当期目录

2022年 第51卷 第556期    刊出日期：2022-10-15

上一期   

采矿工程

全尺寸锚杆剪切试验装置研究现状及发展趋势

张豪, 徐帅, 纪旭波, 杨正明, 郭玟志, 孙星

2022, 51(556):  1-9. 

摘要 ( 109 )   PDF (4054KB) ( 267 )  

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锚杆支护技术对深部资源开采及岩石工程稳定性控制具有重要意义。 随着对岩体工程灾害认识的加 深和锚杆研究的深入,锚杆径向抗剪性能及剪切荷载下的锚杆破坏逐渐得到学者们重视。 首先阐述锚杆剪切的工程 背景、定义、原理及研究目的,讨论了现场全尺寸、室内缩尺、室内全尺寸锚杆剪切试验的优缺点,并按照装置剪切面数 量将室内全尺寸锚杆剪切装置分为锚杆单面剪切装置和双面剪切装置。 其次,介绍每类剪切装置的结构组成、工作 原理和典型实例及应用,并分析其优缺点。 最后,基于现状分析与总结,提出全尺寸锚杆剪切装置应模拟真实工况,同 时具备静力学单双剪切以及可以开展复杂条件下锚杆剪切研究的发展方向。 本研究可对锚杆抗剪性能研究及全尺 寸锚杆剪切装置研发提供参考。

真三轴压缩下硬岩破裂过程超声波演化特征

周建华 , 杨成祥, 孔瑞, 陈祥艳

2022, 51(556):  10-15. 

摘要 ( 59 )   PDF (2143KB) ( 143 )  

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为研究真三向应力下硬岩破裂过程 3 个主应力方向超声波波速变化规律及其与岩石破裂的关系,对云 南砂岩开展了一系列真三轴试验,获得了砂岩破裂过程中 3 个主应力方向的波速变化特征,发现了 3 个方向波速具有 明显差异,主要表现在三个方面:最大波速、波速初始下降时的 σ1 和峰后波速变化特征。 波速分析表明,最小主应力 方向波速最能够反映岩石破裂过程。 将基于最小主应力方向波速计算的损伤变量与裂纹体应变进行了对比分析,发 现损伤变量能较好地反映岩石破裂演化过程。 为了更好地描述岩石破裂演化过程,用 Power 函数拟合了岩石破裂增 长阶段损伤变量的演化曲线,建立了多阶段破裂演化方程。 试验数据拟合结果表明,该方程与试验数据拟合良好。

基于声发射 RA-AF 值识别不同岩爆倾向性灰岩破裂特征

刘健, 王晓军, 徐莎莎, 陈青林, 曾强, 张河

2022, 51(556):  16-23. 

摘要 ( 81 )   PDF (3494KB) ( 118 )  

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岩爆已成为深部工程开挖中普遍关注的地质灾害之一,针对某铜矿竖井开拓及深部回采过程中可能诱 发的岩爆灾害,对取自同一地质钻孔不同埋藏深度的灰岩岩芯试样开展单轴加载声发射试验及单轴加卸载试验,基 于多重岩爆倾向性判据综合评价不同埋深灰岩岩样的岩爆倾向性强弱等级,结合声发射 RA-AF 值演化特征及宏观破 裂形貌识别不同岩爆倾向灰岩的破裂特征。 研究结果表明:同一钻孔灰岩的岩爆倾向性强弱程度随着埋深梯度的增 加逐渐增强;随着岩爆倾向从无—弱—中等—强,单轴加载过程灰岩 AF 值整体呈减小趋势,而 RA 值呈增大趋势,RAAF 值分布由原点集中型向逐渐贴近 RA 轴演变;不同岩爆倾向灰岩宏观破裂形态与 RA-AF 值识别结果具有一致性, 岩爆倾向性愈强剪切破坏作用愈显著,破裂形态由张拉破坏为主转为以张剪破坏为主。 研究结果可为深部开采岩爆 破坏形式以及岩爆灾害的预防提供理论依据。

旋压钻进破岩的应力特征研究

徐振洋, 吴怡璇, 王雪松, 刘鑫, 郭连军, 柴青平

2022, 51(556):  24-29. 

摘要 ( 42 )   PDF (2580KB) ( 85 )  

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准确获取岩石钻进细观参数是评价研磨和可钻性的有效方法。 针对圆柱平底刚性钻头,利用 ABAQUS 软件建立钻头旋压岩石的相互作用模型。 基于 Drucker-Prager 本构模型以及岩石的试验力学参数,分析了岩石表面单 元发生破坏时钻头对岩石径向应力和轴向应力分布规律,对钻头与岩石接触的中心位置和边缘位置的应力变化进行 分析。 结果表明:岩石与圆柱形钻头接触部分的边缘点失效早于中心点,中心点破坏时的峰值应力大于边缘点,钻头 进尺位移达到 0. 060 3 mm 时岩石中心点发生破坏,岩石在旋压作用下的应力是静态压入时的 5 倍,岩石轴向应力有 效传递范围为 16 mm,径向应力呈对称性分布,中心点处应力最小为 17. 74 ~ 23. 55 MPa,0. 533 倍的应力半径达到峰 值为 51. 31 MPa,约为砂岩抗压强度的三分之二。 研究成果为圆柱平底刚性钻头旋压钻进岩石的耐磨性和可钻性评 价提供理论基础。

凝灰岩地层全断面机械破岩岩渣特性分析

严良平, 齐保卫, 吕旦, 周浩, 葛家晟, 张兵

2022, 51(556):  30-35. 

