金属矿山

孙国文, 王刚, 蔡泳, 郑杰, 成墙, 梁秦铭, 晏伟, 黄金涌

2022, 51(12): 1-9.

摘要 ( 92 )

PDF (2672KB) ( 291 )

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为指导某金矿留设安全矿柱,采用理论分析和室内试验的方法深入研究了矿岩尺寸效应规律。对不同高径比和不同体积(高径比相同)的矿岩试件进行了单轴压缩试验,分析了岩石单轴抗压强度、裂纹分形维数及声发射信号与岩石试件尺寸间的关系。试验结果表明:随试件体积增加,矿岩单轴抗压强度呈减小的趋势,下降规律与 Weibull 分布统计模型吻合度较高;采用图像二值化方法得到了破坏后试件表面裂纹分形维数与强度关系;声发射事件数与试件高径比和放大系数呈明显的线性关系,大试件声发射信号表现为强度高、分布分散的特点,小试件声发射信号强度小而分布集中。基于上述研究结果,改进了矿柱强度经验公式,改进后公式更加全面地考虑了矿柱形状效应和体积效应,并引入了破坏概率,更符合现场情况。

富水溶蚀白云岩地层井筒地面预注浆技术研究

周禹良, 李斌, 杨雪

2022, 51(12): 10-17.

摘要 ( 45 )

PDF (4470KB) ( 267 )

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为解决我国西南地区富水溶蚀白云岩地层井筒水害防治难题,采用现场注浆试验结合数值模拟研究了白云岩含水层中浆液扩散特征。现场注浆试验表明老虎洞磷矿巨厚白云岩含水层整体可注,且上段地层可注性明显好于下段。通过压水试验、钻孔取芯和 COMSOL Multiphysics 模拟软件 ,确定了老虎洞磷矿富水溶蚀白云岩含水层井筒预注浆合理孔间距为 4. 5 m,为后续井筒地面预注浆工程设计提供依据。同时,现场试验了多种控制措施防止白云岩含水层上段浆液严重超距扩散,得到延长凝结时间对提高注浆压力效果明显,并提出采取混合式注浆方式保证钻注效率。考虑下段地层可注性相对较弱,提出采用高压注浆增加注浆量以保证堵水效果。注浆过程中,地层透水率降幅明显,注浆结束后,各段地层透水率降低至 0. 5 Lu 以下,地层由中等透水性地层转变为微透水地层。注浆结束后, 压水试验得到回风井井筒地面预注浆堵水率为 98. 04%;1#进风井井筒地面预注浆堵水率为 95. 7%。研究成果可为西部地区类似条件下井筒防治水提供技术参考。

双阶同深分段掏槽爆破技术在竖井掘进中的应用

李龙福 , 江东平, 方建国, 章结传

2022, 51(12): 18-22.

摘要 ( 64 )

PDF (1392KB) ( 411 )

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为提高矿山井筒掘进施工循环进尺,在分析井筒爆破常用的直眼筒形掏槽和斜眼锥形掏槽形式特点的基础上,研究设计了双阶同深分段掏槽爆破技术。该掏槽技术的关键在于一阶掏槽孔采用分段装药结构,将炮孔内的炸药能量分 2 次释放,加上中间空孔的辅助作用,可有效提高一阶掏槽孔的爆破效果;一阶掏槽取得的好效果使得二阶掏槽破碎岩石更加容易,进一步提高了二阶掏槽质量;良好的掏槽质量为辅助孔破岩提供了足够的补偿空间和自由面,对爆破试验段能取得平均循环进尺 3. 67 m 的效果起了决定性的作用;周边孔采用光面爆破措施使得井壁围岩质量得到有效控制,减少了刷帮、支护等其他辅助作业时间。双阶同深分段掏槽爆破技术配合大段高液压金属模板使用,大大提高了工序间的转换效率,有效缩短了竖井施工工期,综合爆破技术指标良好,为后续施工或其他类似井筒爆破掘进工程提供了范例。

基于组合赋权—SPA 的采空区围岩稳定性研究

祁云, 汪伟, 刘娇, 葛佳琪, 周倍淇, 张孟浩, 齐庆杰

2022, 51(12): 23-29.

摘要 ( 49 )

PDF (1368KB) ( 267 )

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为了准确评价采空区围岩的稳定性,降低围岩失稳事故发生的风险, 考虑评价指标不确定性和突变性对评级结果的影响,提出了基于改进组合权重耦合 SPA 的采空区围岩稳定性评判模型。首先选取影响围岩稳定性的 11 个指标构建采空区围岩稳定性评价指标体系,通过引入欧式距离函数,确保主、客观权重与折衷系数间的差异程度,进而获得各指标的组合权重;然后利用 SPA 理论得到采空区围岩稳定性评价指标的集对联系度表达式;最后根据最大隶属度原则确定围岩稳定性等级。以山西某矿的 3 个采空区为例,对比分析预测结果与采空区围岩稳定性实测结果。结果表明:改进组合权耦合 SPA 的采空区围岩稳定性评价模型的评价结果与实例应用结果一致,该模型较传统 SPA 法准确性更高,计算结果可靠,能够为矿山施工决策问题提供理论依据。

破碎采场通风天井预注浆加固基岩深孔爆破成井技术

路燕泽, 甘德清, 杨志强, 王立杰, 王社光, 尹爱民

2022, 51(12): 30-35.

