金属矿山

顾清华, 李学现, 卢才武, 阮顺领, 江松

2023, 52(05): 1-13.

摘要 ( 846 )

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随着智能化开采技术的不断发展,矿山开采模式需要不断革新,目前我国露天矿智能化建设存在不少问题亟待解决,传统的采矿设计和工艺已不能适应无人驾驶、新能源等智能装备的发展,“双碳”背景下对原有的生产模式和装备提出了新的挑战。通过回顾露天矿智能化建设的现状,重点围绕“双碳”背景下露天矿低碳智能开采转型升级问题,探索了一种低碳、连续、高效、安全的露天矿智能化建设新模式———CDEC 采矿模式。该模式内涵包含 4 个方面,即清洁能源开发及碳封存与利用( Carbon)、露天矿开采设计的新理念( Design)、新能源智能装备定制化方案 (Equipment)以及露天矿无人连续生产工艺(Continuous)。随后分别从构建多能互补的可再生能源系统、探索露天矿山低碳连续生产工艺、开发碳封存与生态碳汇技术体系 3 个方面探讨了该模式的技术路径。最终实现“可再生能源利用+新能源装备+碳封存与利用”的绿色能源供给利用方式,形成“移动缓冲装载机(可选) +无人驾驶+破碎系统+皮带运输或升降装置”的无人连续生产工艺,为“双碳”背景下露天矿智能化建设提供指导。

超高水材料充填减灾减损绿色开采理论与技术进展及展望

王方田, 刘超, 郝文华, 胡世杰, 冯光明, 李怀展, 郭广礼

2023, 52(05): 14-30.

摘要 ( 125 )

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深部煤层安全高效开采与生态环境保护是当前煤炭资源绿色开采的重大难题之一。充填开采对于防治深井动力冲击灾害、减少地表下沉、保护生态环境具有显著成效,其中超高水材料水体积比高,充填开采具有工艺简单、适应性强、用料少、充填率高等特点,可有效解决地面环境保护与煤炭资源开采破坏之间的突出矛盾,符合煤炭资源减灾减损绿色智能开采新发展理念的要求。在总结充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,阐明了超高水材料充填开采的技术原理、工艺流程及材料性能;重点从充填开采地表沉陷控制“充填体—煤柱”及“充填体—支架— 煤体”协同承载等方面揭示了充填开采动力灾害防治机理;提出了减灾减损绿色开采动力灾害防治、智能化感知、地表形变监测与预计及充填装备智能化控制等关键技术,在山东义能煤矿成功进行了超高水材料充填开采实践,并实现了“三下”深部煤层安全高效智能绿色开采。为推进生态文明建设与环境保护,实现现代化矿井减灾减损绿色开采,展望了超高水材料充填开采研究方向为:深化深部超高水材料充填开采岩层控制基础理论、提高超高水材料充填开采技术智能化水平,创新超高水充填与煤系共伴生资源协同开采技术体系,联合超高水材料充填开采与碳捕获、封存及再利用技术,优化智能化绿色开采监测评估体系与方法,为实现深部资源绿色化开采提供科学依据。

金属矿充填固化过程监测研究现状及展望

王勇, 李健, 王珍岐, 那庆, 毕成, 吴爱祥

2023, 52(05): 31-44.

摘要 ( 88 )

PDF (5139KB) ( 713 )

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充填采矿技术是金属矿绿色高质量发展的重要支撑技术,课题组在充填领域提出了“充填固化过程监测”分支研究方向,旨在突破金属矿充填采场原位强度难以监测表征的瓶颈问题。结合课题组相关研究进展,总结凝练了金属矿充填固化理论与应用研究的技术思路,并从充填固化过程多场性能监测技术、多场性能演化规律、多场性能发生机理、多场性能关联机制、充填体强度—多场性能表征模型、充填固化过程数值模拟以及工程应用等方面系统阐述了金属矿充填固化过程多场性能监测理论和应用的研究现状。在上述分析的基础上,从理论、技术、装置 3 个层面展望了未来发展方向,认为后续需要攻克的重点分别为:真实采场全域数值仿真,基于固化过程监测的充填体安全预警技术,无线化、精准化与低价化的固化过程监测传感器研制及工程推广应用。

基于随钻测量的岩体结构与力学参数表征研究进展

于庆磊, 王宇恒, 李友, 曹永胜, 蒲江涌

2023, 52(05): 45-58.

摘要 ( 195 )

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岩体结构识别和力学参数表征是岩石力学领域的基础问题,是金属矿山开采设计的重要依据。由于天然岩体结构的复杂性,岩体力学参数确定一直是岩石力学的难点。随钻测量技术作为一种便捷、快速的原位连续测量方法,能够利用钻孔过程中钻头的动力学响应,评价岩体结构特征和力学性质,配合钻爆法施工,具有不可比拟的优势。国内外学者进行了大量的研究工作,取得了许多研究成果。回顾了 20 世纪 70 年代至今的随钻测量研究成果和最新研究进展,从随钻测量技术研究的相关试验设备、随钻测量表征岩体结构、随钻测量表征岩石强度三方面进行了较系统地综述,分析了已有研究工作存在的不足,最后结合课题组的工作和认识,指出了随钻测量技术可能的发展方向,为该技术的后续应用与研究提供参考。

智能爆破的基本概念与研究内容

吴春平, 汪旭光

2023, 52(05): 59-63.

摘要 ( 114 )

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任何新的理论都有适用范围,并要给出准确的定义,才能正确指导其发展方向。发展智能爆破已经成为业界的共识,但是如何定义智能爆破,以及智能爆破应该研究哪些内容,业内尚无定论。根据“智能”的外延、内涵及“爆破”的研究范畴,阐明了“智能爆破”定义:采用 5G、人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术,将爆破的设计、施工、管理、服务等各环节生产活动相联结与融合,建立具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能特性的综合集成爆破技术,解决以往需要人类专家才能处理的爆破问题,达到安全、绿色、智能、高效的工程目的。在此基础上,明确了智能爆破的主要研究内容,包括:智能爆破的理论与方法、爆破过程多元异质信息采集与挖掘技术,爆破环境的智能感知技术,高度智能化的爆破施工设备与技术,爆破信息的传输、交互与处理技术,并讨论了智能爆破的典型工程应用场景。最后指出了今后一段时期智能爆破的发展方向,供相关研究参考。

岩石钻孔爆破能量调控理论与应用技术研究进展

冷振东, 高启栋, 卢文波, 陈明, 周桂松, 范勇

2023, 52(05): 64-76.