摘要 ( 24 )   PDF (2296KB) ( 76 )  

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立井全断面掘砌装备与施工技术的研究对深地资源开发和国家能源安全具有战略意义。 以国内首次 成功应用全断面立井掘进机的浙江宁海抽水蓄能电站通风立井建设项目为依托,采用数值图像处理技术,对凝灰岩 地层中机械破岩所得到的岩渣进行分析,获取了岩渣结构特征及分布的量化指标。 在此基础上,对竖井掘进机破岩 过程中存在的问题进行进一步分析,并对其改进方向进行了探讨。 结果表明,在破岩过程中产生相当数量的岩粉,表 明在掘进过程中有部分岩渣存在反复研磨的现象。 机械破岩条件下岩渣长度大多分布在 1~ 7 cm,岩渣长宽比集中分 布在 1~ 4,岩渣面积基本在 20 cm2 以内。 研究对提高我国地下施工装备制造水平,增强竖井掘进机的自主研发制造 能力有重要意义。

深部硬岩条件下水胀式锚杆锚固性能研究

杨尚欢, 刘再涛, 朱乾坤, 赵兴东

2022, 51(556):  36-40. 

摘要 ( 43 )   PDF (2000KB) ( 97 )  

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深部围岩控制是深部开采研究领域的热点和难点问题之一。 考虑到水胀式锚杆具有安装便捷、安装速 度快、对爆破振动不敏感及抗岩爆等特点,探索将水胀式锚杆应用于深部巷道支护领域。 应用理论分析硬岩条件下 水胀式锚杆接触力特征。 在三山岛金矿西山矿区-945 m 水平进行工业性试验,通过拉拔试验和杆体内水压监测研究 水胀式锚杆锚固性能。 研究发现硬岩条件下水胀式锚杆的拉拔力普遍高于管缝式锚杆,水胀式锚杆拉拔力的平均值 为 100. 10 kN;水胀式锚杆杆体内水压较为稳定,说明水胀式锚杆在硬岩条件下工作性能稳定且可靠,同时杆体内水 压升高可为采动应力变化的监测提供一定程度的参考。

白象山铁尾矿微粉对水泥基灌浆材料性能影响研究

翁金红, 王荣林, 李子一, 王 欢, 刘娟红, 刘倩影

2022, 51(556):  41-47. 

摘要 ( 34 )   PDF (1585KB) ( 89 )  

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利用白象山铁尾矿微粉替代部分水泥与粉煤灰制备水泥基灌浆材料,研究了铁尾矿微粉的掺入对灌浆 材料流动性、力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响。 结果表明:铁尾矿微粉掺量越大,灌浆材料的流动性与力学性能 越差;掺入铁尾矿微粉有利于灌浆材料后期强度的发展;铁尾矿微粉的替代率为 23%时,灌浆材料的初始流动度和 30 min 流动度分别为 18. 83 s 与 25. 27 s,7 d 和 28 d 抗压强度分别为 39. 51 MPa 与 57. 53 MPa,7 d 和 28 d 抗折强度分别 为 9. 6 MPa 与 11. 2 MPa,满足水泥基灌浆材料标准;掺入铁尾矿微粉可以提高灌浆材料的抗硫酸盐侵蚀性能。 研究 成果对今后铁尾矿微粉的利用以及水泥基灌浆材料的发展具有一定的参考价值。

水泥基和矿用碱激发胶凝材料性能差异化分析

涂博, 纪宪坤, 王海龙, 刘勇, 从金瑶, 郑树刚

2022, 51(556):  48-56. 

摘要 ( 36 )   PDF (3246KB) ( 86 )  

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选用碱Ⅰ(含硫酸盐)和碱Ⅱ(不含硫酸盐) 2 种矿山充填用碱激发材料和水泥分别进行净浆、标准胶 砂、充填尾砂力学性能对比,并通过 XRD、SEM 和 EDS 面扫分析 3 种材料宏观性能产生差异化的原因。 在相同试验条 件下,PO42. 5 水泥在净浆和标准胶砂中力学性能优于矿用碱激发类材料;但在充填尾砂试块中,碱激发胶凝材料力学 性能远超过水泥。 水化产物种类、C—S—H 凝胶结构以及矿物相互搭接构造是导致水泥基和 2 种碱激发材料净浆性 能差异化的主要原因。 在尾砂试块中,各胶凝材料主要的强度来源为 AFt 和 CaSO4 ·2H2O,AFt 的数量、结晶形态和 尾砂的协同作用决定了充填试块力学性能的优劣。 通过上述研究,明确了矿用碱激发胶凝材料性能改进的方向,进 一步降低矿山充填胶凝材料成本。

临近闭坑露天矿境界优化研究

刘清福 , 胡少华 , 张耀铭, 郭泽锋

2022, 51(556):  57-62. 

摘要 ( 38 )   PDF (2028KB) ( 92 )  

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露天矿终了境界圈定结果的优劣直接决定了矿山的整体经济效益,露天矿境界优化工作是一个受金属 价格、生产成本、边坡角影响的动态优化过程。 临近闭坑露天矿的境界优化工作受到较多因素的制约,境界优化工作 较为复杂,其特殊性就在于部分边帮已靠帮。 对于已靠帮区域是否值得再扩帮,获得经济效益最优的境界优化结果, 一直是矿业领域重要的技术问题。 为此,以国外某矿山为研究案例,深入研究临近闭坑的境界优化工作,通过在 Whittle 软件中对开采区域添加约束条件,控制开采范围,从而获得采场上部已靠帮并段区域扩帮与不扩帮的境界优化结 果。 对比分析优化结果,得到结论:不扩帮的境界优化结果好于扩帮的境界优化结果,采矿量多 230 万 t,剥采比低 0. 2 t / t,净现值高 2 500 万美元。 且扩帮的境界优化结果存在可执行性较低的问题,基于目前的金属价格情况下,且 考虑到矿山服务年限较多,金属价格相对稳定,因此,通过综合对比分析,确定上部不扩帮的境界优化方案为最优优 化方案。

矿物工程

浮选颗粒-气泡脱附机理研究进展及展望

杨陈仪敏, 何琦, 张怡晴, 丁世豪, 邢耀文, 桂夏辉

2022, 51(556):  63-70. 