摘要 ( 56 )

PDF (1397KB) ( 274 )

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由于矿岩破碎,采区通风天井掘砌施工安全性较差,反掘扩孔和反掘扩刷过程中均存在塌方等安全风险。以某铁矿复杂破碎采场为背景 0,进行通风天井预注浆加固基岩深孔爆破成井技术研究与实践。采用“正掘导孔 +反掘扩孔+反掘扩刷”技术进行采区通风天井施工,针对塌方段提出 2 种施工方案:钢圈加固和壁后浇筑充填支护工艺、钢筒预埋注浆管浇筑充填和注浆加固联合支护工艺,虽能达到预期处理效果,但施工工期长;在此基础上,提出破碎采场通风天井下行注浆加固基岩及大直径深孔凿岩分段爆破成井施工工艺,可有效避免井筒塌方风险,工期缩短 50%。可为破碎采场盲竖井掘砌施工提供一条新思路。

深部巷道超欠挖厚度原位测量及参数分析

徐先锋 , 邢鹏飞, 袁杰 , 吴亚华

2022, 51(12): 36-44.

摘要 ( 59 )

PDF (3629KB) ( 267 )

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在深部巷道掘进中,爆破施工所引起的超欠挖显著影响开挖成本和工程的长期稳定性。以某深部地下巷道掘进工程为背景,采用 FocusS 150 三维激光扫描仪对巷道断面进行扫描,然后基于动力有限元程序 LS-DYNA 构建三维巷道爆破开挖模型并进行可靠性验证。现场测量及数值模拟结果表明:以当前爆破方案进行开挖会在巷道周边产生显著超欠挖,且装药段的超挖最为严重;此外,本文构建的三维模型能较好地再现深部围岩在爆破开挖作用下的损伤破坏;参数分析表明侧压力系数会进一步促进巷道水平方向的围岩损伤,相反对垂直方向岩体损伤则起抑制作用,围岩超挖厚度随初始应力的增加先增大后减小;孔间距、装药集中系数以及不耦合系数对超欠挖都有显著影响,当孔间距 S = 0. 70 m,装药集中系数 β = 0. 9 kg / m 和不耦合系数 γ = 2. 5 时巷道围岩超欠挖能得到有效控制。

加载速率对岩石材料力学性质与能量演化特征的影响

党亚倩, 王团结, 汪洪菊, 吴亚敏, 梁玉晴

2022, 51(12): 45-51.

摘要 ( 55 )

PDF (2195KB) ( 268 )

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为研究加载应变率对硬岩的力学性质与能量吸收、储存和耗散的影响,本文对砂岩试样开展了不同应变率下的单轴压缩试验,试验结果表明砂岩试样的峰值应力、峰值应变和弹性模量均随着加载应变率的增大而增大, 但加载应变率对砂岩试样的单轴抗压强度影响显著。研究了砂岩试验在不同阶段变形过程中的能量吸收与耗散规律,得到了砂岩试样在变形前期以弹性应变能的形式储存能量,同时又以损伤演化等耗散能量,在变形后期以剧烈地释放能量为主,且加载应变率越大,能量释放率越快。研究结果表明能量耗散是导致砂岩试样强度降低的本质原因, 基于能量耗散与裂纹损伤之间的内在联系,得到了加载应变率越大砂岩试样的损伤应力比、损伤应变与损伤应力也越大。从能量吸收与耗散的角度研究硬岩损伤破裂规律,可从本质上揭示硬岩在外荷载作用下的变形破坏机制,可为实际工程提供参考。

不同骨料类型对充填体强度性能的影响及配比优化

戚亮, 李峥, 黄彦森

2022, 51(12): 52-58.

摘要 ( 85 )

PDF (1638KB) ( 292 )

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为研究骨料类型对胶结充填体强度的影响规律,在室内开展了以全尾砂、尾砂—河沙及尾砂—废石为骨料的胶结充填体力学性能试验,分析了不同骨料类型下的充填体强度演化特征,并结合矿山对充填体强度指标的设计要求推荐了相应的骨料类型和配比参数。研究结果表明:采用全尾砂作为充填骨料时,砂灰比的增大会降低充填体强度,而料浆浓度的增大能够提高充填体的抗压强度,并且浓度的增加更有利于改善充填体的早期抗压强度;采用尾砂+河沙作为充填骨料时,三因素对充填体抗压强度的影响程度为砂灰比料浆浓度河沙含量,并且砂灰比的增大同样会降低充填体强度,浓度及河沙含量的增大有利于提高其强度;采用尾砂+废石作为充填骨料时,三因素对充填体 3、7、28 d 抗压强度的影响程度为砂灰比料浆浓度废石含量,砂灰比的增大会降低尾砂废石胶结充填体强度,浓度的增大有利于提高充填体强度。综合充填体强度及坍落度的测试结果,建议采用尾砂+废石作为矿山的充填骨料,配比参数可设计为灰砂比 1 ∶6、料浆浓度 76%、废石含量 10% ~ 15%。

PVA纤维增强铁尾矿砂混凝土的3D打印力学性能研究

李波, 廖碧海

2022, 51(12): 59-64.

摘要 ( 37 )

PDF (1316KB) ( 246 )

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为研究PVA纤维掺量为 0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%的铁尾矿砂混凝土的3D打印力学性能,基于灰色预测模型分析其流动度和打印高度对抗压强度和抗弯强度的影响大小。结果表明:3D 打印 PVA 纤维增强铁尾矿砂混凝土的流动度范围在 159~ 176 mm 内;PVA纤维掺量为 0.5%时,混凝土流动度最小;PVA 纤维掺量为 1%时,混凝土流动度最大;其打印模型总高度随水胶比的增大而增大,随 PVA 纤维掺量的增加而减小;PVA 纤维掺量一定时, 3D打印PVA纤维增强铁尾矿砂混凝土随水胶比的增大,抗压强度逐渐降低 ,但在一定的水胶比下,抗压强度随 PVA 纤维掺量的增加呈现显著降低趋势;3D打印试件的抗弯强度随水胶比的增大而减小,并随纤维掺量的增大而变化; 3D打印试件的流动度对抗弯强度的影响大,3D打印试件的打印高度对抗压强度的影响大。

铁尾矿砂超高性能混凝土的冻融循环耐久性分析

史波何旺

2022, 51(12): 65-69.

