是维持系统有序运行的驱动力。将“竞争与不稳定性”“系统要素与结构”“协同作用”视为构成协同开采技术的三大核心模块，分别诠释了它们在协同开采技术中的科学内涵。形成了以工程目标确定、竞争与不稳定性分析、系统要素与结构确定、协同作用分析、协同度测评为主要步骤的协同开采技术一般开发流程。最后结合广西高峰矿105号碎裂矿段具体采矿工程案例，介绍了碎裂环境和采空区双重隐患下协同开采技术的开发过程。研究成果为协同开采技术的开发提供了一个范式参考。

高海拔地区采矿方法多属性决策优选与实践

韩冲冲, 谭玉叶, 陈迪云, 戚伟, 宋卫东

2022, 51(09):  9-17. 

摘要 ( 75 )   PDF (1418KB) ( 503 )  

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为满足高海拔开采条件下的地下金属矿山采矿方法选择的特殊要求，提出了基于变权重理论的采矿方法多属性决策优选方法。首先，采用层次分析法，以技术、经济、劳动生产率、资源利用率、安全和环境等因素为准则，构建了采矿方法优选多属性决策评价指标体系，并以果洛龙洼金矿急倾斜薄矿体为例，通过工程类比法初步选择了采矿方法优选的备选方案。其次，构造了采矿方法优选多属性决策矩阵，并采用合理的标准化方法进行了矩阵规范化处理。然后，通过层次分析法获得评价指标的常权权重，在此基础上考虑高海拔开采条件对采场生产能力、特殊环境适应程度、人工劳动强度及工作面安全性等评价指标的特殊要求，基于变权理论，通过状态向量函数对各评价指标权重进行动态调整，使权重逼近真实状态，以正确反映工程实际需要。最后，通过TOPSIS逼近理想解的排序法，得出各备选方案的优越度。研究表明：在考虑了待选方案指标状态值的均衡性、对过低指标的惩罚及较优指标的激励条件下，3种待选采矿方案中，方案A1（中深孔分段嗣后充填法）、方案A2（浅孔留矿法）、方案A3（削壁充填法）的优越度分别为62.1%、57.2%和37.3%，方案A1中深孔分段嗣后充填法为最优采矿方法。优选结果符合工程实际，所提方法为地下金属矿山采矿方法优选提供了新思路。

基于AHP-FUZZY的瓦屋磷矿Ⅳ矿段房柱法出矿方式优选

张卫中, 王维庆, 彭亚利, 康钦容, 张电吉

2022, 51(09):  18-24. 

摘要 ( 85 )   PDF (1369KB) ( 489 )  

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瓦屋磷矿Ⅳ矿段属缓倾斜薄—中厚矿体，生产过程中面临放矿困难，矿体不利于发挥大型自行设备优势，顶板管理难度大等问题导致采矿方法难以确定，对此进行了3种采矿方法试验。在难以通过简单的技术经济分析和优缺点比较来确定出合理采矿方法的情况下，采用层次分析法（AHP）建立了以采矿方法选择所涉及因素为指标体系的层次结构分析模型，然后根据层次分析法基本原理和专家打分制度确定各因素权重，再根据定性指标和定量指标隶属度确定方法建立模糊综合评价矩阵，确定出无轨运输、锚网护顶、轮式出矿的房柱法为瓦屋磷矿Ⅳ矿段最优采矿方法。实践研究表明：该方法具有很好的现场应用效果，优选的采矿方法对于缓倾斜薄—中厚矿体具有较强的适用性，对于具有类似工程地质条件的矿山有一定的借鉴意义。

酒钢西沟矿低品位石灰石回收技术方案

许守信, 颜威山, 白万明, 程岱山, 乔敏, 康富军

2022, 51(09):  25-30. 

摘要 ( 65 )   PDF (1930KB) ( 467 )  

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充分回收利用低品位矿石是提高矿山资源回收率和综合经济效益的重要途径。为提高酒钢西沟矿低品位矿石回收率，在总结分析资源回收利用过程中技术难题的基础上，从矿体三维建模、品位差异性分析、质量控制方案、溜井远程监控及反击式破碎机下料口改造等方面开展了技术攻关，解决了低品位地质资源不清、粉矿和块矿贫化差异大、溜井堵塞故障问题突出、破碎机下料孔易堵塞等问题，保证了矿山低品位矿石的平稳生产。近4 a（2018—2021年）回收低品位矿石208万t，矿石综合回采率由93.5%提高至95%以上，有效延长了矿山服务年限，取得了显著的经济效益和社会效益，对于类似矿山具有一定的借鉴作用。

基于ECT技术的充填管道内固液两相流仿真方法研究

秦学斌, 李明桥, 申昱瞳, 杨培娇, 胡佳琛, 刘浪

2022, 51(09):  31-36. 

摘要 ( 65 )   PDF (1511KB) ( 448 )  

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矿山充填过程中，管道中产生的结块和充填料浆中夹杂的废石会造成堵管或爆管等严重安全事故，制约了矿山充填技术的应用与发展，所以及时对管道内堵塞结块及废石的方位和大小进行检测,对矿山充填的安全稳定有着重要意义。以电容层析成像(ECT)技术为基础，研究了矿山充填管道的检测方法。针对传统ECT重建算法成像质量差、精度低等问题，提出了一种适用于充填管道内固液两相流检测的基于极限学习机和卷积神经网络的ECT图像重建方法。该图像重建网络由单隐藏层前馈神经网络和图像预测网络两部分组成。利用极限学习机建立电容数据与介电常数值的映射关系，并通过图像预测网络完成对图像的重建。通过充填管道仿真试验，证明了该方法不仅能够有效减少重建图像的伪影和变形，提高图像重建准确度，而且对充填管道中可能出现的复杂情况有较好的重建效果。所提出的ECT图像重建方法对于矿山充填管道内存在的堵塞结块及废石的检测有很好的效果，可以有助于推动ECT技术在充填管道检测领域的应用和推广。

某金矿两段分级超细尾砂静态沉降与半工业浓密试验研究

杨纪光, 吴再海, 寇云鹏, 王增加, 宋泽普, 荆晓东, 朱庚杰

2022, 51(09):  37-42. 