摘要 ( 141 )   PDF (3873KB) ( 102 )  

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浮选颗粒-气泡矿化包括碰撞、黏附以及矿化气絮体升浮 3 个子过程,部分目的矿物会在矿化气絮体升 浮过程中发生脱附,降低目的矿物浮选回收率,这也是粗颗粒浮选效率较低的根本原因。 深入理解颗粒-气泡的脱附 机理一直是浮选领域的研究热点与难点,更是实现粗颗粒浮选强化的前提条件。 围绕矿浆相、泡沫相以及矿浆-泡沫 相界面区 3 个脱附区域,综述了颗粒-气泡脱附机理最新的研究进展,以期为粗颗粒浮选强化提供理论指导。 湍流与 气泡兼并脱附分别是颗粒在矿浆相和泡沫相中发生脱附的主要机制,而矿浆-泡沫相界面区颗粒脱附机理尚存在争 议,一种观点认为矿化气絮体撞击界面时动能的改变导致脱附,另一种观点认为界面处气泡兼并引起的气泡振荡才 是脱附的主要原因,该区域的脱附机理尚需进一步探索。 最后提出了未来颗粒-气泡脱附机理研究的发展方向,包括 矿浆相多种脱附机制协同作用、宽粒级物料的原位脱附过程及其粒度匹配效应、矿化气泡在相界面处碰撞及兼并脱 附过程的能量演化竞争机制。

辛基羟肟酸在氟碳钙铈矿表面吸附的密度泛函理论研究

王介良, 刘龙, 程泽宇, 曹钊

2022, 51(556):  71-78. 

摘要 ( 24 )   PDF (3676KB) ( 71 )  

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基于密度泛函理论( DFT),利用 Material Studio 软件的 CASTEP 模块,对氟碳钙铈矿(100)面的表面性 质,如能带、态密度及电荷密度进行了分析,对捕收剂辛基羟肟酸(OHA)在氟碳钙铈矿(100)面的吸附构型进行优化, 并计算其吸附能。 DFT 计算结果表明:氟碳钙铈矿为半导体,(100)面是氟碳钙铈矿的优先解离面;经过优化,氟碳钙 铈矿(100)面弛豫较小,表面导带与费米能级相连,表明金属特征明显,表面电化学活性较强;由于断键的形成和电荷 的再分配,(100)面 Ce、Ca 原子活性增强,成为荷正电的活性位点;OHA 阴离子在氟碳钙铈矿(100)面 Ce、Ca 位点形 成的稳定吸附构型均为单核双配位吸附构型,吸附能分别为-674. 59 kJ / mol 与-507. 19 kJ / mol;与 Ca 位点相比,OHA 与 Ce 位点形成五元螯合物构型吸附能更低,构型更稳定;OHA 阴离子与氟碳钙铈矿表面 Ce 位点吸附能力强于 Ca 位 点,OHA 捕收剂将优先在氟碳钙铈矿表面 Ce 位点进行吸附。

极性基电性不同的 3 种辅助捕收剂对十二胺体系中石英可浮性的影响研究

谭锐, 韩聪, 敖钰鑫, 柴龙, 孔令豪, 沈岩柏, 宋涛

2022, 51(556):  79-87. 

摘要 ( 44 )   PDF (1826KB) ( 154 )  

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组合浮选药剂是利用不同浮选药剂组合后产生的协同效应实现更好浮选性能的一类浮选药剂,是选矿 药剂的重要研究方向之一。 选取非离子型的正辛醇、阴离子型的十二烷基磺酸钠和阳离子型的十六烷基三甲基溴化 铵 3 种价格低于十二胺的浮选药剂,分别考察各药剂对石英在十二胺体系中可浮性的影响。 结果表明:3 种药剂均能 与十二胺产生协同作用;使用相同用量的 3 种药剂分别与十二胺组成组合捕收剂浮选石英,可获得与单独使用十二胺 相近的浮选效果;3 种药剂与十二胺在石英表面均发生了共吸附;原子力显微镜分析结果显示,组合捕收剂吸附后石 英表面形貌与单独使用十二胺浮选时相似;分子模拟结果显示,3 种组合捕收剂以及单一十二胺在石英表面吸附形成 的疏水膜的厚度大小顺序为十六烷基三甲基溴化铵+十二胺>单一十二胺>十二烷基磺酸钠+十二胺>正辛醇+十二 胺,稳定性大小顺序为十二烷基磺酸钠+十二胺>单一十二胺>十六烷基三甲基溴化铵+十二胺>正辛醇+十二胺。

横向注液条件下离子吸附型稀土堆体渗透特性模型试验研究

熊永柱, 刘壮, 兰春雨, 鞠炜, 杨建华, 张小波

2022, 51(556):  88-94. 

摘要 ( 16 )   PDF (2295KB) ( 66 )  

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针对传统离子吸附型稀土堆浸工艺顶部注液延迟植被修复的难题,提出了一种横向注液、适应植被修 复的新型堆浸结构,并采用室内模型试验研究了横向注液条件下离子吸附型稀土的颗粒运移规律及渗透特性,分析 了堆置时不同粒径颗粒组合对堆体渗透特性的影响。 结果表明,横向注液条件下,离子吸附型稀土矿细颗粒的迁移 和渗出导致稀土堆体的渗透性呈现“两端大、中间小”的空间分布不均匀性;随着浸矿液注液压力逐渐增加,渗透系数 呈现出稳定、逐渐增大、再稳定和再次增大的变化过程;不同粒径颗粒组合对横向注液条件下离子吸附型稀土堆体的 渗透性具有显著的影响,粗-细颗粒组合情况下细颗粒易发生迁移且难以沉积,易形成优势渗流通道,不利于稀土离 子浸取,反之,中-细颗粒组合对离子吸附型稀土堆体的浸取最为有利。

新型捕收剂 DXY 对石英的浮选及泡沫性能研究

朱一民, 马玉宁, 杨雪莹, 谷晓恬, 李文博

2022, 51(556):  95-100. 