摘要 ( 51 )

PDF (1309KB) ( 263 )

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用铁尾矿沙替代河砂制备超高性能混凝土( UHPC),研究不同掺量的钢纤维( 0%、0. 5%、1%、1. 5%、 2%)对 UHPC 的硫酸盐冻融循环耐久性,基于灰色关联分析了铁尾矿砂 UHPC 盐结晶析出量、质量损失率和动弹性模量对 28 d 抗压强度的影响大小。结果表明,铁尾矿砂 UHPC 在经历冻融循环 200 次后,盐结晶析出量随钢纤维掺量增加而减小,A05、A10、A15 组的盐结晶析出量较 A0 组分别提高了 108% 、75%、17%,A20 组的盐结晶析出量较 A0 组减少了 25%;A20、A15、A10、A05 组的质量损失率对比 A0 组分别增加了 23. 5、16. 3、7. 8、1. 3 倍,A20 组在冻融 200 次前的动弹性模量最高,A0 组在冻融 200 次后的动弹性模量最高,钢纤维掺量越高,动弹性模量下降越快;对铁尾矿砂 UHPC 28 d 抗压强度的影响最大的为动弹性模量,影响最小的为质量损失率。

DTAB 对石英-气泡间相互作用力的影响研究

何琳, 黄露露, 朱春云, 徐梦迪, 邢耀文, 桂夏辉

2022, 51(12): 70-76.

摘要 ( 55 )

PDF (1858KB) ( 243 )

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为了研究(十二烷基三甲基溴化铵)DTAB 对石英-气泡间相互作用的影响,采用黏附/脱附测试系统、接触角测量仪和表面张力仪对 DTAB 体系下亲水性石英玻璃基板与气泡间相互作用力、表面接触角以及溶液表面张力进行了测量。结果表明:在 DTAB 体系中,石英玻璃基板与气泡间的黏附力 /脱附力随着 DTAB 浓度的增加先增加后减小,在 DTAB 浓度为 1 mmol/L 时,脱附力达到最大,为 129. 9 μN; 石英玻璃基板表面接触角也呈现类似的变化规律,在 DTAB 浓度为 4 mmol/L 时,接触角达到最大,为 51. 8°,较石英玻璃基板与气泡间黏附力/脱附力而言,接触角的变化具有一定的滞后性。这是由于黏附力/脱附力受石英玻璃基板表面接触角和表面张力协同支配,在 DTAB 存在体系下,当接触角达到最大时,溶液表面张力已下降至 35. 95 mN/m,导致石英玻璃基板与气泡间黏附力/脱附力提前出现下降趋势。进一步用浮选动力学试验加以验证,浮选结果表明,当浮选体系中加入 1 mmol/L DTAB 时可以获得精矿产率为 97. 10%的指标。浮选结果与黏附力/脱附力曲线得到的结果保持一致。

某高锌铁精矿提质降杂制备超级铁精矿试验研究

曾礼强, 徐维利, 段福彬, 张荥斐, 韩海生

2022, 51(12): 77-84.

摘要 ( 45 )

PDF (2164KB) ( 257 )

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黑龙江某铁精矿 TFe 品位 60. 96%,锌和 SiO2 含量分别为 0. 416%、4. 171%,试样中锌含量较高,严重影响后续冶炼过程。为得到高品质铁精矿,根据试样性质,进行了“精矿再磨— 反浮选脱锌—磁选除杂”提纯工艺研究。结果表明,在磨矿细度为-0. 038 mm 占 61. 43%时,以丁基黄药为捕收剂、硫酸铜+氯化铵为活化剂经 1 粗 2 精 3 扫反浮选降锌,浮选尾矿再通过弱磁选脱硅,可得到 TFe 品位和回收率分别为 69. 08%、95. 22%,锌和 SiO2 含量分别为 0. 092%、 1. 27%的超级铁精矿,以及锌品位和回收率分别为 23. 54%、76. 69%的锌精矿,实现了铁和锌的综合回收利用。

腐植酸钠对铁矿物和石英可浮性的影响

董振海, 程福超, 施建军, 韦思明, 智慧, 高峰

2022, 51(12): 85-91.

摘要 ( 73 )

PDF (1773KB) ( 257 )

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寻找绿色高效抑制剂成为当前铁矿石浮选研究重点,腐植酸钠(NaHA) 极易溶解于水,且与 Fe3+、Cu2+等金属离子具有很强的络合能力,将 NaHA 作为抑制剂从铁矿物中分离石英。结果表明,一定浓度的 NaHA 可以有效抑制铁矿物,而对石英基本无影响。 Zeta 电位测量结果表明,经过 NaHA 处理后,铁矿物表面 Zeta 电位的负移更为明显, 且可以阻止十二胺(DDA)的进一步吸附。 XPS 分析解释了 NaHA 抑制磁铁矿的机理,即 NaHA 可能通过与表面铁的配位作用吸附在赤铁矿表面。通过水溶液中金属氧化物表面电荷变化,推断赤铁矿与 NaHA 的作用机理与磁铁矿相似。

低品位菱锰矿石悬浮焙烧—浸出强化技术研究

马新猛, 袁帅, 李艳军, 王若枫

2022, 51(12): 92-97.

摘要 ( 44 )

PDF (1912KB) ( 244 )

相关文章 | 计量指标

针对南非某低品位菱锰矿石开展了悬浮焙烧—浸出强化试验研究。结果表明,在焙烧温度为 700 ℃ 、焙烧时间为 20 min、焙烧气氛为 N2 条件下,焙烧产品锰含量可由 23. 05% 提升至 28. 21%。焙烧产品在浸出时间 30 min, 浸出温度 60 ℃ 、浸出酸过量系数 1. 1、浸出液固比为 10 mL/g 的浸出条件下,可获得 94. 24%的浸出率指标。通过 X 射线衍射和 BET 检测,查明焙烧过程中矿物物相和微观结构的演变规律,研究结果可以为菱锰矿高效利用提供理论依据和技术支撑。

酸性H₂O₂氧化预处理浮选金精矿及其机理研究

支永祥, 唐云, 邓政斌, 李帅, 李宜昌, 吴波

2022, 51(12): 98-107.