摘要 ( 62 )   PDF (2385KB) ( 464 )  

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某金矿对分级细尾砂进行旋流分级,得到+37 μm 含量 25%以下、-19 μm 含量 60%以上的超细尾砂。 基于该两段分级超细尾砂开展了室内静态絮凝沉降试验和半工业浓密试验。 静态沉降试验分析了砂浆浓度、絮凝剂 单耗对絮团沉降行为的影响,试验发现絮团沉降速度随着砂浆浓度的增加而减小,而絮凝剂单耗存在最优值,高于或 低于该值,絮团沉降速度反而变慢。 半工业浓密试验探究了泥层高度对浓密的影响,研究了固体通量对溢流水含固 量和底流浓度的影响,试验结果表明:泥层高度与浓密的底流浓度呈非线性,底流浓度随着泥层高度的增加呈先增大 后最终趋于平稳;随着固体通量的增加,溢流水含固量逐渐增大,而底流浓度与固体通量呈线性负相关。 试验数据成 功应用到 1 000 m³ 无动力高效浓密机,实现了工业应用。

贵州锦丰金矿胶固粉—分级尾砂充填技术研究与应用

贾住平, 郑禄璟, 胡亚飞, 郑禄林, 荣鹏

2022, 51(09):  43-48. 

摘要 ( 85 )   PDF (1581KB) ( 463 )  

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针对贵州锦丰金矿超细尾砂充填体强度低及充填成本高等问题,开展了旋流器底流产率为 65%时的分级尾砂粒级组成分析、不同料浆浓度及不同胶凝剂掺量下的充填体力学特性研究,并根据充填倍线的不同对胶固粉 掺量进行配合比优选。 结果表明:胶固粉化学物质含量达到一般固废要求,可以用于井下充填;尾砂矿物组成主要为 石英,有利于提高充填体强度;同等强度和流动性要求下,胶固粉掺量仅为水泥掺量的 1 / 2;胶固粉掺量为 5. 5%时,充填体养护 7 d 的试件强度达到 0. 36 MPa,满足设计要求;添加胶固粉的充填体养护龄期超过 28 d 后强度逐渐降低,因此不宜将胶固粉用于打底充填。根据当地水泥和胶固粉单价进行技术经济指标对比,采用胶固粉代替水泥充填可节约大量充填成本,可为类似矿山充填提供有效参考。

钟九铁矿-550 m 水平大断面交岔点支护—注浆加固耦合技术方案

周磊, 朱文龙

2022, 51(09):  49-54. 

摘要 ( 92 )   PDF (1912KB) ( 454 )  

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钟九铁矿正进行-550 m 水平一期井巷开拓工程建设,为保障巷道安全掘进及临时支护的有效性,针对 -550 m 水平 6^#交岔点断面大、围岩破碎、裂隙发育的现状,提出了锚网喷+锚索联合支护及深浅孔—高低压耦合注浆加固的巷道围岩稳定性防控技术方案。在注浆加固过程中,首先利用浅孔—低压注浆技术将破碎围岩内的裂隙充填密实,使巷道周边围岩具有一定的抗压能力,提高深部围岩浆液的可注性;然后采用深孔—高压注浆技术将巷道顶板上部破碎围岩与稳固岩层形成整体结构,进一步提高支护体系的稳固性。利用理论计算与数值模拟相结合的方法确定了其支护参数,分析了注浆加固关键技术及施工工艺流程,实践成效显著,为后续大断面交岔点安全施工提供了技术支持。

岩巷掘进中电子雷管爆破振动信号的时频能量分析

孟彪, 殷浩杰, 陈辉, 佟晓勇

2022, 51(09):  55-62. 

摘要 ( 71 )   PDF (2121KB) ( 481 )  

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挂帮矿地下开采环节伴随着爆破活动的进行,容易导致最终边坡失稳,为探究振动信号的时频能量分布特征,评估振动危害,在和静县备战铁矿开展了多组测振试验。 对于监测所得振动数据,运用 Hilbert-Huang 变换 (HHT)法,并结合小波软阈值去噪,从时间、频率和能量的角度对该挂帮矿振动信号进行了分析,同时运用 EMD( Empirical Mode Decomposition)延期识别法和瞬时能量延期识别法,对电子雷管实际延期时间进行了识别。 分析结果表明:① 爆破能量主要集中在 0~ 200 Hz 频带范围内,主振频带为 0~ 50 Hz;② 爆破能量朝低频方向发展,在 0 ~ 10 Hz 频带内含有 51. 22%的能量,低频带内蕴含大部分能量,容易引发建(构)筑物自振,对挂帮矿边坡稳定性具有很大威胁;③ 在 0. 495 s 和 1. 119 s,即掏槽孔爆破和辅助孔爆破时产生较大能量,因此建议为掏槽孔设置空孔,并适当减小第 5 段辅助孔装药量;④ 在常规延期下,EMD 法和瞬时能量法的雷管段数识别率均为100%,对于实际延期时间的识别,EMD 法识别精度为 95. 2%,瞬时能量法仅为 82. 6%。 初步分析,这是因为 EMD 法自身进行的是不完全正交分解, 分析时容易造成模态间的混叠,致使识别精度无法达到 100%。

基于Dynamo的矿井巷道参数化建模

李雯静, 焦宇豪, 邱莉, 张馨心, 任大军

2022, 51(09):  63-70. 