摘要 ( 40 )   PDF (1556KB) ( 84 )  

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针对阳离子型捕收剂在石英的浮选过程中存在浮选泡沫过黏的问题,研制了 2 种新型药剂 DXY-1、 DXY-2,并通过浮选试验、泡沫性能测试试验、表面张力检测和黏度检测对 DXY-1、DXY-2 与十二胺浮选效果和泡沫性 能进行了对比研究。 石英单矿物试验结果表明,在十二胺、DXY-1、DXY-2 的不同药剂体系下,石英的回收率分别达到 95. 57%、93. 97%和 78. 52%,表明 DXY-1 与十二胺对石英的浮选均具有良好应用效果。 而气-液-固三相体系下泡沫 性能测试结果表明,DXY-1 的发泡量弱于十二胺,但其单位体积带矿量强于十二胺。 结合表面张力和黏度测试结果 分析可知,复配药剂 DXY-1、DXY-2 比十二胺组成更复杂,分子间的作用力相对较弱,故气体容易透过液膜,易与其他 气泡发生兼并,使得泡沫更易消散,从而改善浮选效果;而且复配药剂的溶解度较高,且适宜浮选的 pH 值范围较广, 更适用于工业生产。

黑龙江某矽卡岩型铅锌伴生银矿石选矿试验

许洪峰, 牛艳萍

2022, 51(556):  101-106. 

摘要 ( 42 )   PDF (1563KB) ( 66 )  

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为高效开发利用黑龙江省某矽卡岩型铅锌伴生银矿石,在工艺矿物学研究的基础上,对其进行了选矿 试验研究。 矿石含铅 1. 64%、含锌 3. 53%,是试验回收的主要元素,伴生银含量 101. 10 g / t,可综合回收。 矿石结构主 要为他形粒状结构,其次为交代结构和包含结构,矿石构造主要为浸染状构造、块状构造和细脉状构造。 矿石中铅主 要以方铅矿形式存在,分布率为 66. 23%,锌主要以闪锌矿形式存在,分布率为 81. 45%。 采用铅优先浮选流程,在磨 矿细度为-0. 074 mm 占 81%的条件下,以硫酸锌和生石灰为抑制剂、乙硫氮为捕收剂,经 1 粗 1 精选铅,得到铅品位 65. 32%、银品位 1 120. 00 g / t、铅回收率 73. 14%、银回收率 18. 17%、含锌 4. 30%、锌回收率 2. 06%的铅精矿,选铅尾矿 以硫酸铜为活化剂、丁胺黑药为捕收剂经 1 粗 2 精 1 扫选锌,获得了锌品位 51. 36%、银品位 262. 00 g / t、锌回收率 86. 03%、银回收率 14. 85%、含铅 2. 52%、铅回收率 9. 78%的锌精矿。 试验结果可为该矿地质评价和同类型矿石开发 利用提供参考依据。

红土镍矿与赤泥氯化还原焙烧协同制备镍-铁精矿

高德强, 肖军辉, 李成秀, 钟楠岚, 邹凯

2022, 51(556):  107-112. 

摘要 ( 41 )   PDF (1679KB) ( 285 )  

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为综合回收红土镍矿中的镍和赤泥中的铁,利用镍元素在还原性气氛下易与铁元素生成镍-铁精矿的 特性,将云南某红土镍矿、赤泥、氯化钙和焦炭按照一定比例混匀后置入焙烧炉中进行氯化还原焙烧,焙烧矿水淬冷 却后置入湿式磨矿机磨矿至一定粒度,采用湿式磁选进一步分离得到镍-铁精矿产品。 结果表明:在红土镍矿和赤泥 质量比为 1 ∶1 添加,氯化钙用量为红土镍矿与赤泥总质量的 40%,焦炭用量为红土镍矿与赤泥总质量的 10%,焙烧温 度为 1 100 ℃ ,焙烧时间为 120 min,磁选磨矿细度为-0. 056 mm 占 90%,磁场强度为 1. 28 kA / m 的综合工艺条件下, 获得了镍品位为 5. 98%、铁品位为 72. 37%,镍回收率为 77. 36%、铁回收率为 62. 86%的镍-铁精矿,实现了红土镍矿 和赤泥中有价金属镍、铁的协同回收。

智能拣选装备在矿物加工中的应用现状与发展趋势

王龙 , 林兴浩, 王彬

2022, 51(556):  113-121. 

摘要 ( 60 )   PDF (1783KB) ( 216 )  

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拣选应用于矿石入选前的预先富集是面对解决入选矿石日益贫化趋势的一项重要对策,也是提高选矿 技术经济指标的重要途径。 近年来,随着新型传感技术和人工智能算法的快速发展,基于 X 射线、激光诱导、微波等 智能光电拣选技术和装备越来越引起矿山企业的关注。 根据传感器种类不同,综述了智能拣选技术装备的研究进展 和应用现状。 X 射线荧光(XRF)技术在国内未得到大面积推广,X 射线透射(XRT)成为应用最为广泛的传感器信息 采集技术。 近红外射线(NIR)一定程度上能够耐受较薄粉尘的干扰,其检测性能优于常规的表面检测方法。 色选 (Color)在钾长石、石英砂、钨矿等光电拣选中应用效果良好,但无其他辅助传感设备时,在金矿拣分选中的效果较差。 智能分拣装备的外观大小呈两极化发展趋势,组合式传感器、高速高分辨率探测器等新技术还需要进一步探索和优 化。 国内智能分拣技术和装备的受关注度持续攀升,但工业应用中的成功案例却不多,应用推广上还需加大力度。

萤石浮选药剂及浮选机理研究进展

李育彪, 杨旭

2022, 51(556):  122-129. 