摘要 ( 52 )

PDF (1850KB) ( 253 )

相关文章 | 计量指标

酸性 H₂O₂氧化法是一种有效的难选金精矿预处理方法,可以使黄铁矿、毒砂等载金矿物被有效溶解, 从而使金暴露出来,提高金浸出率。研究了酸性 H₂O₂ 体系中黄铁矿的氧化机制,并探究了该系体中温度、矿浆浓度、 H₂SO₄ 和 H₂O₂浓度等对浮选金精矿的预处理效果。结果表明: H₂O₂ 氧化过程中没有固相生成物,黄铁矿中的 Fe 转化为 Fe²⁺和 Fe³⁺ 于溶液中,Fe²⁺ 与 H₂O₂ 可发生 Fenton 反应生成氧化性极强的羟基自由基(·OH);氧化过程中有 H₂SO₄ 生成,体系的 pH 值随着反应进行逐渐降低;黄铁矿主要被酸性 H₂O₂ 、·OH 和 Fe³⁺氧化,体系中 S 最终转化为 SO₄^2- 或 HSO₄^- 。浮选金精矿在温度为 30 ℃ 、矿浆浓度为 100 g/L、 H₂SO₄ 初始浓度为 0. 18 mol/L 和 H₂O₂ 初始浓度为 1. 76 mol/L 的条件下氧化预处理后,Fe 浸出率、试样失重率分别为 95. 33%和 51. 42%;浮选金精矿直接浸出时金浸出率仅为 11. 68%,而经过酸性 H₂O₂预处理—浸出后,金浸出率可达 92. 69%。

内蒙古某金矿石重选—浮选联合工艺试验

吕艳蕾, 刘杰, 吕良, 王勋, 葛文成, 任慧

2022, 51(12): 108-114.

摘要 ( 50 )

PDF (1872KB) ( 267 )

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内蒙古某金矿石金品位为 2. 83 g/t,由于原有氰化浸出工艺所产生的尾渣对环境具有较大污染,因此现阶段寻求一种绿色清洁的选矿方法至关重要。基于矿石中金的嵌布特征, 开展了尼尔森重选—浮选联合工艺试验研究。结果表明:在磨矿细度为-0. 043 mm 占 87%、重力倍数为 80 G、流态化水量为 3 L/min 的条件下进行尼尔森重选, 可以获得金品位为 35. 44 g/t、金回收率为 55. 85%的重选金精矿和金品位为 1. 34 g/t 的重选尾矿,对重选尾矿进行 2 粗 2 精 2 扫、中矿顺序返回的闭路浮选,可以获得金品位为 13. 80 g/ t、金回收率为 31. 38%的浮选金精矿。矿石经尼尔森重选—浮选联合工艺处理后,获得了金总回收率为 87. 24%、金品位为 22. 69 g/t,尾矿金品位为 0. 42 g/t 的指标。研究结果对于选厂的无氰选金工艺推广具有重要的参考价值。

料浆浓度和pH值对磷石膏制备α-半水石膏的影响

王青, 田秀娟, 刘冬梅, 玉霞, 徐港, 王斌

2022, 51(12): 115-121.

摘要 ( 72 )

PDF (2294KB) ( 262 )

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以水洗磷石膏为原料,采用半液相蒸压法制备 α-半水石膏。从脱水反应、晶体形貌、物相组成、强度等角度,研究料浆浓度和 pH 值对 α-半水石膏性能的影响。 XRD 分析结果表明,料浆浓度在 55% ~ 80%和 pH 值为 2. 0、 4. 4、6. 7 时磷石膏全部转化为半水石膏。结晶水含量、SEM、强度测试结果表明:当料浆浓度从 55%增至 70%,α-半水石膏生成的诱导期从 1 h 减至 0. 5 h,晶体生长期从 5 h 增至 5. 5 h, 料浆浓度继续增至 80%,诱导期从 0. 5 h 增至 1. 5 h,晶体生长期从 5. 5 h 减至 4. 5 h;发育较好的 α-半水石膏晶体形貌均为柱状;当料浆浓度从 55%增至 65%,长径比从 3. 0 减至 2. 8,标准稠度用水量从 44%降至 40%,绝干抗压强度从 40 MPa 增至 43. 8 MPa,料浆浓度继续增至 80%,长径比从 2. 4 增至 3. 0,标准稠度用水量从 40%增至 42%,绝干抗压强度从 43. 8 MPa 降至 38. 2 MPa,在料浆浓度为 65% 时,绝干抗压强度最高达到 43. 8 MPa。 pH 值从 2. 0 增至 6. 7,诱导期均为 1 h,晶体生长期从 3 h 增至 5 h;发育较好的 α-半水石膏晶体形貌均为柱状,长径比从 3. 2 减为 2. 7 后增至 2. 9, 标准稠度用水量从 43%降至 40%,绝干抗压强度从 37 MPa 增至 43. 4 MPa。在料浆浓度为 65%,pH 值为 6. 7 时,α- 半水石膏晶体形貌呈柱状,长径比为 2. 9,标准稠度用水量为 40%,2 h 抗折强度为 5. 9 MPa,绝干抗压强度为 43. 4 MPa。

甘肃某微细粒极难选铁矿石工艺矿物学研究

蔡毅兵, 骆洪振

2022, 51(12): 122-128.