摘要 ( 448 )

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岩石钻孔爆破过程涉及复杂的温度—流体—应力—化学( T—H—M—C)耦合过程的相互作用,其实质是炸药能量释放、传输与转化过程,研究爆破能量调控理论与技术对于提高炸药能量利用率、降低有害效应具有重要意义。聚焦炸药非理想爆轰模型、炸药与岩石的相互作用机制、爆破能量传输模型、爆破能量分配规律等方面,系统梳理了岩石钻孔爆破中炸药能量释放、传输与转化机理方面的研究进展。研究表明:炸药爆破破岩的能量利用率依赖于整个爆轰波的压力分布,炸药非理想爆轰时有相当一部分能量在波后稀疏波内释放;传统的波阻抗匹配理论对爆破破岩过程的描述过于简化,并不能合理地描述炸药和岩石之间的能量传输过程;可以从炸药能量的释放过程和传输转化两个环节实现对爆破能量的调控,主要有基于性能可调炸药的爆破能量调控技术、基于电子雷管精确延时的爆破能量调控技术、基于起爆位置和起爆方式的爆破能量调控技术、基于装药结构优化的爆破能量调控技术等。在上述分析的基础上,总结了岩石钻孔爆破能量调控理论与应用技术的发展现状及存在的主要问题,并探讨了该技术的研究发展趋势。

钻孔爆破条件下乳化炸药的压力减敏现象研究进展

程扬帆, 朱守军, 李子涵, 韦箫, 李翔, 姚颖康

2023, 52(05): 77-85.

摘要 ( 59 )

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乳化炸药泛指一类用乳化技术制备的油包水型抗水工业炸药。在深孔和深水爆破作业中,炮孔中的乳化炸药会受到静态压力作用;在延迟爆破中,先起爆的乳化炸药产生的冲击波会对尚未起爆的乳化炸药产生动载荷问题。乳化炸药在受到外界压力作用时,其内部的敏化气泡容易遭到破坏,并且敏化气泡周围的乳胶基质会局部破乳,造成炸药“拒爆”或“半爆”,这一现象就是“压力减敏”。调研了国内外有关动、静压力作用下乳化炸药的压力减敏研究现状,系统总结了压力减敏的研究方法、影响因素和应对措施。研究成果有助于提高矿山爆破开采的安全性和施工效率,同时可为未来乳化炸药的压力减敏研究提供参考。

尾矿坝漫顶侵蚀破坏机理及过程研究进展与展望

敬小非, 毛菁鑫, 李小双, 谢东旭, 聂闻, 巫尚蔚

2023, 52(05): 86-96.

摘要 ( 64 )

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洪水漫顶是尾矿库事故的主要类型之一,深入认识尾矿坝漫顶侵蚀破坏机理及过程对于促进尾矿库防灾减灾具有重要意义。为探析尾矿坝漫顶破坏机理,有效预测洪水漫顶事故灾害过程,近年来诸多学者进行了深入研究,涌现出了一系列优秀成果,为尾矿坝洪水漫顶灾害防治提供了科学指导。对国内外尾矿坝漫顶破坏研究成果进行了梳理和归纳,从模型试验、数学模型、数值模拟等方面深入剖析了尾矿坝漫顶侵蚀破坏研究进展,研究结果阐明了漫顶水流作用下尾矿坝溃口发展与尾砂流下泄演进的时空规律,揭示了尾矿坝漫顶侵蚀破坏机理。但也存在诸多不足之处:① 在物理模型试验方面,目前主要通过单因素试验进行溃坝过程与影响分析,没有充分考虑坝体堆积方式、边界条件、材料力学特性等多因素耦合影响,导致试验结果与实际情况存在较大误差。 ② 在数学模型分析方面, 现阶段仍借鉴土石坝的理论与公式,但尾矿坝与土石坝存在结构形状、坝体材料、堆筑工艺及库容等区别,形成的泥石流性质也存在各种差异,得出的结论与真实尾矿坝漫顶溃坝存在较大误差;其次目前的尾矿库漫顶溃坝预测数学模型均考虑的是未加筋尾矿坝的洪水漫顶破坏预测,而筋带对尾矿坝的洪水漫顶溃口发展将具有重要影响。 ③ 在数值模拟计算方面,由于地形实测资料存在精度偏差和缺少相对应的大尺度模型试验验证,导致其计算结果的可信度难以保证。针对以上问题,展望了未来的研究方向:① 采用多尺度试验模型,将大尺寸模型试验与小比尺试验相结合进行探究与相互验证;② 研制更为精密的新型土壤采集仪器获取土壤侵蚀系数,完善现有的土壤侵蚀速率模型;③ 以多因素耦合作用下的尾矿坝漫顶溃坝侵蚀过程的模型试验为基础,开发更为完备的数学模型进行数值模拟计算。

胶结充填体—围岩组合体剪切强度与破坏特征

卢宏建, 武晓军, 蔡晓盛, 王奕仁

2023, 52(05): 97-103.

摘要 ( 81 )

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为研究对充填采场稳定性具有重要意义的采场充填体与围岩组合体的剪切强度与破坏特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出胶结充填体—围岩组合体力学模型,提出了基于摩尔应力圆公切线法与摩尔-库伦强度准则确定组合体抗剪强度参数的计算方法。通过不同围压下的组合体 ANSYS 数值模拟试验,对不同胶结面倾角的充填体—围岩组合体剪切强度与破坏特性进行了研究。结果表明:胶结面倾角为 0° ~ 15° 时,组合体破坏主要发生在充填体区域,破坏模式为张拉—剪切复合破坏;胶结面倾角为 30° ~ 60°时,组合体破坏发生在充填体和接触面区域,破坏模式为剪切破坏,随着围压增加,组合面会发生滑移现象,随着胶结倾角增加,剪切破坏面逐渐与胶结面重合;胶结面倾角为 75° ~ 90°时,组合体最终的破坏方式主要为充填体的剪切破坏。研究结果拓展了充填体—围岩组合体剪切强度参数获取方法,揭示了不同接触面倾角充填体—围岩组合体的破坏特征,可为地下充填采场稳定性分析提供理论支持。

露天金矿边坡稳态数值分析及开采深度优化

陶志刚, 张慧, 成乐, 杨晓杰, 史广诚

2023, 52(05): 104-112.