摘要 ( 34 )   PDF (1397KB) ( 87 )  

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萤石是一种重要的战略性矿产资源,主要通过浮选方法进行富集,浮选药剂的开发是萤石高效分选的 基础,对我国萤石矿产资源的高值利用具有重要现实意义。 根据近年来国内外萤石浮选的研究进展,分别针对萤石 浮选捕收剂和抑制剂种类及浮选机理展开综述。 从分子、原子尺度深入总结捕收剂、抑制剂的作用机理,归纳对比不 同浮选药剂的优缺点及适用条件,并结合生产实践展望不同药剂的应用前景。 基于密度泛函理论计算,提出基于萤 石晶体结构定向研制浮选药剂并揭示其作用机理是未来萤石浮选的重点研究方向。 研制高选择性、环保药剂,减少 药剂用量、实现常温浮选等是萤石浮选的研究重点。

磨矿介质对铜锌硫化矿浮选行为的影响

张小龙, 何建成, 李艳军, 韩跃新, 聂梦宇

2022, 51(556):  130-136. 

摘要 ( 37 )   PDF (2417KB) ( 79 )  

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磨矿是硫化矿浮选前必备的工序之一,对硫化矿后续浮选有着重要影响。 针对大井子铜锌硫化矿石, 分别探究了陶瓷球和钢球介质磨矿对该矿石铜锌混合浮选的影响。 结果表明,在陶瓷球介质磨矿体系下,矿石经过 1 粗 1 精 2 扫流程浮选可获得 Cu 品位为 16. 40%、Cu 回收率为 82. 19%,Zn 品位为 14. 50%、Zn 回收率为 73. 99%的铜锌 混合精矿。 与钢球介质磨矿体系相比,在相同条件下,铜锌混合精矿 Cu 品位基本不变、Cu 回收率提高了 1. 71 个百分 点,Zn 品位提高了 4. 41 个百分点、Zn 回收率提高了 24. 94 个百分点。 陶瓷球介质磨矿体系下,电化学作用相对较弱, 矿物表面只有少量絮状物覆盖,更有利于矿物的浮选。

地质与测量

鲁西归来庄金矿床三维地质建模及深部成矿预测

冯玺平, 张英梅, 安茂国, 陈昆明, 孟祥伟, 陈丽静, 邱昆峰

2022, 51(556):  137-145. 

摘要 ( 55 )   PDF (2960KB) ( 107 )  

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归来庄金矿床为隐爆角砾岩型金矿,是鲁西地区已探明金储量最多的金矿床。 由于其产出形态变化多 样,利用传统方法进行深部找矿难度较大,近年来三维地质建模技术在成矿预测方面应用较广,为该矿区深部找矿预 测提供了新方向。 利用三维地质建模平台 Micromine 中的三维建模技术及地质统计学等方法,基于收集测试得到的 相关钻孔数据和采样点品位、成矿元素等数据,构建了归来庄金矿区三维地质模型,包括断裂构造模型、矿体模型及 地层—岩体模型等,并采用距离幂次反比法建立了原生晕地球化学三维模型。 根据三维空间上断裂延伸规律,结合 原生晕地球化学三维空间分析,认为归来庄矿区深部仍有较好的成矿前景,且圈定了深部找矿靶区。 经钻探验证扩 大了主矿体规模,在深部新发现并评价了“磨坊沟式”金矿体,取得良好的找矿效果,证实找矿靶区预测结果较为可 靠,进一步拓宽了该区深部找矿方向。

几内亚某金矿矿床地质特征及成矿预测

张俊, 张泽夏, 裴中朝, 邢贤阳, 吴迪, 张苗苗

2022, 51(556):  146-154. 

摘要 ( 36 )   PDF (3776KB) ( 107 )  

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几内亚某金矿位于西非克拉通南部马莱地盾锡吉里成矿区,是赋存于古元古代比里姆( Birimian)超群 中的典型造山型金矿床。 结合区内 1 ∶5 万土壤地球化学测量和相关地质工作成果,对该矿床地质特征进行了详细分 析。 研究表明:① 区内金矿体呈透镜状、脉状,金矿体主要赋存于比里姆岩系地层中;金矿体严格受剪切构造控制,剪 切构造是区内找金的重要标志之一;区内金矿化均赋存于石英脉及其两侧硅化带内,石英脉与成矿关系密切,矿化蚀 变以黄铁矿化、硅化为特征。 ② 区内土壤地球化学异常以 Au-As 为主,两元素异常套合较好,能够有效指示矿化带 (体)的存在,共圈出 3 处具有找矿意义的综合异常。 ③ 研究区圈出Ⅰ#、Ⅱ#两条矿体,Ⅰ#矿体平均品位为 3 g / t,品 位变化系数为 70%,矿化均匀,估算资源量可达中型规模;Ⅱ#矿体平均品位 0. 60 g / t。 在上述分析的基础上,初步建 立了几内亚石英脉型金矿床的找矿模型,圈定了 2 处找矿靶区(靶区 A、靶区 B),通过工程验证,发现了工业金矿体, 矿体 Au 品位为(0. 07~ 5. 90) ×10^-6,平均品位为 1. 70×10^-6,具小型规模。

机电与自动化

岩石破坏过程实时监测预警软件系统———搭建与初步应用

宋清蔚, 朱万成, 徐晓冬, 张鹏海, 陈承桢, 刘溪鸽

2022, 51(556):  155-164. 