摘要 ( 48 )

PDF (1828KB) ( 259 )

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为开发利用甘肃某微细粒极难选铁矿石,采用化学成分分析、铁物相分析、能谱分析、光学显微镜、扫描电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 32. 70%,铁主要以磁铁矿形式存在,其次为褐铁矿和菱铁矿,有害元素 S、P 含量分别为 0. 21%和 0. 28%;脉石矿物主要为角闪石和石英,少量黏土矿物、磷灰石。矿石主要构造为块状构造和层状构造,主要结构为浸染状结构、粒状结构、针状结构、纤维状结构及斑状结构等。矿石中磁铁矿主要呈自形、半自形细粒浸染状嵌布于脉石矿物中,褐铁矿主要呈针状、纤维状及不规则细粒状与脉石矿物共生嵌布,菱铁矿主要呈不规则粒状集合体与石英、磁铁矿共生嵌布;3 种铁矿物嵌布粒度极细,-0. 040 mm 粒级分布率分别为 94. 23%、85. 06%、66. 79%,-0. 015 mm 粒级分布率分别为 64. 53%、57. 56%、31. 50%,很难完全解离。矿石在磨至-0. 022 mm 占 90%时,磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿的单体解离度分别为 67. 92%、70. 88%、84. 16%,欲使铁矿物充分解离需进一步细磨。依据工艺矿物学研究结果,推荐矿石采用“原矿阶段磨矿—弱磁选—强磁选—反浮选”的选矿工艺。

我国伟晶岩型锂铍稀有金属矿石及其浮选分离研究综述

李思阳刘杰韩跃新张淑敏

2022, 51(12): 129-138.

摘要 ( 61 )

PDF (1486KB) ( 592 )

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伟晶岩型锂铍稀有金属矿是战略性矿产资源;锂铍稀有金属矿石的浮选分离是目前锂矿研究的世界性难题之一。介绍了常见伟晶岩型锂铍稀有金属矿性质及矿物晶体特性,概述了我国伟晶岩型含绿柱石的锂辉石矿石锂铍浮选工艺、浮选药剂及浮选机理等方面研究现状。目前基于浮选药剂作用强化锂铍矿物与脉石表面特性差异, 实现锂辉石与绿柱石的高效分离是细粒浸染型含绿柱石伟晶岩型锂辉石矿石主要的分选方法。锂辉石、绿柱石与主要脉石长石和石英均为硅酸盐矿物,矿物表面特性相近,实现锂铍分离的关键是寻找合适浮选药剂,实现矿物表面选择性溶蚀,扩大锂辉石与绿柱石、目的矿物与脉石矿物的可浮性差异,实现锂铍的综合回收。未来发展趋势是采用基于密度泛函理论 Materials Studio 软件、AFM 等现代检测分析手段深化研究伟晶岩型锂铍稀有金属矿矿石性质和矿物晶体表面的基因特性,采用高效活化剂与抑制剂及联合浮选工艺实现锂辉石和绿柱石的精细化高效分离;此外锂铍浮选捕收剂的低温化、捕收剂阴阳离子混合复配化以及浮选机理研究更加微观量化也是未来的研究发展方向。

非皂化萃取工艺分离稀土研究进展

宋强, 谢贤, 张文杰, 范培强, 谢慧, 马天赐

2022, 51(12): 139-146.

摘要 ( 46 )

PDF (1378KB) ( 332 )

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溶剂萃取法是工业生产中分离纯化稀土最主要的方法,该方法生产了全球绝大部分单一稀土产品,为稀土在其他领域的应用提供保障。随着绿色环保生产理念的深入,传统萃取体系面临巨大挑战,新型绿色萃取体系的研发至关重要。综述了几种非皂化萃取分离稀土的工艺,对协同萃取体系、离子液体萃取体系以及络合萃取体系等进行了对比分析,阐述了不同工艺方法存在的优势和弊端。在此基础上, 介绍了离子印迹、氯化稀土热解以及电解分离等新型非皂化分离稀土的方法。同时,展望了稀土非皂化分离纯化技术研究的发展方向,为更加绿化高效开发利用稀土资源提供借鉴。

滇西北格咱铜多金属矿集区含矿斑岩、不含矿斑岩与全球埃达克岩对比研究

刘学龙, 陈建航, 李守奎, 李方兰, 刘思晗, 李振焕, 曹振梁, 周博文

2022, 51(12): 147-156.

摘要 ( 49 )

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云南格咱铜多金属矿集区是西南三江构造—岩浆岩带中义敦岛弧的重要组成部分,位于义敦岛弧带的南端,是三江多岛弧成矿带内重要的斑岩-矽卡岩型铜钼多金属矿产地之一。系统整理了区内 15 个代表性成矿斑岩体 768 件岩石地球化学数据,依据 Cu 含量分为含矿和不含矿两类数据,并与全球埃达克岩数据进行对比研究。采用大数据分析方法,计算了不同元素含量对比值,进行投图后获得交叠率较好的图件共 14 340 幅。研究表明:格咱铜多金属矿集区斑(玢)岩体具有全球埃达克岩属性,但又独具特点,具有明显的高钾性特征。与以高钾钙性系列和钾玄岩系列为主的中国东部埃达克岩特征相似,该区斑(玢)岩体具有更高的 w( Al₂O₃ )/w( Co)、w( Al₂O₃ )/w( Mo)值;相对于不含矿岩体,含矿岩体中 Ba、V、Ni、Co 等元素的含量区间较为集中, 且 w( Al₂O₃ )/w( Mo)值明显偏低,为格咱铜多金属矿集区岩体含矿性的判别研究提供了科学依据。

基于 NSGA-Ⅲ和道路运输能力饱和度的露天矿卡车调度优化方法

谭正华, 宋港国, 王李管, 文阳, 李国泰

2022, 51(12): 157-164.