摘要 ( 50 )   PDF (3073KB) ( 452 )  

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针对矿井巷道空间结构错综复杂的特点,提出了利用 Dynamo 可视化程序设计流进行三维设计建模的技术路线,研究了巷道中心线提取及巷道断面参数族构建方法,实现了当巷道断面发生变化时的快速建模。基于布尔运算的可视化程序,实现了水平、倾斜交岔巷道的相互贯通,同时,在建模过程中通过可视化编程进行参数调整可实现模型设计的动态修改,提高巷道三维模型的复用性。试验表明:Dynamo 可视化工作流能对建模过程进行精确控制,完成巷道三维模型的自动化构建,提高巷道建模的速度。

岩石结构面的浸水剪切蠕变特性及本构模型研究

刘洪磊, 杨晨, 刘溪鸽, 朱万成

2022, 51(09):  71-80. 

摘要 ( 57 )   PDF (3269KB) ( 468 )  

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针对浸水与自然状态下砂岩硬性结构面开展了分级加载剪切蠕变试验,试验通过单轴压缩形式实现结构面法向应力与切向应力的等比例加载。试验结果表明:在岩石结构面发生加速蠕变之前,分级加载的瞬时变形存在着随加载应力逐渐减小的趋势。基于 Norton-Bailey 模型与 Kachanov 损伤模型提出了一个新的考虑结构面粗糙度、浸水条件、剪应力与压应力之比等因素的改进 Norton-Bailey 蠕变剪切模型。 根据砂岩结构面剪切蠕变试验数据,分别拟合了浸水与自然状态下砂岩结构面蠕变剪切模型的参数。分析结果表明:所建立的改进 Norton-Bailey 蠕变剪切模型对于结构面的剪切蠕变结果具有较好的拟合效果,并可以反映结构面浸水弱化作用的影响。

轴向荷载下岩石剪切破坏时效损伤蠕变模型研究

高安森, 戚承志, 罗伊, 李长峰, 王彪

2022, 51(09):  81-86. 

摘要 ( 44 )   PDF (1429KB) ( 465 )  

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岩石蠕变滑移失稳是诱发断裂滑移型岩爆的主要原因之一,为了揭示岩石蠕变失稳过程的力学响应特征,文中通过理论分析和试验研究,分析了岩石剪切滑移失稳过程的蠕变增长模式和力学响应特征,建立了轴向荷载作用下的岩石剪切破坏时效损伤蠕变模型。 研究结果表明:该模型可以很好地描述岩石剪切滑移失稳过程的蠕变演化特征,也能够表征岩石不同蠕变演化阶段的力学响应差异;在轴向荷载作用下,岩石剪切滑移失稳过程具有明显的阶段化特征,存在典型的减速蠕变阶段、等速蠕变阶段和加速蠕变阶段;岩石蠕变增长速率受弹性模量和黏性系数等影响,也受时效损伤效应影响,尤其对于加速蠕变阶段影响显著,这是造成岩石非线性加速蠕变失稳的原因之一。

矿物工程

药剂的磁化处理对赤铁矿浮选的影响及机理研究

李凤久, 孔亚然, 赵留成, 贾清梅

2022, 51(09):  87-93. 

摘要 ( 61 )   PDF (2670KB) ( 455 )  

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为进一步明确磁化处理对浮选效果的影响规律及作用机理,以赤铁矿及石英为主要研究对象,探究磁感应强度、磁化时间、磁场位型等磁化处理工艺参数对浮选指标的影响,同时采用表面张力测试、电导率测试、Zeta 电 位分析等测试手段,从磁化处理对药剂与矿物的作用方面揭示了磁化处理药剂的作用机理。 在磁感应强度 150 mT、 磁化时间 6 min、1 号磁场位型(磁场梯度较高)的条件下磁化处理浮选药剂,赤铁矿回收率提高至 78. 27%,相较未磁化条件下,增加了 23. 62 个百分点;而石英回收率则基本不变,维持在较低水平。人工混合矿试验结果表明,在精矿 TFe 品位相近的情况下,磁化处理后精矿 TFe 回收率提高了 6. 75 个百分点。 磁化处理后溶液中油酸钠离子浓度增加,油酸根离子在赤铁矿表面的吸附增强,有利于赤铁矿和石英的浮选分离。研究结果对磁化浮选理论体系的建立有一定意义,可为磁化处理在赤铁矿浮选中的应用提供参考。

某金矿尼尔森重选试验研究

张明炜, 谭璐, 黄业豪

2022, 51(09):  94-99. 

摘要 ( 60 )   PDF (1593KB) ( 462 )  

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某金矿含金 4. 66 g/t,选厂采用单一浮选进行金的回收。矿石性质研究表明:矿石中金主要以裸露半裸露金的形式存在,0. 295~ 0. 074 mm 粒级的自然金产率高达 59. 82%,该部分金适合采用重选回收。为此,以尼尔森选矿机为重选设备,采用重—浮联合工艺开展选矿试验。确定适宜的尼尔森重选条件为:磨矿细度-0. 074 mm 占 45%、重力倍数 60 G、反冲洗水量 5. 5 L/min、给矿速度 500 g/min、给矿量 20 kg,该条件下重砂金的产率为 0. 048 9%、金品 位为 4 018. 14 g / t、金回收率为 42. 07%。 针对适宜条件下获得的重选尾矿,浓缩并磨矿至-0. 074 mm 占 65%,采用“1 粗 2 精 3 扫”浮选流程,闭路试验获得了产率为 7.60%、金品位为 32. 43 g / t、金回收率为 52. 78%的浮选金精矿,金总回收率为 94. 85%。产品粒度分析结果表明:尼尔森重选主要回收了+0. 097 mm 粒级产品,对细粒级产品回收能力有限。

磨矿方式对闪锌矿和黄铁矿浮选动力学影响研究

高恩霞, 张春, 李悦鹏, 罗建辉, 高瑞琢, 冉金城

2022, 51(09):  100-106. 