摘要 ( 69 )

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随着矿山开采深度不断加大,对于安全开采深度的研究愈发重要。当前主要通过极限平衡法对边坡稳定性进行分析,针对精确分析结构面的稳定性状态研究较少。针对长山壕金矿东北采场开采现状,通过现场工程地质条件及岩体完整性调查,对边坡倾倒失稳破坏特征进行了详细分析。运用 3DMine 软件并根据现场工程地质调查数据及历史钻孔编录数据建立了矿区东北采场的复杂三维整体模型,对当前开采设计条件下的边坡最终状态模型的稳定性进行了分析。基于非连续变形分析( Discontinuous Deformation Analysis,DDA)法建立了采场北帮 5 个剖面模型,对该模型当前开采状态和不同开挖深度下的边坡稳定性进行了分析。结果表明:东北采场地质构造复杂,节理裂隙发育,岩体极破碎,是北帮边坡发生变形破坏的关键因素;当前开采设计方案在开挖施工过程中会造成边坡失稳破坏;通过 DDA 模型分析,验证了实际推测的破坏情况,模拟出了不同开挖深度工况下的稳定性情况,在坑底距离最终设计境界 84 m 时出现临界深度,为露天矿山开采设计提供了相关借鉴。

基于数码电子雷管的岩巷爆破掘进炮孔密度优化方法

王雁冰, 王国豪, 鲍舟琦, 谢平, 张英豪

2023, 52(05): 113-121.

摘要 ( 154 )

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岩巷掘进中大部分工程的炮孔密度为 5 个/ m2,较高的打孔数在一定程度上制约了岩巷掘进效率。如何在保证爆破效率的前提下降低打孔数成为目前亟待解决的难题。从文献检索和现场试验方面开展相关研究,通过对煤矿以及金属矿巷道掘进相关文献的整理,分析了断面尺寸、断面面积、炮孔密度和掏槽区域面积占比等多个维度,同时对掏槽面积占比与炮孔密度进行了线性拟合。研究结果表明:在实际工程案例中,掏槽面积占比越大,往往炮孔密度越低。由此提出了一种结合数码电子雷管的掏槽区域上下分区的炮孔布置方案,并将其应用于淮南顾北煤矿。试验结果表明:对比原方案,新方案炮孔利用率最高提升了 14. 34%,炮孔数目最高降低了 28. 33%,循环周期由原来的 10. 8 h 降为最低 9. 9 h,能大幅提升巷道掘进月进尺,有望在岩巷掘进施工中推广应用。

新型有机抑制剂对萤石和方解石浮选分离的影响及作用机理

周贺鹏, 吴寒丹, 龚磊, 唐学昆, 罗仙平

2023, 52(05): 122-128.

摘要 ( 71 )

PDF (2018KB) ( 391 )

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萤石与方解石具有类似的表面性质,即相同的活性钙质点,导致 2 种矿物在浮选过程中的分离十分困难。首次提出采用环保型水溶性膦酸盐乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)作抑制剂强化萤石与方解石的浮选分离, 并开展了相关的浮选试验。研究结果表明,在矿浆 pH 值为 7 ~ 9 的条件下,EDTMPS 可有效抑制方解石的上浮,而对萤石的浮选行为影响较小,人工混合矿浮选试验验证了采用 EDTMPS 作为抑制剂可实现方解石与萤石的分离。对 EDTMPS 抑制剂实现方解石与萤石分离的机理进行了研究分析,发现 EDTMPS 分子结构中的膦酸根离子与方解石表面的钙离子发生化学吸附,阻碍了油酸根离子的进一步吸附,相比较而言,EDTMPS 在萤石表面的吸附极小,对其可浮性的影响很小。 EDTMPS 抑制剂可选择性抑制方解石,在方解石与萤石的浮选分离中具有广泛的应用前景。

Ca( Ⅱ ) -XG 配合物选择性絮凝赤铁矿与石英的作用机理

杨志超, 韩英棋, 滕青, 张郭阳

2023, 52(05): 129-136.

摘要 ( 50 )

PDF (2337KB) ( 391 )

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Ca(Ⅱ )为凝聚剂、黄原胶为絮凝剂的赤铁矿与石英选择性絮凝分选体系中,Ca( Ⅱ )不可避免会与黄原胶形成配合物(Ca(Ⅱ )-XG),研究 Ca(Ⅱ )-XG 选择性絮凝分离赤铁矿与石英对赤铁矿石选择性絮凝提质具有重要意义。通过矿物沉降试验并结合显微镜观察、Zeta 电位、溶液化学计算与红外光谱分析对 Ca( Ⅱ )-XG 选择性絮凝分离赤铁矿与石英行为规律及作用机理进行了研究。矿物絮凝沉降试验结果表明:以黄原胶为絮凝剂,赤铁矿与石英沉降差异随矿浆 pH 值增加逐渐减弱,Ca(Ⅱ )对赤铁矿与石英凝聚沉降差异不大;黄原胶与 CaCl2 质量比为 1 ∶9 时生成的配合物对赤铁矿和石英表现出较强的选择性絮凝作用,pH 值为 2 时两者沉降率差异最大,分别为 85%和 30%。显微镜观察结果证实,配合物絮凝赤铁矿颗粒可形成较大絮体,石英颗粒基本不发生团聚。 Zeta 电位、溶液化学计算与红外光谱分析结果表明:配合物与赤铁矿、石英间均存在静电引力与化学吸附作用,且配合物与赤铁矿间的化学作用较配合物与石英的作用强。基于试验结果与分析,绘制了配合物选择性絮凝赤铁矿与石英模型图。因此,通过调整配合物中黄原胶与 Ca(Ⅱ )配比及矿浆 pH 值,可实现赤铁矿和石英矿物颗粒选择性絮凝分离,为赤铁矿选择性絮凝分选提供新的策略和理论指导。

基于 EDEM 的搅拌磨机内介质碰撞特征研究

李国峰, 李椿楠, 刘立伟, 栗艳锋

2023, 52(05): 137-143.

摘要 ( 115 )

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与球磨机相比,搅拌磨机更适用于矿石细磨。在实际磨矿过程中,搅拌磨机内部的工作状态难以直接测量,借助模拟仿真技术对其进行剖析已成为该领域的重要研究方法之一。以实验室立式搅拌磨机为原型,采用 EDEM 离散元模拟软件对搅拌磨机内介质碰撞特征进行分析,系统考察了介质配比、充填率、搅拌器转速等工艺参数对搅拌磨机内介质运动速度和介质间碰撞次数、碰撞力、碰撞能的影响规律。结果表明,ϕ5 mm 和 ϕ3 mm 介质配比越大,介质运动速度、碰撞最大法向力、碰撞能越大,介质间碰撞次数越少;随着充填率的增加,介质间碰撞次数逐渐增加,介质运动速度、碰撞最大法向力、碰撞能逐渐减小;随着搅拌器转速的增加,介质运动速度、碰撞次数、碰撞最大法向力、碰撞能均呈增加趋势。研究结果揭示了搅拌磨机内介质的运动状态,对适宜磨矿工艺参数的选取有一定的指导意义。

岩石真三轴分级加载声发射与波速演化规律试验研究

李楠, 陈鹏, 李炎, 蔡超, 唐振宇, 杨丛鑫

2023, 52(05): 144-154.