摘要 ( 47 )

PDF (1494KB) ( 246 )

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为高效调配露天矿卡车运输,进一步降低矿山企业运输成本,提出一种新的基于 NSGA-Ⅲ和道路运输能力饱和度的露天矿卡车调度优化方法。在车流规划阶段,以卡车总运输量和卡车非作业时间最小为目标,以矿山各生产要素和生产原则为约束,建立多目标数学模型。采用 NSGA-Ⅲ多目标遗传算法进行求解,求解出当前场景下完成矿山任务需要启用的最少卡车数量,以及理想的车流规划。在运输实时调度阶段,提出道路运输能力饱和度的调度策略,并和固定派车法组成综合调度方法来调整车流。在某露天矿实验结果表明:该方法提供了合理的车流规划,在完成道路车流目标的同时,有效减缓了道路的拥挤程度,减少了卡车在装载点和卸载点排队发生的频率,能对矿山系统正常情况和特殊情况进行处理,实现了实时调度卡车排队最优。

基于WSN的多金属矿井下人机定位系统设计

杜富瑞, 陈国良, 谷宝平, 祝代伟, 战凯, 张元生

2022, 51(12): 165-169.

摘要 ( 54 )

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综合运用超宽带通信(UWB)、高速工业以太网络、井下高精度地图及计算机三维展示技术,构建了多金属矿井下人员及车辆无线传感器网络定位系统。系统结合到达时间法( TOA)和卡尔曼滤波,实现了固定基站节点和移动传感器节点之间的精确测距;利用无线传感器网络定位模型,实现了井下人员和车辆位置信息的实时感知。系统可以实时掌握井下人员及车辆的时空分布,监控人员及车辆的运动轨迹, 具有系统部署灵活、响应速度快、鲁棒性好的特点。

基于VMD的TFPF微震数据随机噪声去除方法应用研究

杨勇, 张忠政, 程浩

2022, 51(12): 170-176.

摘要 ( 47 )

PDF (2569KB) ( 254 )

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由于金属矿山复杂的环境条件,微震监测方法所采集的微震数据中含有大量的随机噪声,导致有效信号到时拾取准确性的降低,将严重响应微震源定位的准确性。因此,本文提出了一种基于变分模态分解( VMD)的时频峰值滤波(TFPF)方法,进行微震数据随机噪声去除的应用研究。该方法将微震数据利用 VMD 分解成若干个主频和带宽不同的信号分量,对不同的信号分量选取对应窗长进行 TFPF 随机噪声去除处理,再进行信号重构,以达到压制随机噪声的目的。通过理论和实际数据的测试,验证了 VMD-TFPF 方法去除随机噪声的有效性与优越性。随机噪声的有效去除,对提高微震数据处理的精度具有重要意义。

X荧光在线品位分析仪取样系统研制及应用

周德君, 程小舟

2022, 51(12): 177-183.

摘要 ( 53 )

PDF (2645KB) ( 262 )

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矿浆在线品位分析仪是选矿自动化领域的关键检测设备,取样系统作为在线品位分析仪的核心组件之一,其性能直接影响着品位仪分析测量的结果。目前矿山现场主要采用集中引流式取样系统和近流式取样系统两种取样结构。实际应用中均存在不同程度的堵塞、断流、磨损的情况。针对上述问题,研制了 PFQ-3 型矿浆在线取样系统。系统由提升泵、取样缓冲罐、取样刀口、液位计、阀门、管件、样品盒及电气控制系统组成,融合了近流式取样与集中式取样的优点,系统按照设定的时序逻辑自动周期性完成循环取样工作。在铜陵某选矿厂现场工业试验结果表明,相比较管道式取样系统,该新型矿浆取样系统具有结构简单,传输管路短 ,不易堵塞,取样的实时性及代表性均有了显著的提高,对选厂的生产作业起到了积极指导意义。

三产品磁选机的研制与试验

李梓豪吴俊杰郭小飞岳翔马阳代淑娟

2022, 51(12): 184-188.

摘要 ( 36 )

PDF (1593KB) ( 253 )

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混合型磁赤铁矿通常采用弱磁—强磁阶段磁选工艺进行分选。根据鞍山地区混合型磁赤铁矿的磁性特征,采用复合型磁系设计方法和半闭合式磁系结构,结合重力、离心力和流体曳力等复合力场的综合应用,研制了三产品磁选机,分选筒体内 4 种磁极的表面平均磁场强度由低到高分别为 200. 4、449. 9、529. 5、643. 2 kA/m,能够同步实现磁铁矿的弱磁选和赤铁矿的强磁选。对某 TFe 品位为 32. 89%的混合型磁赤铁矿进行分选试验,在磨矿细度为-0. 074 mm 占 44. 15%的条件下,调整筒体转速、筒体倾角、分散水压分别为 0. 4 m/s、5°和 0. 2 MPa,可获得精矿、中矿、尾矿 TFe 品位分别为 44. 63%、26. 60%、10. 17%,TFe 回收率分别为 72. 14%、20. 98%、6. 88%的指标。研究结果能够为混合型铁矿石的短流程同步磁选提供新的技术途径。

基于流固耦合的雷蒙机主机参数响应面分析

姜兵兵卢伟姚嘉李雪梅陈伟燚

2022, 51(12): 189-195.

摘要 ( 39 )

PDF (2174KB) ( 243 )

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雷蒙机主机部分能量消耗在配套产品中占比很高,以主机入口风速、主轴转速和整机出口压力为参数, 利用 CFD 流体仿真中 DPM 模型进行三因素响应面试验,分析主机压损的变化规律,得出入口风速和主轴转速为压损的显著影响因素。对比主机压损的极限工况,流场的涡流影响会导致主机压损增加。对入口风速和主轴转速进行单因素分析,得出入口风速越小或主轴转速越大,风场流动越稳定,湍流动能变化越小,主机压损越小。研究成品颗粒与风场的耦合作用,颗粒在风场的携带作用下首先在磨辊区获得较大的动能, 并随风场流动向分级机输送,最终在分级机转动形成的局部旋向风场的作用下被选出。研究结果为确定雷蒙机主机参数和分析流固耦合提供了参考。

我国金属矿山热动力灾害防治技术研究现状与展望

高懿伟郭志国张俊郑彪华

2022, 51(12): 196-204.