摘要 ( 47 )   PDF (8043KB) ( 594 )  

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岩石损伤与破坏的预测预警是岩石力学的基本问题。 在岩石单轴压缩实验中,通过 Lab VIEW 二次开 发的方式实时获取实验过程中应变、表面散斑图像、声发射测试数据,采用 HTTP、WebSocket 等数据传输协议实时传 输数据,搭建了“端—边—云”3 层架构的岩石失稳破坏过程监测预警系统,实现了多元化监测数据的实时采集与动态 融合,并对岩石单轴压缩破坏进行实时预测预警。 该软件系统能够先于传统上的基于声发射振铃数和能量释放率的 前兆特征,预测方法更为可靠,更具实际意义。 该系统可迁移至矿山现场应用之中,为基于多元异构现场监测数据融 合来进行矿山地质工程灾害预测预警提供了技术支撑。

矿山远程监控图像的改进非局部均值滤波算法

李龙海 , 郭华锋, 于萍, 刘磊, 陆兴华

2022, 51(556):  165-169. 

摘要 ( 38 )   PDF (2714KB) ( 56 )  

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“少人化”“无人化”综采工作面是煤矿发展的重要方向,同时也是煤矿安全生产的重要保障。 矿山远程 监控系统则是其中的重要一环,由于采煤工作面环境复杂,光线昏暗、高粉尘、成像电压不稳定、对比度低等诸多因素 严重影响了视频监控图像的质量。 为提高图像质量兼顾传输效率,在经典非局部均值滤波算法的基础上提出了一种 基于积分图像的快速非局部均值滤波算法。 分别将所提算法与经典非局部均值滤波算法、中值滤波算法以及不同窗 口尺寸的均值滤波算法进行性能对比分析,并结合主观评价法和客观评价法对各算法去噪后的图像质量进行了评 价。 结果表明:经典非局部均值滤波算法以及所提算法均能起到较好的降噪效果,但在运行时间上,前者耗时约为后 者的 40 倍,难以实现图像的实时处理。 所提算法不仅为图像降噪提供了新思路,而且有助于实现高效处理远程监控 图像,进而实现无人化、少人化开采。

安全与环保

基于 Rhino 和 Fluent 耦合的尾矿库溃坝数值模拟分析

孙鸿昌, 郝喆, 侯永莉, 尹亮亮, 张颖

2022, 51(556):  170-176. 

摘要 ( 64 )   PDF (3583KB) ( 92 )  

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我国“头顶库”数量较大,存在着严重的安全和环境隐患,但在真实三维地形下溃坝水砂模拟方法上存 在较大不足,难以对下游波及范围及影响程度做出准确判断。 为此,采用数值模拟软件 Rhino 和 Fluent 建立尾矿库及 周边区域计算模型,对溃坝后水砂在下游的流动状态进行了模拟分析。 研究表明:利用 Rhino 建模和 Fluent 计算有机 耦合,可以有效实现复杂地形下的水砂两相流溃坝三维数值模拟。 “头顶库”溃坝水砂流动状态受下游地形影响密 切,在下游地势平坦开阔时,水砂淹没范围广泛,流距较长;溃坝水砂在下游各处压力都具有先增大后减小、最后趋于 稳定的特点,大部分尾砂淤积在下游低洼沟谷内;在溃坝后,水砂速度迅速增大,在某一时刻达到峰值,此时水砂的冲 击力最大,之后流速缓慢降低至停止。 研究实现了高精度地形下的尾矿库水砂两相流三维溃坝水砂流动模拟,模拟 结果可为相似地形条件下的“头顶库”溃坝分析提供借鉴,模拟方法可为建立尾矿库溃坝模拟技术标准提供参考。

朗肯土压力理论在露天边坡设计中的应用

郭献章, 李凤柱, 秦嗣龙, 张娟霞, 杨治华, 郑立志, 张学芝

2022, 51(556):  177-184. 

摘要 ( 22 )   PDF (1848KB) ( 59 )  

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受朗肯土压力理论中的极限平衡角(45°±φ / 2)的启示,基于莫尔圆理论和北方燕盛公司的实践经验,推 导发现滑坡体上缘和下缘连线的坡面角与内摩擦角(φ)有密切的关系,与坡面高度关系不大;当边坡角为(36°±φ / 2) 时,边坡稳定所需的边坡岩体内聚力很小,在 50 m 以下坡高时,一般岩土的强度都可以达到极限平衡的要求;在内摩 擦角确定时,极限稳定状态的边坡高度与内聚力线性相关;边坡角为(45°+φ / 2)时,滑坡厚度和坡体高度近乎标准线 性关系;并由此引入了“工程友好三角区”的概念。 从计算中得出的这些规律性认识,得到了实际工程的验证,也解释 了相关工程地质现象,可在边坡参数及边坡支护方案的设计中参考试用。

降雨条件下松散堆积体滑坡破坏试验研究

孙乾征, 江兴元, 周江, 孟生勇

2022, 51(556):  185-190. 

摘要 ( 40 )   PDF (2586KB) ( 76 )  

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降雨是诱发松散堆积体滑坡的重要因素之一,研究降雨条件下松散堆积体滑坡的变形破坏与细颗粒迁 移及入渗规律,对滑坡稳定性研究具有重要意义。 本研究选取某松散堆积体滑坡土体为试验土样,采用人工降雨试 验模拟松散堆积体滑坡的破坏。 根据试验得到的土壤体积含水率、基质吸力数据,结合滑坡的破坏过程、降雨条件的 定量变化,对堆积体滑坡的水—力条件进行分析,试验揭示了松散堆积体滑坡破坏过程是在非饱和状态下优先流与 基质流共同作用的结果。 通过定量分析对比滑坡破坏前后颗粒级配变化,证明了松散堆积体滑坡模式的不同会影响 细颗粒迁移,且迁移量与降雨条件有关。

基于 PSO-RVM 的矿山边坡变形量预测模型

张研, 范聪, 吴哲康, 刘晶, 邝贺伟

2022, 51(556):  191-196. 