摘要 ( 54 )

PDF (3968KB) ( 444 )

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为研究岩石在真三轴分级加载过程中声发射特性与超声波波速演化规律两者间的关系,采用自主研发的岩石真三轴试验机、声发射监测系统及超声波测试系统,开展了岩石真三轴分级加载声发射定位监测及超声波测试试验。研究表明:声发射累计能量与累计计数变化趋势可作为岩石破裂前兆信息,第 1 阶段随着岩石压密其增幅较小;第 2、3、4 阶段砂岩内部裂隙开始发育其增幅缓慢增加;第 5 阶段为砂岩破坏的主要阶段其增幅超过 80%,推断第 5 阶段砂岩由于应力达到峰值强度而失稳破坏。声发射定位可以很好地表征裂缝形态与扩展规律。第 1、2、3 阶段, 砂岩内部极少产生声发射定位事件且分布较为分散。第 4、5 阶段,声发射定位事件大量产生并集中于最小和中间主应力方向两侧的破裂面与破碎带上。超声波波速变化对于岩石内部变形破坏以及裂缝扩展具有良好响应。加载过程岩石波速具有各向异性,最大主应力方向随岩石压密波速增加,压密程度降低波速增速降低;中间主应力方向波速随岩石压密升高,之后随岩石形成破裂面降低;最小主应力方向波速则首先随岩石压密升高,然后随岩石形成贯通破裂面,并伴随有破碎带导致波速迅速衰减骤降至较低水平。

水对石英砂岩微波辐射升温损伤的影响规律研究

陈登红, 汪朝家, 王智鹏, 鲁德沛, 汤允迎, 杨波

2023, 52(05): 155-164.

摘要 ( 39 )

PDF (2919KB) ( 439 )

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相较于钻爆法与机械破岩方法,微波辅助破岩因其具有选择性加热、效率高、可控性强等诸多优点,被认为是硬岩开掘的一种极具前景的新方法。为探寻水对较低吸波能力的石英砂岩微波辐射辅助破岩效果的影响,采用功率 1. 4 kW 微波对不同含水率石英砂岩辐射 0~ 300 s 探究其升温、损伤与含水率之间的关系,通过波速表征的损伤因子 Dm、微波辐射后表面温差 FT 和巴西劈裂抗拉强度 σt 综合分析了其升温损伤影响规律。研究结果表明:微波辐射干燥状态下石英砂岩呈现前期快速升温、后期趋缓趋稳且温差先增加后减小的变化趋势;除了饱和水外,不同含水率试件辐射 90 s 时升温速率由快趋缓且在吸水 6 h 处(平均含水率 1. 88%)拉开差距;FT、Dm 及 σt 的变化幅度并不随浸水时长的升高而梯度变化,其中浸水 4~ 6 h(含水率 1. 69% ~ 1. 88%)为波速及其表征的损伤因子 Dm 出现下降与升高的“拐点”,前者平均降幅增加了 5. 18%,后者增加了 0. 092,σt 下降了 25. 9%;岩石微波场内的升温损伤过程是水—岩耦合影响下的多尺度、多介质综合响应结果,特定的含水率(1. 69% ~ 1. 88%)和辐射时长(90 s 以上)能够促进石英砂岩吸收微波后热应力梯度的产生,从而造成孔隙损伤、极限抗拉强度降低,使其更易破坏。分析结果可为类似条件下水对硬岩微波辐射升温损伤的研究分析提供可靠的借鉴。

深部破碎巷道地压灾害综合监测预警系统开发与应用

王文杰, 霍春泽, 杨金维, 寇永渊

2023, 52(05): 165-174.

摘要 ( 53 )

PDF (2843KB) ( 400 )

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针对矿山进入深部开采后易发生的地压灾害问题,在浏览器/ 服务器( B / S)分层架构设计理念的基础上,结合连接池、多线程、前后端分离等技术,开发了声发射、应力、位移、微震物联网多源信息的地压灾害综合监测预警系统。利用累计差量指标和模糊综合评价算法对声发射参数进行分析,建立了声发射多指标预警模型,并将其嵌入 Quartz 定时任务框架中,实现了声发射监测数据实时化与风险预警智能化的融合。通过在金川二矿区 1 018 m 水平Ⅴ 盘区 2 分层采场内充填体顶板进行灾害实时监测预警试验,结果表明:声发射累计差量多指标综合预警模型的预警结果与现场实际一致,克服了单一指标预警片面的缺陷,提高了预警的可靠性;该系统实现了不同类型设备的远程配置以及监测数据的自动采集、分析、预警、可视化等功能,对深部破碎巷道地压灾害监测与预警有重要的指导意义。

矿井工作面透射探测信号同步传输系统设计与开发

许献磊, 李菁淋, 郭爱军, 张迪, 梁鹏

2023, 52(05): 175-184.

摘要 ( 53 )

PDF (6297KB) ( 377 )

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矿井地质透明化是煤炭智能开采的基础保障,基于地质雷达的 CT 透射探测可实现大跨度(80 ~ 300 m) 开采区内隐伏致灾体的高精度探测,地质雷达纳秒级高频同步脉冲信号和人员通信信息能否实现长距离实时移动传输,直接决定了大跨度工作面地质雷达 CT 透射探测的工作效率和探测精度。针对信号传输效率低、难以同步的难题,提出了一种基于地质雷达的矿井工作面 CT 透射探测光纤传输与通信控制方案,设计开发了智能化信号同步传输通信系统,采用 STM32F407 作为主控芯片辅以语音采集与播放电路、光电转换及传输电路等构成通信系统的硬件部分,基于 Keil uVision5 开发环境设计开发了通信系统的控制软件部分,形成了通信手持终端样机,旨在实现矿井工作面 CT 透射探测光纤传输与同步通信。测试结果表明:该系统在矿井条件下的实时传输距离可达到 6 000 m,地质雷达高频同步信号和语音信号的传输延迟时间分别为 5. 93 ns / m 和 1. 9 ms / m。与现有的传输通信方式相比,该系统简化了雷达系统结构,实现了地质雷达高频同步信号和语音信号的长距离实时移动传输,为构建矿井地质安全保障平台提供了技术支撑。

岩体多源声学设备在地压与顶板灾害监测防控中的应用

董陇军, 闫先航, 裴重伟, 孙道元

2023, 52(05): 185-194.