摘要 ( 55 )   PDF (2120KB) ( 453 )  

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为了研究磨矿方式对闪锌矿和黄铁矿浮选行为的影响,通过 6 种浮选动力学模型,分别考察了干磨、湿磨及磨矿时间下 2 种矿物的粒度组成及动力学参数。 结果表明,6 种动力学模型均表现出了良好的拟合效果。 氧化速率、磨矿方式、粒度组成共同决定了闪锌矿和黄铁矿的浮选表现。其中,黄铁矿较闪锌矿具更高的氧化速率及更低的浮选回收率。 湿磨产品较干磨更细,所有试验中-0.015 mm 微细粒级的产率最高,这有利于新生表面的暴露,并导致黄铁矿的快速富集,但同时释放更多 Fe³⁺,降低了闪锌矿的浮选速率。干磨产品粒度组成更粗且颗粒表面粗糙度更高,这促使闪锌矿和黄铁矿干磨后的 ε_∞ 值较湿磨更高。

聚天冬氨酸对白钨矿和方解石浮选分离的影响及其作用机理

谢加文, 付君浩, 韩海生, 陈占发, 龙冰, 李文恒, 徐涛, 吴江岳恩

2022, 51(09):  107-114. 

摘要 ( 60 )   PDF (2238KB) ( 485 )  

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白钨矿中方解石等含钙脉石矿物的存在制约着白钨矿浮选技术的进步,开发选择性强的高效抑制剂是解决此类问题的关键。以铅离子-苯甲羟肟酸( Pb-BHA)配合物为捕收剂,通过浮选试验及 Zeta 电位测试、XPS 分析等手段研究了聚天冬氨酸(PASP)的抑制效果,并结合浮选溶液化学及晶体化学计算进一步分析作用机理。 纯矿物试验结果显示:当 cBHA = cPb = 2. 0×10-4 mol / L、cPASP = 2 mg / L、pH = 10 时,白钨矿与方解石的回收率之差可达 70%以上, 表明 PASP 对方解石有选择性抑制作用。在此条件基础上开展人工混合矿试验,结果表明:PASP 能够在基本不影响回收率的前提下,大幅提高精矿 CaWO₄ 品位;当白钨矿与方解石的质量比为 1 ∶1 时,添加 2 mg / L 的 PASP 后精矿中 CaWO ₄ 的回收率和品位分别达到 95. 2%和 85. 0%。 Zeta 电位测试及 XPS分析结果证实 PASP 在方解石表面发生了强烈的吸附作用,改变了方解石表面电性及化学环境。晶体化学分析显示:聚天冬氨酸官能团与方解石表面钙质点的匹配度明显优于其与白钨矿的匹配度,从而导致了聚天冬氨酸对方解石的选择性抑制作用。

基于高压电脉冲技术的方铅矿石破碎试验研究

高鹏, 张洪浩, 袁帅, 张宁豫, 韩力仁, 秦永红

2022, 51(09):  115-120. 

摘要 ( 79 )   PDF (1753KB) ( 459 )  

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高压电技术破碎技术是一种新型晶界破裂技术,具有选择性破碎、污染小、无粉尘的优势。 为进一步完善高压电脉冲预处理技术体系,针对辽宁某方铅矿石开展高压电脉冲预处理试验,系统考察了球隙间距、输出电压及脉冲次数等参数对矿石破碎效果的影响。结果表明:对 7~ 5 mm、10~ 7 mm、12. 5 ~ 10 mm 这 3 种粒级原料,适宜的高压电脉冲预处理条件为:球隙间距 25 mm、输出电压 25 kV、脉冲次数 150 次,此时破碎产品-2 mm 粒级产率最高,平均破碎比和粒度分布均匀系数最优。此外,给料粒度越细,破碎产品粒度分布均匀系数越大,粒度分布范围越宽,产品粒度均匀性越差。机械破碎主要通过冲击剪切作用力来减小矿石的粒度,以实现矿物单体解离;而高压电脉冲破碎通过介电常数差异,破坏矿石的内部结构,相界面由此产生的大量裂隙和微裂隙有助于矿石的进一步解离破碎。

低品位钒矿硫酸化焙烧—浸出提钒工艺试验研究

邹凯, 肖军辉, 钟楠岚, 高德强

2022, 51(09):  121-125. 

摘要 ( 49 )   PDF (1506KB) ( 440 )  

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为实现某低品位钒矿中钒的有效提取,采用低温硫酸化焙烧预处理技术,强化含钒矿物伊利石在焙烧过程中晶体结构破坏和物相转变,为焙砂水浸提取钒创造有利条件。重点考察了焙烧温度、焙烧时间、原矿粒度、硫酸用量等因素对钒浸出率的影响及焙烧过程中的物相演变规律。 结果表明:在焙烧温度为 250 ℃ 、焙烧时间为 2 h,原矿 粒度为-0. 096 mm、硫酸用量为 40%的最佳焙烧条件下,钒浸出率可达 83. 64%。 原矿、焙砂及浸出渣的 XRD 分析结果表明:在硫酸和升温的协同作用下,原矿中铝硅酸盐矿物晶格被有效破坏,伊利石与硫酸反应生成了重钾矾和易于浸出的水钒钠矿,脉石矿物方解石则反应生成石膏,为水浸提取钒创造了有利条件。焙烧过程的热力学计算进一步验证了低温硫酸化焙烧—水浸提钒工艺的可行性。

云南某难选氧化锰矿石选矿试验研究

周永星, 孙晓妍, 宋宝旭, 袁经中, 马念宇, 王越, 祝亚, 黄恩铭

2022, 51(09):  126-131. 