摘要 ( 23 )   PDF (1325KB) ( 77 )  

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针对当前露天矿山边坡变形难以准确获取的问题,建立了粒子群优化算法( PSO)及相关向量机( RVM) 相结合的矿山边坡变形量预测模型。 利用 RVM 对矿山边坡变形量非线性系统进行建模,借助 PSO 对 RVM 模型核参 数寻优,构建基于 PSO-RVM 的矿山边坡变形预测模型。 利用该模型对工程实例进行预测,并在相同学习样本下与 MFOA-SVR 模型进行对比。 结果表明:PSO-RVM 模型预测结果精度更高、离散性更小,在平均相对误差和均方根误差 上远低于 MFOA-SVR 模型。 PSO-RVM 模型为准确预测矿山边坡变形量提供了一条新途径,对矿山开采工作具有一 定的参考价值。

程潮铁矿深部开采通风系统优化与热害模拟研究

吴文博, 刘洋, 任高峰, 韩亚民, 李吉民

2022, 51(556):  197-203. 

摘要 ( 22 )   PDF (2274KB) ( 70 )  

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程潮铁矿进入深部开采后,存在通风系统风量分配不合理、局部通风能力不足、-570 m 中段热害明显等 问题。 针对其现存的通风及热害问题开展了详细调查,结合现场测定数据构建了贴合程潮铁矿工程实际的三维通风 网络解算模型,应用 Ventsim 软件开展了通风网络解算与热模拟研究。 采取增阻、减阻调节的方式,对井下各用风地 点提出了通风优化方案,优化后的通风系统数值模拟结果显示,总有效风量增加了 72. 2 m³ / s;以-570 m 中段运输巷 柴油机散热模拟研究,分析了通风优化前后的热害模拟结果,找准了该中段热害的主要来源,为千米深井热害治理工 作提供参考。

露天矿爆破(烟)粉尘的爆炸水雾降尘技术研究

赵永岗, 王德胜, 秦鹏渊, 高玉璞, 张丽, 李永华

2022, 51(556):  204-208. 

摘要 ( 70 )   PDF (1649KB) ( 74 )  

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露天爆破会产生大量高浓度的炮烟和粉尘,受爆破飞石、冲击波等有害效应影响,一般喷淋等降尘措施 无法靠近实施;传统的爆区地面洒水沁润和爆后喷淋方法对瞬时、高速强扩散的高浓度蘑菇状炮烟及粉尘治理效果 不佳,露天(矿)爆破有毒炮烟和高浓度粉尘是露天采场及大气污染治理的难题。 针对露天爆破炮烟和爆破粉尘治理 难题,提出了以导爆索激发预先布设在爆区内的水袋生成爆炸水雾场,爆区抛掷前方阻拦、上部覆盖、同步生成和就 地吸附为核心技术手段的爆炸水雾降尘技术方法。 通过正交试验确定了爆炸水袋定型及水雾场规模,根据台阶深孔 爆破的高速 DIC 测试结果确定了爆炸水雾降尘设计的关键技术参数。 现场降尘试验效果显示爆炸水雾对地处干旱 半干旱地区的白云铁矿爆破烟尘可以直接吸附、就地捕捉,在距离爆区 100 m 处爆破烟尘的浓度降低 37%,爆破污染 源头降尘效果显著,为露天矿山绿色开采创造了有利条件。

强降雨工况尾矿库堆排坝体稳定性分析

于浩泽, 高义军, 郭奇峰, 刘文胜, 潘继良, 张文飞

2022, 51(556):  209-217. 

摘要 ( 35 )   PDF (3495KB) ( 67 )  

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针对凹山尾矿库和其堆排坝体,探讨强降雨作用下堆排尾矿库原坝渗流场特征及稳定性的变化,从而 全面评估坡面堆排后尾矿库运行安全性。 以现场勘测数据为基础,在 ABAQUS 有限元分析软件中建立二维模型,采 用饱和—非饱和渗流理论对尾矿坝在强降雨作用下的渗流场进行分析,并基于强度折减法理论求得坝体稳定性安全 系数。 研究结果表明,由于降雨入渗提高了表层土饱和度,增加了基质吸力,减小了雨水的下渗速度,因此坝体坡面堆 排有效地防止了原坝渗流场发生改变,保护了原坝体稳定,同时堆排体本身也因基质吸力减小而抗剪强度减小,本该 出现在原始坝体内部的危险滑动面都出现在了堆排体内部。 本研究为尾矿库坡面堆排提供了技术经验,并为尾矿库 的堆排监测和滑坡预防提供重要参考依据。

兴隆山矿山岩质边坡生态修复技术研究

刘娜, 任国俊, 王磊

2022, 51(556):  218-225. 

摘要 ( 48 )   PDF (3265KB) ( 75 )  

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以甘肃省兴隆山自然保护区试验条件最优的一处岩质边坡进行修复技术研究试验。 在边坡上等距离 钻孔并分成 4 个区块,每个区块采用不同的土壤搭配方式,孔内栽种适合在试验区生长的小叶扶芳藤,进行浇灌养护, 并做相应的监测和分析。 通过监测孔内的温度和湿度,所得出的成果有:岩体内的温度基本可以满足植物的成活要 求;在兴隆山自然保护区范围内,天然降雨基本可以满足植株的生长要求,可实现后期人工养护少甚至无人养护。 采 集 4 个试验区块孔的土壤进行土壤肥力测试并通过植株长势判断,常规种植孔+基质土的区块Ⅲ及底部填充 20 cm 砂 砾卵石+基质土的区块Ⅳ植被恢复效果最佳,常规种植孔+本地植生土的区块Ⅰ及底部填充 20 cm 砂砾卵石+本地植 生土的区块Ⅱ植被恢复效果次之。 本次试验的成果对兴隆山自然保护区岩质边坡生态修复工作具有指导意义,可供 其他地区岩质边坡修复研究参考。

综合利用

地质聚合物多孔材料的制备及应用研究进展

张凯铭, 杨浪, 饶峰, 方屹, 宁旭文, 刘文彪, 马航

2022, 51(556):  226-237. 