摘要 ( 63 )

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随着矿山开采深度增加,井下开采条件趋于复杂,开采过程中易形成冒顶、片帮、塌方等地压问题。岩体多源声学监测技术是利用声学设备对岩石材料内部破裂信号与多源外界扰动的声学信号进行监测与分析,对岩石材料内部的动态破坏行为进行无损检测的技术。相对其他监测设备具有频段广、震源定位精度高、精准辨识危险区域、失稳灾害多指标联合预警的特点,特别是变“噪”为“用”,将大量爆破、凿岩等噪声信号经过定位和辨识后用于波速场成像,能够突破传统监测方式“点”和“线”监测的技术缺陷,实现了向“场”和“体”监测与识别的转变。在分析岩石材料内部破裂信号与多源外界扰动声学信号传播原理的基础上,将课题组自主研发的岩体多源声学监测系统应用于陕西震奥鼎盛铅锌矿与金川集团二矿区。采用波速场成像与岩体多源声学参数对采空区顶板和充填体顶板稳定性进行了实时监测与分析,总结了该系统在地压与顶板灾害监测防控方面的应用成果,构建了地压与顶板失稳灾害识别和预警建议体系。研究表明:通过岩体多源声学监测系统对监测区域进行波速场成像并结合岩体多源声学参数分析,可以直观且有效地在监测区域中发现波速场与岩体多源声学参数的异常位置,并实时反映开采过程中顶板的健康状况,对灾害监测防控起到了至关重要的作用。值得注意的是,即使监测结果暂时显示顶板较为稳定,但是其稳定性会受开采流程、充填体下沉和分层等影响,进一步可能会有能量、震级较大的事件发生。因此,需要将现场实际情况、开采计划与岩体多源声学参数变化情况相结合,并在现场排查相关隐患,结合集中领导组织与统筹安排管理,提升矿山灾害多源声学智能监测与预警水平。

基于 Matlab 的爆破降尘效果定量化分析软件开发及应用

汪泉, 杨礼澳, 李烨, 黄小明, 李瑞

2023, 52(05): 195-201.

摘要 ( 59 )

PDF (2953KB) ( 398 )

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露天矿山在开采过程中会产生大量的粉尘,且具有扩散快、浓度高、瞬时性等特点,危害现场工作人员的身体健康,对环境带来的污染也是不可忽视的。近年来有学者针对爆破粉尘运动规律及降尘技术开展了较多研究,但由于具体的爆破降尘效果数据检测较为繁琐,且精确度不足,导致目前对于露天矿山爆破降尘作业效果尚未形成一套较为完善的定量化评价体系。对此,根据露天矿山环境特点分析了图像灰度值与粉尘浓度之间的关系,并结合露天矿山爆破粉尘主要集中于爆破后形成的粉尘团中的规律,采用图像分析手段并基于 Matlab 软件设计开发了一款爆破降尘效果定量化分析软件。该软件可以根据给定的爆破粉尘图像信息计算降尘爆破的降尘效率,展现粉尘浓度的空间分布,并以安徽海螺集团某露天矿山为研究对象进行了现场应用。结果表明:该款软件对降尘效率的计算误差<8%,且操作流程较为便捷,满足实际检测需求。该款软件可以定量化分析爆破降尘效果,为爆破降尘作业效果评估与优化提供了可靠依据。

基于灰色关联分析和 SSA-RF 模型的岩爆等级预测

满轲, 武立文, 刘晓丽, 宋志飞, 柳宗旭, 刘汭琳, 曹子祥

2023, 52(05): 202-212.

摘要 ( 48 )

PDF (1954KB) ( 382 )

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矿山巷道、交通隧道等工程中岩爆灾害频发,岩爆预测变得尤为重要。为了提高岩爆等级的预测准确率和预测模型泛化性,提出了一种采用麻雀搜索算法(SSA)优化随机森林算法(RF)模型的 SSA-RF 模型。考虑岩爆等级预测指标的合理性,综合岩爆成因特点并根据灰色关联分析结果进行 4 组方案比选以确定最佳预测指标组合,采用模型的重要度分析验证最佳预测指标组合的合理性。方案一保留全部预测指标作为对比项,方案二筛除与岩爆等级之间灰色关联度较低的两项预测指标,方案三采用复合指标,方案四采用独立指标。搜集了 151 个岩爆样本数据作为模型数据集,将 SSA-RF 模型的预测效果与其他 7 种预测方法进行比较,并分析了不同样本容量的模型敏感性。结果表明:方案二为最佳方案,最佳预测指标组合为围岩切向应力、应力系数、弹性能指数和单轴抗压强度;相比于其他 7 种预测方法,SSA-RF 模型在 4 组方案中预测准确率均最高且平均准确率达到 88. 09%,在最佳方案中甚至达到 95. 23%;SSA-RF 模型的预测指标重要度排序较 RF 模型更合理并有效验证了最佳预测指标组合的合理性;采用 SSA 优化 RF 模型可以提高 RF 模型对不同岩爆样本容量的预测准确率和泛化性,有效弥补了 RF 模型随机性的不足。综上可知,SSA-RF 模型对于实际工程的岩爆等级预测具有可行性和有效性。

基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝短期生态环境损失评估

蒋水华, 彭浩, 余琦, 姚池, 黄劲松

2023, 52(05): 213-220.

摘要 ( 61 )

PDF (2842KB) ( 377 )

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尾矿库溃坝不但会对下游居民生命财产安全构成威胁,而且会导致当地生态环境遭到严重破坏。为了定量评估尾矿库溃坝造成的生态环境损失,在溃坝尾砂流演进过程模拟的基础上,提出了基于生态系统服务价值的尾矿库溃坝生态环境损失评估方法。以江西省某铁矿尾矿库工程为例,模拟了溃坝尾砂流演进过程,获取了该尾矿库下游受灾区域分布及危险程度区划图,并从生态系统服务价值的角度评估了尾矿库溃坝造成的短期生态环境损失。结果表明:采用 Bingham 流变模型可有效模拟尾矿库溃坝及尾砂演进过程,获得尾矿库下游地区受灾情况;尾矿库下游地区受到溃坝影响的生态系统主要包括森林生态系统和农田生态系统,其中森林生态系统遭受的损失最大。所提方法可为类似尾矿库工程漫顶溃坝生态环境损失评估提供理论参考。

基于粒子群与模拟退火算法的改进矿井克里金定位方法

胡青松, 梁天河, 李世银, 孙彦景

2023, 52(05): 221-227.