摘要 ( 56 )   PDF (1550KB) ( 441 )  

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我国锰矿资源丰富,但存在原矿锰品位低、有用矿物嵌布粒度极细及脉石组分易泥化等问题,因此提高锰矿选矿技术水平有重要的实际意义。 以云南个旧某氧化锰矿石为研究对象,结合矿石性质,采用洗矿—脱泥—磁 选工艺流程开展选矿试验。 结果表明:①原矿锰品位为 6. 40%,锰主要以硬锰矿、软锰矿等氧化锰矿物的形式存在, 其中嵌布粒度为-0. 01 mm 的极微细粒氧化锰矿物产率较高。 ②采用洗矿—脱泥工艺,在搅拌强度为 2 000 r / min 的 条件下,通过实验室用水力旋流器可以脱除产率约为 69%的矿泥,为后续沉砂获得高品位的锰精矿创造了有利条件。 ③针对沉砂中的氧化锰矿物,采用 1 粗 1 扫的强磁选流程,分别获得了锰品位 29. 13%和 7. 86%的磁性物,实现了粗粒级锰矿物的高效回收;针对矿泥中的氧化锰矿物,采用 1 次粗选的强磁选流程,获得了锰品位 18. 07%的磁性物,实现了微细粒级锰矿物的综合利用。全流程试验可获得累计产率 16. 08%、平均锰品位 23. 78%、累计回收率 60. 21%的锰精矿,实现了该难选极低品位高含泥锰矿的高效综合利用。

湖南某含砷金矿的工艺矿物学研究

梁斌珺, 胡海祥, 邹尚, 唐丽群

2022, 51(09):  132-139. 

摘要 ( 66 )   PDF (4572KB) ( 455 )  

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湖南某地金矿石中含有较高的砷和碳,浮选所得金精矿中金的品位和回收率均较低,属难处理金矿的典型代表。 为充分了解该金矿石的性质以优化浮选指标,利用化学多元素分析、X 射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜 (SEM)、元素化学物相分析和矿物参数自动分析系统( MLA)等多种测试手段对矿石的工艺矿物学进行了系统的研究。 结果表明:矿石中有价元素金的平均品位为 3.40 g / t,有害元素砷和碳的含量分别为 0. 36%和 1. 42%;矿石中的金属矿物主要为银黝铜矿、白钨矿、黄铁矿、毒砂和菱铁矿等,非金属矿物以石英和绢云母为主,其次为高岭石、绿泥 石、蛇纹石等;矿石中的金矿物均为自然金,平均成色为 999. 5‰,主要呈角粒状和尖角粒状,其次为长角粒状,粒度小于 19 μm 者占 98. 95%,属微细粒金的范畴;在磨矿细度为-0. 074 mm 占65%的条件下,矿石中的单体及裸露金和硫化物包裹金的分布率分别为 5. 90%和 88. 79%,二者合计分布率为 94. 69%,即该磨矿细度下金的最大理论回收率。推荐的原则工艺流程为重选+浮选。

磨矿介质对氰化尾渣浸出提金效果的影响研究

王家奇, 李艳军, 余建文, 徐海龙, 张小龙

2022, 51(09):  140-145. 

摘要 ( 53 )   PDF (2157KB) ( 447 )  

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为对比陶瓷介质和铸铁介质搅拌磨矿对氰化尾渣中金浸出效果的影响,以中国黄金集团三和金业有限公司的金矿氰化尾渣为研究对象,开展了浸出提金试验。研究结果表明,在磨矿细度-6 μm 占 90%、JC 浸出剂用量 40 kg / t 及浸出时间 12 h 的条件下,采用陶瓷介质磨矿可获得浸出渣 Au 1. 29 g / t、浸出率 54. 45%的技术指标,采用铸铁介质磨矿可获得浸出渣 Au 2. 15 g / t、浸出率 39. 45%的技术指标。与传统铸铁介质磨矿相比,陶瓷介质磨矿条件下金的浸出率显著提高。 在陶瓷介质磨矿过程中加入 Fe³⁺后,金的浸出效果明显下降,表明 Fe³⁺的加入不利于金的浸出。 机理分析表明,铸铁介质磨矿过程中会产生Fe³⁺,Fe³⁺会在矿物表面形成羟基氧化铁( FeOOH),阻碍了 CN^-的扩散过程,恶化浸出环境,从而降低了金的浸出率。

地质与测量

南襄盆地泌阳凹陷含碱建造成因及找矿思考

燕长海, 马振波, 李肖龙, 裴中朝, 韩江伟, 郭波

2022, 51(09):  146-154. 

摘要 ( 121 )   PDF (1906KB) ( 458 )  

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南襄盆地泌阳凹陷不仅蕴藏着丰富的石油天然气资源,而且还赋存有目前亚洲第一、世界第三大天然碱矿床。 通过对已有地质、地球物理资料的综合分析,研究了形成碱矿所需的巨量物质来源以及盐(碱)矿、油气资源共生问题,讨论了含碱建造的形成背景及成因,分析了泌阳凹陷天然碱、石油天然气与邻区桐柏矿集区金属矿床之间可能的成因联系。 研究表明:南襄盆地是形成在特殊地质背景上的构造断陷盆地,深部软流圈地幔异常凸起,盆地内深大断裂发育。 泌阳凹陷的含碱建造中发现大量的热液矿物和幔源物质,其组分特征显示深部幔源热流体活动强烈。 整个含碱建造包括白云岩、盐(碱)、油气(或油页岩)的成矿物质主要来自幔源烃碱流体,是幔源烃碱流体经盆地内深大断裂向上运移进入盆地形成的,盆地深部应该有基岩油气藏。泌阳凹陷含碱建造中的油气、盐碱矿与桐柏矿集区金属矿产可能是在同一个完整的幔源流体成矿系统中形成的。

基于密集匹配点云的露天矿台阶线提取方法研究

王继野

2022, 51(09):  155-160. 