摘要 ( 20 )   PDF (2889KB) ( 49 )  

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地质聚合物多孔材料是一种具有三维结构的无定形多孔胶凝材料,因其优异的物理化学性能及绿色简 便的制备方法被认为是未来最具发展潜力的胶凝材料之一。 针对国内外地质聚合物多孔材料的最新研究,对地质聚 合物多孔材料的制备方法,性能以及相关应用进行了总结,着重阐述了溶剂挥发法、直接发泡法、添加多孔填料法等 传统制备方法及其特点,同时还归纳了颗粒堆积法、3D 打印法、模板法等新兴的制备方法;在相关的性能和应用研究 方面,主要对其抗折压的机械性能,隔热保温的热学性能、对有机无机物的吸附和催化性能、膜分离、电磁波吸收等性 能做了总结,指出了其在建筑领域、环境治理领域、电磁屏蔽领域的主要应用场景。 论文论述了地质聚合物多孔材料 发展现状和瓶颈,指明了当前地聚物多孔材料制备研究中存在成孔方法单一,成孔机理有待深入研究;在性能和应用 研究中存在实验室固废试验与实际工业试验偏差大,规模化推广应用难。 本文旨在总结最新地质聚合物多孔材料相 关制备方法和应用研究,进一步推动地质聚合物多孔材料发展。

利用高炉矿渣和铁尾矿制备开孔发泡陶瓷的研究

李泽华, 邢军, 孙晓刚, 邱景平, 刘杰, 马征宇

2022, 51(556):  238-244. 

摘要 ( 30 )   PDF (3521KB) ( 59 )  

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以高炉矿渣、铁尾矿、硅藻土、方解石和高岭土为原料,碳化硅为发泡剂,经二阶段高温烧结制备开孔发 泡陶瓷。 通过测定开孔发泡陶瓷体积膨胀率、气孔结构、显气孔率、吸水率、体积密度和抗压强度,研究了铁尾矿和硅 藻土质量比对开孔发泡陶瓷形貌和性能的影响。 结果表明:随着铁尾矿掺量增加,开孔发泡陶瓷的体积膨胀率、显气 孔率和吸水率先略有升高后逐渐降低,体积密度和抗压强度先略有减小后逐渐增大,平均孔径逐渐减小;当铁尾矿与 硅藻土质量比为 15 ∶30 时,开孔发泡陶瓷性能最优,其体积膨胀率为 36. 2%、显气孔率为 53. 4%、吸水率为 87. 5%、体 积密度为 0. 526 g / cm³、抗压强度为 6. 18 MPa;开孔发泡陶瓷内存在连通孔隙,且孔壁表面的极微小孔隙存在三维网 状结构;开孔发泡陶瓷物相主要为铝辉石、辉石以及少量透辉石。 研究结果为探究多种矿山固体废物协同制备发泡 陶瓷,拓宽发泡陶瓷种类提供了新的依据。

铁尾矿基陶粒的物理力学性能及其微观性质研究

李国峰, 那威, 田江涛, 刘立伟, 王素

2022, 51(556):  245-249. 

摘要 ( 29 )   PDF (1840KB) ( 78 )  

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我国铁尾矿堆存量高达十几亿吨,造成了土地资源占用和生态环境污染等问题,因此,对铁尾矿进行资 源化利用有重要意义。 以石人沟铁矿选矿厂铁尾矿为主料、唐山矿业公司煤矸石为辅料烧制陶粒,研究了焙烧温度、 焙烧时间、铁尾矿用量对陶粒的堆积密度、表观密度、筒压强度、吸水率等物理力学性能的影响,并借助 XRD、偏光显 微镜等测试技术,对陶粒的物相组成和微观形貌进行分析。 结果表明,在焙烧温度 1 100 ℃ 、焙烧时间 20 min、铁尾矿 用量 75%时,可以得到筒压强度 8. 78 MPa、堆积密度 0. 87 g / cm³、表观密度 1. 57 g / cm³、吸水率 7. 93%的陶粒,满足国 标 GB / T 17431. 1—2010 中 900 级轻集料陶粒的性能要求;焙烧过程中石英发生了明显的玻璃化现象,不同组分反应 生成低共熔点液相,使得陶粒内部结构更为致密,进而提高了陶粒的强度、降低了陶粒的吸水率;焙烧时生成的液相 对气体形成束缚,使得陶粒内部有气孔产生。 研究结果为实现铁尾矿资源二次利用提供了参考。

磁铁矿尾矿制备粒状硅肥的开发技术

牛福生, 张红梅, 王研, 郑凯露, 郭建波, 张晋霞

2022, 51(556):  250-256. 

摘要 ( 57 )   PDF (1556KB) ( 74 )  

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基于磁铁矿尾矿的化学成分及粒度组成分析,探索了反应温度、反应时间、液固比和 NaOH 浓度对制备 的磁铁矿尾矿硅肥中有效硅含量的影响,并研究了加水量、圆盘倾角、圆盘转速 3 个因素对球团造粒效果的影响。 结 果表明:在反应温度为 170 ℃ 、反应时间为 7 h、液固比为 3 mL / g、NaOH 浓度为 35%时,磁铁矿尾矿硅肥样品的有效硅 含量最高,为 34. 7%;在加水量为 25%、圆盘倾角为 50°、圆盘转速为 50 r / min 时,粒状硅肥的性能最佳,其成球率为 93. 6%、崩解时间为 42. 8 s、颗粒破坏力为 8. 9 N。 在最佳工艺下制备的粒状硅肥,有效硅含量较高,遇水能够快速崩 解,并具有一定的强度,使用更加方便安全。 利用磁铁矿尾矿制备粒状硅肥,既节约了尾矿库的管理费用,又为企业带 来了经济收益。