摘要 ( 35 )

PDF (1840KB) ( 370 )

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位置信息对于矿井作业中的人员管理和灾后救援至关重要,指纹定位可显著提高矿井定位精度,但费时费力的指纹库构建过程阻碍了其大规模应用。为此,提出了一种基于粒子群与模拟退火的克里金插值算法( PSOSA-Kriging),初始阶段只需采集部分指纹采样点的数据,以这些采样点数据为依据,通过克里金模型插值获得全部指纹数据集,并利用粒子群与模拟退火算法对克里金理论模型进行优化,使得构建出的指纹库更贴合实际矿井环境。算法利用粒子群收敛速度快的优势,解决了指纹库快速构建难题。同时,利用模拟退火克服粒子群可能陷入局部最优的缺陷,使得模型拟合更准确、插值结果更精确。在上述分析的基础上,通过在矿井环境下采集指纹数据,建立全部采样数据库、半采样与插值混合数据库,并选用最近邻算法( KNN)进行了定位验证。结果表明:POS-SA-Kriging 算法不但大幅降低了指纹构建工作量,而且显著提高了定位精度,实现了指纹库构建速度与目标定位精度的联合优化。

融合 Swin Transformer 与 CNN 的露天矿车前障碍物智能检测算法

江松, 孔若男, 李鹏程, 卢才武, 章赛, 李萌

2023, 52(05): 228-236.

摘要 ( 62 )

PDF (2122KB) ( 392 )

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随着金属露天矿开采深度不断加大,道路运输条件愈发复杂,无人矿车行驶在道路上面临着各种障碍物的安全隐患,因此对无人矿卡障碍物智能检测提出了更高要求。提出了一种融合 Swin Transformer 与 CNN 的露天矿车前障碍物智能检测方法,障碍物检测模型需要建立长期依赖关系来处理不断增加的图像数据,Swin Transformer 可以关注全局语义信息,有利于长期建模。将 Swin Transformer 融入 YOLOX 模型的骨干特征提取网络中,充分利用多头注意力机制,对图像特征进行预处理,在加强特征提取网络中加入 CBAM 注意力机制模块,使模型在后续的特征提取中能够提取更多的表征信息。该模型使用的数据集均来自实地矿山,并采用数据增强方式进行预处理。经过实地矿山数据对比验证试验,结果表明:该方法能够有效识别背景复杂的金属露天矿区非结构化道路障碍物,检测精度达到 91. 57%mAP,检测速度达到 56. 86 fps,具有较好的小目标和多尺度目标检测性能,可以满足无人矿卡在金属露天矿区的高精度检测要求。

基于空间几何特征融合增强的地铁隧道点云语义分割神经网络模型

张秋昭, 梁嘉辉, 段浩然, 王宗伟, 段伟

2023, 52(05): 237-246.

摘要 ( 46 )

PDF (8635KB) ( 380 )

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基于深度学习的隧道点云语义分割技术能够对大规模点云数据中的物体对象进行识别与分类,可以实现隧道场景内物体信息的提取与管理。顾及地铁隧道内设施的空间分布特征与几何特点,提出了一种基于空间几何特征融合增强的地铁隧道点云语义分割神经网络模型。设计了隧道点云空间几何特征提取模块,提取了隧道设施点云的相对空间位置与几何分布特征,将其与相应的网络编码层的点云信息进行通道拼接,以增强网络模型对多尺度点云特征信息的感知能力。构建了基于通道注意力机制的特征融合编码层,提取不同通道间特征信息的权重,对不同空间尺度的点云信息进行加权融合,以充分利用不同尺度的信息来提高模型的表示和泛化能力。利用南京某地铁隧道实测点云数据制作语义分割数据集,对所提模型进行了验证。结果表明:模型的训练 mIoU 值达到 0. 955 6;在测试数据集上的预测结果中,加权平均 F1 分数为 0. 995 9,加权平均 IoU 值为 0. 963 1;对于 PointNet++模型分割精度较差的通信光缆、管线架、接触吊梁类别,本研究模型的 IoU 值分别达到 0. 845、0. 825 和 0. 999,有效提高了地铁隧道点云分割的整体准确性,可为实现地铁隧道自动化病害巡检与设施管理提供技术参考。

面向矿产资源储量计算的三维训练图像构建方法

王永志, 陈郁良, 谢民民, 余梦柔, 胡晓宇, 王宝娟

2023, 52(05): 247-253.

摘要 ( 33 )

PDF (2702KB) ( 372 )

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矿产资源储量计算有助于合理开发利用矿产资源,目前多点地质统计学是矿产资源储量计算的热门技术,但多点地质统计学中高质量三维训练图像构建较为困难。因此,提出了一种面向矿产资源储量计算的三维训练图像构建方法。该方法首先基于原始钻孔等数据构建三维地质模型,并对其使用不规则四面体网格剖分得到体元模型;然后基于钻孔属性数据采用插值算法构建规则体元品位模型,并对体元模型进行欧氏距离的属性赋值得到三维训练图像;最后采用多点地质统计学改进的 Snesim 算法构建搜索树获取条件概率,并进行相关性的属性融合给矿体待估值体元模型赋属性,进而计算矿产资源储量。以黑牛洞Ⅰ -3 号矿体为例,计算得到该矿体铜平均品位为 2. 90%, 与开采后的铜平均品位 2. 33%相比,相差仅 0. 57 个百分点,证明了所提方法的正确性和有效性。

新疆某低品位铜钼矿石浮选回收试验

李少平, 李白英, 王锦柯, 吝子岩, 常治国, 张伟光

2023, 52(05): 254-259.

摘要 ( 52 )

PDF (1577KB) ( 388 )

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新疆某低品位铜钼矿石中 Cu、Mo 品位分别为 0. 81%、0. 02%,主要可回收矿物为黄铜矿和辉钼矿,脉石矿物主要为黄铁矿、长石、石英、透辉石、透闪石和方解石等。为有效回收矿石中的铜和钼,针对矿石性质,采用混合浮选工艺开展选矿试验研究。通过单因素试验确定适宜的粗选条件为磨矿细度-0. 074 mm 占 60%,石灰用量 500 g / t, 六偏磷酸钠用量 30 g / t,组合捕收剂总用量 60 g / t(丁基黄药与 Z-200 质量比 1 ∶1),2#油用量 15 g / t。在此基础上,采用“1 次混浮粗选,3 次空白精选,3 次扫选”的闭路浮选工艺流程处理矿石,最终可获得 Cu 品位 25. 16%、Cu 回收率 94. 02%、Mo 品位 0. 59%、Mo 回收率 90. 21%的铜钼混浮精矿,较好地实现了低品位铜钼矿石中有价金属的综合回收。

磁—浮联合工艺回收矽卡岩型钨尾矿中萤石试验研究

汪志平, 王成行, 邹坚坚, 林辉, 李强

2023, 52(05): 260-265.