摘要 ( 47 )   PDF (3155KB) ( 449 )  

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台阶线是露天矿测量的主要对象之一,传统的全站仪、GPS 点式测量方法耗时长、劳动强度大、效率低, 而基于无人机点云的现代测量方法为台阶线高效提取提供了可能。基于无人机影像构建的密集匹配点云数据,提出 了一种自适应高程阈值的台阶线提取方法。 该方法首先通过邻域点云的协方差矩阵对地形条件进行判断,依据不同的地形自适应地选用不同的高程差阈值进行台阶线特征点提取,极大限度地减少误提取数量;然后,基于点云聚类分割后各点云簇中点的数量与高程特征对误提取的点云进行剔除,并采用三次 B 样条曲线对特征点进行拟合,较好完成了露天矿台阶线提取。试验表明:该方法可以高效地完成露天矿台阶线特征点提取,有效区分台阶线和道路边线特征点;同时依据特征点拟合出的曲线效果良好,真实反映了台阶线的实际位置。上述分析为露天矿台阶线高效测量提供了新的解决方法。

基于无人机航测技术的露天矿山爆堆形态分析

张兵兵, 李萍丰, 谢守冬, 陈光木, 陈晶晶, 黄东兴

2022, 51(09):  161-166. 

摘要 ( 109 )   PDF (3272KB) ( 483 )  

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露天矿山爆堆形态是爆破效果评价的重要组成部分。为了精准高效地评价台阶爆破的爆堆形态,明确相应的评价指标,采用了灵活性好的低空多旋翼小型无人机航测技术。以大宝山露天多金属矿山铁门 661 m 平台爆区为例,根据采场空间布局及精度要求,设置相对航高为 100 m,五向航摄模式下的旁向和航向重叠率均为 80%,爆区周边布设了 4 个像控点,采用 Smart3D 软件生成了台阶爆前爆后两期的三维可视化实景模型。三维模型误差较小,像控点高程中值误差为 2. 79 cm,均满足航测精度要求。通过 IData 软件进行点云和高程信息提取,得到了爆堆空间分布形态及尺寸参数,爆区拉裂范围较大且表面块度分区现象明显,认为与孔网参数设计、地质条件等有关。工程实践表明:无人机航测在爆堆形态分析方面具备一定的可行性,为台阶爆破效果分析提供了新思路。

机电与自动化

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

葛虎胜, 宫福会, 孙炎炎, 况锅明, 彭南竹, 梁超, 胡建华

2022, 51(09):  167-173. 

摘要 ( 102 )   PDF (2262KB) ( 468 )  

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经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以 5G 和 F5G 双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。 提出了基于双 5G 网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。 以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:① 高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用 5G 和 F5G 双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;② 智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;③ 以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。

矿用防爆辅运车辆自动驾驶线控转向系统研究

陈永峰, 韦建龙

2022, 51(09):  174-179. 

摘要 ( 63 )   PDF (2046KB) ( 447 )  

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针对《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中提及的 2025 年大型煤矿要基本实现智能化,井下重点岗位机器人作业,实现智能无人化辅助运输的指导意见,结合智能控制技术、路感信息形成及反馈技术、多传感器信息融合技术,开发了一套煤矿辅运车辆自动驾驶线控转向系统。详细分析了基于转角偏差 PI 控制技术线控转向系统的组成和实现方法,以目标转角和实际转角的偏差为信号,通过 PI 闭环控制技术精确控制转向轮偏转方向和角度,使得系统输出能够平稳、精准、快速地跟随指令目标转角,进而实现车辆自动驾驶精准转向控制。 通过搭建辅运车辆自动驾驶线控转向平台进行了模拟试验,试验结果表明:基于转角偏差 PI 闭环控制技术的线控转向系统响应快速,转向误差约 2°,超调较小,能够实现辅运车辆自动驾驶转向精准控制和自动纠偏,为实现互联网+科学开采的未来少人(无人)采矿提供了技术路径。

基于 Unity3D 的三维虚拟化构造产状测量系统研发

彭思元, 李晓晖, 袁峰, 彭辉, 孟繁荣, 陈守文, 丰效坤

2022, 51(09):  180-187. 

摘要 ( 64 )   PDF (3015KB) ( 488 )  

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构造结构面产状量测是地质调查研究的重要工作之一,面对高陡边坡、岩性不稳定等不易到达的区域, 传统测量方法存在的安全性差、测量效率低等问题,亟待采用无人机与三维虚拟化等方法进行解决。Unity3D 平台应用广泛,近年来已逐步应用于地质相关工作,但以往研究工作多面向于三维可视化,对于进一步应用其开展三维地质测量等工作的研究较为薄弱。 针对三维虚拟化构造产状测量方法进行了研究,并基于 Unity3D 平台设计开发了三维虚拟化构造产状测量软件系统,系统实现了基于三维实景模型的构造产状三维量测以及地质编录、构造解译图件自动化绘制等实用功能。 实例研究表明:基于 Unity3D 的三维虚拟化构造产状测量系统开发、使用便捷,配合9点位量 测法结合去四分位数后求均值的平差方法测量效果更优,可有效降低测量误差;测量结果与传统实地产状测量结果一致性较好,误差均控制在 5°以内,可满足工程应用的基本要求;相关方法和软件系统可以显著降低野外实测工作难度,在保证量测精度的同时提高量测效率。

基于混合现实的地下矿山设备巡检系统研究

马新博, 荆洪迪, 柳小波, 于健洋, 孙效玉

2022, 51(09):  188-193. 