摘要 ( 48 )

PDF (1397KB) ( 263 )

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热动力灾害是影响金属矿山安全生产的重要因素之一,绿色、经济且高效的金属矿山热动力防治技术对于安全开采工作极为重要。为给我国金属矿山热动力灾害的科学治理提供参考依据,对金属矿山热动力灾害进行了定义和分类,分析了金属矿山热动力灾害的特性,系统阐述了目前我国金属矿山热动力灾害理论与防控技术的研究现状与进展,指出我国金属矿山热动力灾害防治技术现存问题:① 各类热动力灾害之间的耦合孕灾机理尚不明确; ② 次生衍生灾害的临界诱发条件及防控理论研究存在不足;③ 对隐蔽灾害全方位探测的速度及精度有待提高;④ 尚未构建金属矿山热动力灾害一体化协同防治技术体系;⑤ 针对叠加热动力灾害与次生衍生灾害的应急救援方法不成熟;⑥ 缺乏对深部热动力灾害基础理论与防治技术的研究。最后对我国金属矿山热动力灾害防控技术的发展方向进行了展望,指出了我国金属矿山热动力灾害防治技术的重点研究领域:① 金属矿山热动力灾害耦合孕灾基础理论;② 灾害叠加效应与次生衍生灾害诱发机制;③ 金属矿山热动力灾害智能精准监测监控平台;④ 金属矿山热动力灾害 “全面—高效—协同”应急管理体系;⑤ 深部金属矿山热动力灾害复杂致灾机制与综合防控技术。

CuO基化学电阻型气体传感器敏感材料研究进展

陈享享, 刘天豪, 欧阳云飞, 陈勇康, 宋亚霖, 赵思凯, 沈岩柏

2022, 51(12): 205-213.

摘要 ( 49 )

PDF (2362KB) ( 240 )

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在矿业开发过程中可能会产生 CO、NO₂、CH₄、SO₂、CS₂、H₂S 等毒害气体,采用高性能的气体传感器对这些毒害气体的浓度进行实时监测并预警,可以有效保障生产安全。目前半导体式化学电阻型气体传感器的应用最为普遍。而其所采用的金属氧化物气敏材料是决定该类型气体传感器性能的核心因素。近年来 p 型 CuO 气敏材料因具有优异的化学性能和催化活性,在气体传感器领域得到进一步应用。分别阐述了零维、一维、二维、三维结构的纯 CuO 纳米材料的气敏性能,归纳得出该气敏材料仍存在着工作温度高和选择性差的缺陷。针对该缺陷,总结了目前提升 CuO 材料气敏性能的主要三种方法为纳米结构一维化和多孔化、贵金属掺杂、构建异质结复合材料等,并对比分析了不同方法的敏化机理。指出降低传感器的功耗和提升选择性的研究关键在于气敏材料结构的精确调控及功能化、半导体气体传感器件的智能化、材料生长机理及气敏机理的清晰化。气敏材料的研发将推动半导体式化学电阻型气体传感器在矿山的应用,对矿业安全开发具有重要意义。

含软弱夹层边坡地震动力响应及变形破坏机制研究

盛建龙, 严寒冰, 胡斌, 王庭元, 钟卓希

2022, 51(12): 214-220.

摘要 ( 35 )

PDF (1614KB) ( 255 )

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为探究地震对含软弱夹层矿山边坡稳定性的影响,通过 FLAC3D 软件分析了地震作用下含软弱夹层边坡的水平和竖直加速度动力响应特性,以及软弱夹层的存在及其厚度对边坡动力响应特性的影响,并利用拟静力法分析地震加速度对边坡稳定性的影响,最后采用动态强度折减法并结合拟静力分析、地震动力响应特性分析含软弱夹层边坡在地震作用下的失稳模式与破坏机理。研究结果表明:① 在坡体中上部,水平和竖直加速度迅速增大,表现出高程放大效应,在同一高程水平上,坡面加速度大于坡内,表现出趋表效应。 ② 薄软弱夹层对边坡整体的动力响应起到促进作用,厚软弱夹层则是起抑制作用;薄软弱夹层边坡加速度最大值出现在坡肩处,厚软弱夹层边坡加速度最大值出现在软弱夹层与坡面的交界处。 ③ 边坡安全系数随水平、竖向地震惯性力的增大而减小。 ④ 含软弱夹层边坡在地震作用的失稳模式为“沿软弱夹层发生层间平面滑动—拉裂破坏”; 软弱夹层使地震波发生反射和折射,是影响边坡动力响应特性的主要原因,也是边坡失稳的内在原因。

基于二次逆可靠度分析方法的边坡稳定性研究

高乐星梁斌吴政贺敏

2022, 51(12): 221-225.

摘要 ( 41 )

PDF (1357KB) ( 245 )

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通常边坡工程中大部分的可靠度求解都是正向问题,即在已知边坡参数信息的前提下计算可靠度指标。但是随着工程上可靠度指标的变化,其相应的设计参数也应发生改变。基于反向推演工程参数的需要,本研究在一次逆可靠度的基础上,进一步提出了二次逆可靠度方法,结合极限平衡理论中的简化 Bishop 法,建立了基于二次逆可靠度的边坡稳定性分析方法并给出具体求解流程。将其运用至实际工程 ,结果表明:因考虑了边坡参数的不确定性,该方法不仅能适应工程目标可靠度指标的变化,并且相对于应用广泛的一次逆可靠度法而言,其精度有所提高, 更能精确控制工程的失效风险和成本。

南芬露天铁矿排土场高陡边坡稳定性分析及监测设计

王嘉, 王敬翔, 张慧, 卜庆涛, 董强, 陶志刚

2022, 51(12): 226-232.