摘要 ( 58 )

PDF (1453KB) ( 385 )

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为有效利用江西某钨尾矿中的萤石,基于尾矿性质,确定采用强磁选抛尾预富集萤石—浮选高效富集的选矿工艺流程开展综合回收试验。尾矿样经“1 粗 1 精”高梯度强磁选预富集处理后,萤石与方解石富集至非磁产品和强磁中矿,CaF2、CaCO3 的累计回收率分别达 94. 82%、94. 77%,而强磁产品的 CaF2、CaCO3 品位分别降至 3. 29%、 2. 96%。将非磁产品和强磁中矿合并为浮选给矿开展药剂制度研究,条件试验确定采用 GYSH 作为硅矿物抑制剂,适宜用量为 3 000 g / t;GY51 作为碳酸盐矿物抑制剂,适宜用量为 150 g / t;GYOZ 作为萤石捕收剂,适宜用量为 150 g / t。在适宜的药剂制度条件下,全流程闭路试验可获得 CaF2 品位 96. 37%、CaF2 回收率 84. 58%、CaCO3 含量 1. 57%的萤石精矿。研究开发的工艺流程及药剂制度大幅减少萤石浮选处理量,实现了萤石的高效回收,为同类型钨尾矿的资源化利用提供了技术依据。

镍钴战略性硫化矿产资源选冶研究现状及展望

张文谱, 赵开乐, 颜世强, 宋军, 杨耀辉, 吴威龙

2023, 52(05): 266-275.

摘要 ( 58 )

PDF (1588KB) ( 371 )

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基于“双碳”发展背景、镍钴资源概况,对镍、钴硫化矿选冶研究现状进行总结与展望。概述了国内外镍钴资源的分布、储量情况以及我国镍钴硫化矿资源在选冶过程中存在的难点;分别总结了我国镍、钴硫化矿传统选冶工艺和改进情况。研究表明:硫化镍矿的选矿方式主要有浮选、重选、化学选矿、生物选矿;硫化钴矿的选矿方式主要有浮选、重选。其中,浮选具有适用性强、处理效率快的优点,仍是处理镍、钴硫化矿最有效的选矿工艺,混合浮选是目前国内绝大部分镍、钴硫化矿选矿厂采用的工艺;阶段磨矿—阶段选别工艺具有科学性,可以有效解决过粉碎问题; 浮选药剂的研究重点主要集中在捕收剂组合使用和新型绿色分散剂、抑制剂的研发;生物选矿的研究也取得相应进展。重选在硫化钴矿中主要是用来预富集,可以提高入选品位和选厂处理量,常用的有重介质选矿、螺旋选矿和摇床选矿。硫化镍矿的冶金方式包括火法冶金、湿法冶金、生物冶金;硫化钴矿冶金方式主要有火法-湿法结合和全湿法冶金。其中,火法冶金具有效率高、工艺成熟的优点,仍然是硫化镍矿的主要冶金工艺,但具有高能耗高排放的缺点, 相关改进措施的研究是近些年的重点;火法冶金正在逐步向低能耗低碳排放的湿法冶金转型,焙烧—水浸是火法冶金与湿法冶金的结合,其中,氯化焙烧—水浸具有较好的应用前景。硫化钴矿的冶金工艺通常需经过焙烧—浸出— 电解过程。最后指出了镍钴硫化矿选冶技术具有研究前景的重点发展方向。

SO₂ 气体介入中非某铜钴矿钴还原浸出反应的新工艺探讨 #br#

沈楼燕, 李文化, 胡申琛, 赵红波, 申丽

2023, 52(05): 276-281.

摘要 ( 37 )

PDF (1480KB) ( 365 )

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针对中非某铜钴矿钴还原浸出工艺中存在钴浸出率低、SO2 气体利用较低、SO2 气体外逸污染环境等难题,通过 SO2 气体浸出钴的机理研究并结合现场试验研究,创造性采用 SO2 气体加压与常压联合介入的方式,通过 3 种工艺路径联合介入钴还原浸出反应,并研制了配套的专用装备。新工艺及其专用装备通过 SO2 气体与溶液的充分混合,有效控制了气体的逸散,显著提升了 SO2 气体的溶解度和利用率,加快了还原浸出剂 Fe2+的再生速率,通过增强 SO 2 与 Fe2+的协同还原浸出作用实现了钴的高效提取。现场试验数据显示:新工艺及其专用装备能实现 SO2 气体利用率提升 15 个百分点以上,钴浸出率提高 3 个百分点,在提高钴产能的同时还降低了生产成本,并有效解决 SO2 气体外逸污染环境问题。该研究成果能用于指导中非铜钴矿山企业优化改进现有的湿法提取铜钴矿物的生产工艺,显著提升钴的浸出效率,从而增加钴的产能,并通过提升 SO2 气体利用效率,降低生产成本。

津巴布韦某铂钯矿工艺矿物学研究

王怀, 赵声贵, 刘敬智, 于梓丰, 胡学平, 何玉军

2023, 52(05): 282-289.

摘要 ( 50 )

PDF (2841KB) ( 372 )

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某铂钯矿位于津巴布韦大岩墙,为掌握该铂钯矿的矿石性质以推进资源的开发利用,采用化学分析、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、矿物自动定量分析系统(AMICS)等多种测试手段进行了系统的工艺矿物学研究,查明了矿石的矿物组成、铂钯矿物的赋存状态、硫化矿物的嵌布特征及解离度特征。结果表明,矿石中铂和钯的品位为 1. 69 g / t 和 1. 41 g / t;金属矿物主要为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿,非金属矿物主要为顽火辉石和滑石,铂族矿物主要为碲铋钯矿、铋碲铂矿、硫镍铂钯矿;铂钯矿物嵌布关系复杂,但有 83. 35%的铂钯矿物与硫化矿物的嵌布关系密切;铂矿物和钯矿物嵌布粒度主要分布于 1~ 20 μm,分布率高达 91. 99%和 94. 68%,硫化矿物嵌布粒度较为均匀,+20 μm 粒级分布率高达 90. 65%;在磨矿细度为-74 μm 占 85%的条件下,矿石中单体及富连生体硫化矿物占比 93. 84%。基于矿石中铂钯矿物与硫化矿物的嵌布关系密切、硫化矿物嵌布粒度较粗,且矿石中含一定量的滑石、绿泥石等易泥化矿物,同时结合铂钯矿物仍有一定比例嵌布于脉石裂隙与脉石粒间,推荐选矿选择两段磨矿浮选—浮选尾矿重选的工艺流程,既可削弱脉石矿物对选别的不利影响,又能充分提高铂钯矿物的回收指标。

微波预处理对含铁蛇纹石尾矿中 MgO 和 TFe 浸出效果的影响

左伟, 刘文刚, 刘文宝, 李维超, 毛勇

2023, 52(05): 290-295.