摘要 ( 53 )   PDF (1955KB) ( 442 )  

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针对地下矿山设备巡检人员技术能力不足和巡检流程复杂,导致的巡检效率低、周期长和检修指导流程复杂等问题,设计了一种基于混合现实技术的地下矿山设备巡检系统。 该系统基于混合现实设备,通过 Unity3D 平台搭建混合现实虚拟开发环境,建立真实设备三维模型和标准检修意见指导库,实现了巡检路径导航以及设备信息管理、设备模型展示、检修意见指导和待检部件标记等功能。 阐述了该巡检系统的框架设计和功能,总结了模型建立过程和关键技术,以眼前山铁矿破碎机为例,从用户体验和性能相协调等角度对系统进行了综合测试。 应用结果表明:该系统简化了传统巡检繁琐的工作流程,降低了巡检人员工作的复杂程度,有效提升了巡检效率并具有良好的人机交互性。

安全与环保

采空区通地表漏风状态下的矿井诱导通风系统研究

聂兴信, 高建, 郭进平, 付小艳, 赵好瑞

2022, 51(09):  194-200. 

摘要 ( 49 )   PDF (2019KB) ( 460 )  

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承德铜矿采用有底柱分段崩落法开采,随着地下矿山开采进展及采空区增大,出现采空区通地表漏风现象,受采矿方法所限,漏风通道不能通过充填、封堵且与地表相通,对矿井通风系统的稳定性影响非常严重。通过分析该矿山采空区漏风特点,建立了采空区通地表三维物理模型,并基于 Fluent 软件对采空区通地表漏风风速流场规律进行了数值模拟。研究表明:采空区通地表漏风条件下,工作面及采空区流场的分布在各方向上具有明显的分区规律。漏风采空区通道距工作面越近,对工作面风流影响越大,采空区风流趋向一定的规律向回风巷道移动;当漏风速度较小时,在漏风通道和工作面的采空区风流大致呈“U”形流动,越靠近工作面风流越大。根据上述分析,提出利用通地表采空区回风,将漏风通道加入通风网络中,在风向最易改变点来诱导通地表采空区回风,形成诱导通风系统, 重建通风系统动态模型。针对控制采空区漏风的通风网络进行了诱导通风研究,较好地解决了采空区漏风问题。上述研究反映出,将采空区作为通风回路的诱导通风网络并重新优化通风网络,是解决采空区漏风控制问题的有效手段。

偃龙矿区奥陶系强岩溶含水层底板注浆改造技术

任金武, 高家平, 姬红英, 张盼

2022, 51(09):  201-208. 

摘要 ( 49 )   PDF (1702KB) ( 441 )  

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偃龙矿区地处豫西地区,矿井深部开采二1 煤层受奥陶系强含水层岩溶裂隙水威胁,奥灰水压不断增高,煤层底板构造发育、隔水层不稳定等突水因素影响了安全回采。通过水文地质资料分析与瞬变电磁技术进行底板富水性探测,建立了底板注浆改造深度精确计算模型,提出了偃龙矿区二1 煤层底板注浆改造水害防治技术,并进行了工业性试验。结果表明:12061 工作面底板分布有 3 种类型富水异常区,富水异常区域岩层节理、裂隙较为发育, 异常区覆盖工作面底板大部,工作面底板存在突水危险性;菱形钻孔布置有利于减小孔间距,最终确定底板注浆改造深度为 65 m、注浆压力为 9 MPa 与注浆扩散半径为 25 m,对太原组下段及奥陶系灰岩含水层注浆变含水层为相对隔水层,切断了底板奥陶系灰岩含水层与二1 煤层的水力联系;底板注浆封堵后,检验孔水量不大于 10 m³ / h,钻孔孔壁光滑,原 5 个富水异常区消失,注浆改造效果显著。

长江干支流历史遗留矿山生态修复模式及存在问题分析———以四川省为例

魏鹏, 王大国, 刘云, 余晨, 李甜

2022, 51(09):  209-215. 

摘要 ( 52 )   PDF (10974KB) ( 454 )  

相关文章 | 计量指标

为推进国家生态文明建设,国家自然资源部、各省级自然资源厅相继出台相关政策文件,明确要对长江流域等重点区域历史遗留矿山进行生态修复。为探析历史遗留矿山生态修复中存在的问题、总结其生态修复模式, 在对四川省已经开展的近 1 000 座历史遗留矿山生态修复现场调研的基础上,结合国家、地方相关政策文件,阐述了长江干支流历史遗留矿山生态修复内涵,归纳了四川省历史遗留矿山采场边坡、采场底部平台及工业广场、排土场等主要生态修复模式,总结了四川省历史遗留矿山生态修复经典案例,剖析了四川省历史遗留矿山生态修复过程中存在的修复图斑范围、修复方向不准确,耕地概念不清楚,重地灾治理、轻生态修复,工程措施布置不合理等问题,以期为今后历史遗留矿山生态修复工作提供参考。

四川某尾砂充填材料物理性能及其重金属稳定性研究

候普尧, 傅开彬, 查威, 廖飞, 邓全淋

2022, 51(09):  216-222. 

摘要 ( 49 )   PDF (2833KB) ( 443 )  

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为查清四川某尾砂充填材料理化特性和重金属毒性,以尾矿和普通水泥为原料制备井下充填材料,采用全因子试验探究尾砂粒径及灰砂比对试样物理性能及重金属稳定性的影响,SPSS 软件进行回归分析充填材料流动度和抗压强度,运用 XRD、FTIR 和 SEM 等分析方法,揭示充填材料水化反应过程及其重金属固化机理。 试验结果表明:尾砂粒度越粗,灰砂比越大,尾矿充填料的抗压强越大,易满足井下充填材料的强度要求,但尾砂粒度过大时,片状或棱型等不规则形状颗粒导致充填料流动性能降低;粗粒级尾砂充填料水化反应充分,水化产物与重金属离子相互作用,通过沉淀、静电吸附、离子置换作用等,将重金属滞固在充填材料中,重金属浸出毒性至少满足地下水Ⅲ 类水质要求。 因此采用水泥为胶凝材料,制备尾砂井下充填材料的理化特性和重金属稳定性均满足要求。

中低品位菱镁矿煅烧产物硫化氢脱除性能研究

李东亮, 王康军, 李运甲, 郑玉华, 许光文, 崔彦斌

2022, 51(09):  223-229. 