摘要 ( 91 )

PDF (3128KB) ( 281 )

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为了研究南芬露天铁矿 2 号排土场高陡边坡的稳定性,深入分析了 2 号排土场工程地质资料,结合现场调查,建立了典型剖面的数值计算模型,运用 FLAC3D 数值分析软件进行数值模拟计算,再现了边坡破坏演化过程。通过分析数值计算结果可以得到:① 排土场边坡应力分布状态与层状堆积状态基本一致,边坡首先沿潜在滑裂面下部产生剪切破坏,而后在潜在滑裂面上部表现出张拉破坏,最后形成贯通滑裂面;② 排土场边坡首先发生变形的区域位于坡体中下部,最大位移量约为 265 mm,该区域为边坡变形的主控部位, 其次坡顶也发生较大变形,最大变形量约为 200 mm,据此得出边坡变形敏感区域位于坡顶和坡体中下部,应对这些区域加强监测。根据研究结果,对排土场边坡变形监测方案进行优化设计,并应用到工程实际中,取得很好的应用效果。

相邻复杂矿体开采过程对地表稳定性的时空影响研究

王辉镜, 许威

2022, 51(12): 233-237.

摘要 ( 43 )

PDF (1928KB) ( 254 )

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为探究相邻复杂矿体开采过程与地表稳定性的时空规律,提出了考虑开采过程的 Flac3D 三维数值模拟计算方法。以冷水坑银铅锌矿田内 3 座相邻且中段下降速度不同的矿山为例,建立了银珠山矿业、银海矿业、鲍家矿业的矿体与围岩模型。通过井下调查、钻探取样、室内试验,获得了矿岩 / 充填体的物理力学参数,根据井田内各矿山的排采计划,设计了符合实际情况的计算工况并进行了数值模拟计算。研究结果表明:① 冷水坑银铅锌矿田各矿山采用嗣后充填采矿法且保证充填质量的前提下,矿体开采对地表无显著不利影响;② 开采过程与地表变形参数在时空上呈双参数指数函数递增规律,且在 2025—2035 年和 2037—2041 年两个重点生产时段可能出现地表变形显著增大的情况。研究成果对于冷水坑银铅锌矿田内的矿山开采方案设计、安全生产管理具有一定的参考意义。

基于BWM-DEMATEL-VIKOR 模型的尾矿库风险评价

王焕, 郑欣, 于雁武, 许开立

2022, 51(12): 238-245.

摘要 ( 65 )

PDF (1924KB) ( 646 )

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我国尾矿库数量众多,近年来尾矿库溃坝事故时有发生,一旦溃坝会造成比较严重的人员伤亡和财产损失,因此对尾矿库风险进行科学的评估具有重要的现实意义。本文首先建立尾矿库风险评价指标体系,并给出各指标分级标准;其次,既考虑各指标对尾矿库风险的影响程度,又考虑各指标之间的结构重要度,将最优最劣法 (BWM)与决策实验室法(DEMATEL)结合,构建指标权重评价模型,同时又对各指标之间的因果耦合关系进行了分析,得到影响尾矿库安全的本质因素:安全投入占比、安全教育培训、事故应急救援、安全管理机构、事故监测预警、堆积容量;容易受到影响并可作为监测指标的因素:浸润线高度、干滩长度、排渗设施完好率、管涌、流土出现地点数、安全超高、排洪设施完好率;最后采用多准则妥协解排序方法( VIKOR)对尾矿库溃坝风险进行评价。以付冲沟尾矿库为实例进行分析,风险等级为Ⅱ级(较安全),与实际情况相符,证明该模型可用于尾矿库风险评价。

超细化铁尾矿—钢渣水泥基复合材料的制备及其性能研究

李华伟, 王荣, 王玉林, 黎恒杆

2022, 51(12): 246-252.

摘要 ( 52 )

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尾矿资源及冶金固废大量堆存,未能高效利用,从而造成了空气、土壤污染等重大环保问题。针对低活性的铁尾矿、钢渣固废材料,对铁尾矿进行超细化处理,并以经济简单的方式处理钢渣,用以制备复合胶凝材料。通过固定铁尾矿、钢渣复合体系的总掺量,研究了不同比例超细化铁尾矿、钢渣对复合胶凝材料体系力学性能与抗侵蚀性能的影响;利用扫描电镜(SEM)和 X 射线衍射仪(XRD)等微观手段,开展了铁尾矿—钢渣—水泥基三元复合胶凝材料的侵蚀机理及水化机理研究。研究表明:120 min 的研磨时间可制得中值粒径为 0. 89 μm 的超细化铁尾矿;当超细铁尾矿 ∶钢渣为 1 ∶3 时,所制备的复合体系 3 d、28 d 抗压强度为 9. 7 MPa、29. 8 MPa;钢渣的碱度有利于激发超细化铁尾矿中硅铝相的活性,所产生的协同效应有利于促进复合体系中水化产物的生成,提升结构性能。出于对材料力学与耐久性能的综合考虑,超细化铁尾矿 ∶钢渣 ∶水泥的掺入比例建议为 1 ∶3 ∶6。若对所制备材料的抗侵蚀性能要求较高,可以适当提升超细化铁尾矿的掺入比例,但不宜超过胶凝材料总量的 20%。

高硫尾矿制备复合掺合料及对混凝土性能的影响

王周和, 丁鹏, 彭时忠, 孟翔, 刘娟红

2022, 51(12): 253-258.

摘要 ( 44 )

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通过机械研磨、添加激发剂和化学改性剂,对高硫尾矿进行活性激发并改性,使用高硫尾矿与矿粉协同作用制备复合掺合料,并用于 C30 混凝土的制备,研究高硫尾矿对混凝土工作性能、物理力学性能和耐久性能的影响。结果表明,当高硫尾矿粉用量不高于胶凝材料总用量的 30%时,可以有效改善混凝土的工作性能;混凝土 28 d 抗压强度随高硫尾矿粉用量的增加而降低,但均可达到同等用量粉煤灰-矿粉组强度,且混凝土长龄期抗压强度仍稳定增长;由高硫尾矿粉制备而成的混凝土具有良好的耐久性能(抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻性能)。

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