摘要 ( 52 )   PDF (2178KB) ( 444 )  

相关文章 | 计量指标

中低品位菱镁矿因难以直接利用而大量堆积,制备高温脱硫剂是其资源化利用的有效途径之一。 研究 了不同煅烧温度和煅烧时间下煅烧产物的脱硫性能,并通过 XRD、SEM、BET 表征产品的晶粒尺寸、比表面积及孔径等性质,从微观角度分析 H₂S 脱除机理。 在煅烧温度 750 ℃和煅烧时间 30 min 的条件下,煅烧产物的比表面积可达 168. 42 m² / g、平均孔径为 4. 44 nm,且晶粒尺寸较小(9. 10 nm)。 将此条件下获得的煅烧产物用于脱硫,在吸附温度 500 ℃ 、空速 7 200 h^-1 的工况下,H₂S 穿透时间为 162 min,穿透硫容可达 14. 75 mg / g。 研究结果为中低品位菱镁矿的资源化利用提供了新途径。

综合利用

磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度和水化特性研究

刘冬梅, 王玮琦, 彭艳周, 史宏宇, 李东升, 王斌

2022, 51(09):  230-237. 

摘要 ( 84 )   PDF (2213KB) ( 515 )  

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为实现磷石膏、磷渣固废材料的再生利用,提高工业固废的利用率,以磷石膏、磷渣作为主要原料,采用水玻璃、水泥熟料和磷石膏共同激发磷渣活性制备磷石膏—磷渣基复合胶凝材料。 分别探讨磷石膏掺量、水玻璃掺量和磷渣粉磨制度对磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度的影响;并运用 SEM、XRD 分析磷石膏—磷渣基胶凝材料硬化体的微观结构及组成形貌。结果表明:磷石膏掺量低于 50%时,复合胶凝材料各龄期强度与磷石膏掺量成反比;当 m(磷石膏) ∶ m(磷渣) ∶m(熟料)= 20 ∶72 ∶8,水玻璃掺量为 1. 5%时,胶凝材料 28 d 抗压、抗折强度均达到最大值,分别为 43、6. 3 MPa; 较单独粉磨磷渣与水泥熟料而言,混合粉磨制度会产生“微介质效应”,有利于提高复合胶凝材料强度;复合胶凝材料主要水化产物为 C—S—H 凝胶与钙矾石,钙矾石与未溶解的磷石膏作为骨架被生成的 C—S—H 凝胶包裹、充填、交织在一起,形成致密结构;复合胶凝材料用于替代水泥作为矿区充填材料时推荐磷石膏掺量为 20% ~ 40%。

碱激发赤泥基可控低强度材料的制备与性能研究

宋迪, 庞来学, 杨达, 卢明阳, 赵永强, 陈仁山

2022, 51(09):  238-243. 

摘要 ( 42 )   PDF (2152KB) ( 444 )  

相关文章 | 计量指标

以赤泥、粉煤灰以及矿粉为原材料,NaOH 为激发剂、聚羧酸减水剂为分散剂制备了可控低强度材料,研究了不同赤泥、粉煤灰配比下材料的工作性能和力学性能。当赤泥与粉煤灰的质量比为 2 ∶ 1、矿粉的掺量为 10%, NaOH 掺量为 1. 5%时,拌合物流动度最高为 236 mm,试件 28 d 的无侧限抗压强度最大为 6. 5 MPa,满足可控低强度材料的规范要求。利用 XRD、FTIR、SEM 探究了可控低强度材料的矿物组成、微观结构,结果发现赤泥、粉煤灰以及矿粉在 NaOH 作用下水化形成了 C—S—H、钙矾石(AFt)以及少量水化硫铁酸钙、C₄AF;材料的强度发展与水化产物的絮状、蜂窝状以及片状结构密切相关。研究结果为工业固废在可控低强度材料领域的规模化应用提供了新的技术途径。

低品位锂辉石对铝矾土尾矿制备莫来石基复相陶瓷的影响

杨帆, 王淇, 闵鑫, 房明浩, 黄朝晖, 刘艳改, 吴小文, 米瑞宇, 刘长淼, 刘玉林, 黄妃慧

2022, 51(09):  244-250. 

摘要 ( 44 )   PDF (2126KB) ( 452 )  

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在铝矾土尾矿减量消纳利用制备陶瓷材料的基础上,探究低品位锂辉石的助熔作用对制备莫来石基复相陶瓷的影响。在配料—混料—干燥—成型—烧结的制备工艺过程中外加低品位锂辉石,探究外加剂含量(0%、2%、 5%、10%)和烧结温度(850、900、950 ℃ )对莫来石基复相陶瓷物相行为、显微形貌和力学性能的影响规律。 结果表明,经低温烧结制得莫来石基复相陶瓷的主要物相为石英、莫来石、刚玉,提高烧结温度在热力学和动力学方面均有利于莫来石的形成;锂辉石的助熔作用可增加试样中的莫来石和刚玉等优质耐高温物相,在微观形貌上起到支撑骨架作用,有利于提高试样的力学性能;外加 10%低品位锂辉石时,在 950 ℃ 温度下保温 2 h 获得试样的常温抗压强度为 47. 0 MPa、体积密度为 1. 77 g / cm³。