摘要 ( 49 )

PDF (1943KB) ( 370 )

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为充分利用蛇纹石尾矿资源,采用微波预处理方法对某蛇纹石尾矿开展强化浸出试验研究,重点考察微波预处理时间及功率、反应时间、反应温度、硫酸浓度及液固比等工艺条件对浸出效果的影响,并通过 XRD、SEM、比表面积及孔结构等测试手段分析强化机理。单因素试验确定适宜的工艺参数为微波预处理时间 3 min、微波功率 400 W、反应温度 90 ℃ 、反应时间 30 min、硫酸浓度 4. 0 mol / L、液固比 4 mL / g。在此条件下,蛇纹石中 MgO 和 TFe 的浸出率可分别达到 97. 19%、70. 57%。与传统的机械搅拌浸出相比,微波预处理在不降低浸出率的同时可将反应时间由 90 min 缩短至 30 min。机理分析表明,微波加热处理去除了蛇纹石中的羟基,降低了镁氢氧八面体的结构有序度和结晶度,提高了镁和铁在酸中的溶解率和溶解速率。研究结果为蛇纹石中有价组分高效回收提供了一种新思路。

植生水泥土植生性能试验研究

刘黎明, 冯善周, 许文年, 周明涛, 李铭怡

2023, 52(05): 296-305.

摘要 ( 50 )

PDF (1870KB) ( 422 )

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在植生水泥土基材组配模型的基础上,为探明水泥、改良剂、有机物料和有机肥对植生水泥土植生性能的影响,通过水泥、改良剂、有机物料和有机肥单因素配比试验,分析 4 种影响因子对植生水泥土植生性能的影响。结果表明:各因子对植生水泥土植生性能均有不同程度的影响,随着水泥用量的增加,植生水泥土的容重、紧实度和 pH 均逐渐增大,最大增幅分别为 7. 4%、51. 6%和 9. 6%,孔隙率逐渐减小,最大减幅为 4. 2%;改良剂在调节植生水泥土 pH 的同时,对植生水泥土有机质含量及速效养分均有不同程度的贡献,并且能有效改善植生水泥土的生物特性;有机物料和有机肥能很好地改善植生水泥土物理结构,提升植生水泥土养分水平,从而改善植生水泥土的植生性能。研究结果可为植生水泥土生态护坡的应用提供理论依据。

典型铁氧化物对 Cu( Ⅱ )的吸附性能研究

张是洲, 唐学芳, 吴勇, 张启蒙, 谢政

2023, 52(05): 306-313.

摘要 ( 47 )

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为研究针铁矿、赤铁矿、磁铁矿和水铁矿对模拟 Cu(Ⅱ )污染废水中的 Cu( Ⅱ )去除性能,采用 XRD、FTIR、BET 比表面积及电位滴定对 4 种铁氧化物进行表征分析,通过静态和动态迁移试验对 4 种铁氧化物吸附 Cu( Ⅱ ) 的性能进行综合比较。结果表明:① 投加量为 1 g / L,Cu(Ⅱ )初始浓度为 50 mg / L 时,4 种铁氧化物对 Cu(Ⅱ )的吸附饱和时间为 30 min,在弱酸性条件下对 Cu(Ⅱ )的吸附效果较为显著,针铁矿、赤铁矿、水铁矿和磁铁矿对 Cu(Ⅱ )平衡吸附率分别为 61. 02%、50. 72%、70. 58%、46. 65%。 ② 针铁矿和水铁矿对 Cu( Ⅱ )吸附过程为单分子层化学吸附,赤铁矿和磁铁矿则更符合 Freundlich 方程,以非均匀多分子层化学吸附为主。 ③ Cu( Ⅱ )在迁移过程中,主要在含吸附剂的土柱表层和中层累积,且远大于深层,水铁矿对 Cu( Ⅱ ) 的阻滞和吸附能力优于针铁矿。 ④ 4 种铁氧化物对 Cu(Ⅱ )的吸附性能由好到差依次为水铁矿、针铁矿、赤铁矿、磁铁矿。

复合生物炭对含镉模拟废水中 Cd²⁺ 的吸附性能研究 #br#

刘泽浩, 代淑娟, 贾春云, 巩宗强, 李晓军

2023, 52(05): 314-319.

摘要 ( 33 )

PDF (1770KB) ( 358 )

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为解决水体中镉离子污染以及固废基材料资源化利用的问题,以小麦秸秆与硼泥等量混合在 700 ℃ (氮气驱氧)下煅烧 2 h,制备复合生物炭吸附材料(BBm);以 BBm 为吸附剂,对 Cd2+浓度 200 mg / L 的含镉模拟废水进行 Cd2+吸附研究。单因素试验结果表明,随着 BBm 用量、溶液 pH、转速以及吸附反应时间的增加,BBm 对 Cd2+去除率升高,直至吸附平衡后,去除率稳定;正交试验结果表明,各因素影响由强到弱依次为溶液初始 pH 值、BBm 用量、振荡转速、反应时间,在室温(约 25 ℃ )、BBm 用量为 0. 5 g、pH 值为 8、转速为 200 r / min 的条件下,对 100 mL 模拟废水 (含镉 200 mg / L)吸附 180 min,获得去除率 99. 99%的良好指标;吸附等温拟合结果表明,BBm 对 Cd2+的吸附过程符合 Langmuir 等温吸附模型,准二级动力学模型能更好地拟合该吸附过程。

安徽省非铀金属矿山氡浓度放射性水平调查研究

殷春许朱卫东何廷贵丁炎强

2023, 52(05): 320-324.

摘要 ( 40 )

PDF (1283KB) ( 369 )

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为了解安徽省金属矿山的矿工接触氡放射性危害接触水平,选取省内有代表性的 10 座金属矿山,进行氡浓度放射性水平调查和测量,并对矿工接触氡导致的肺癌风险进行研究。选取金属矿山矿井和地面人员经常停留或经过的位置,布放内置 CR-39 固体径迹探测器,监测 1 个月,然后在实验室内通过固体径迹测量系统测量累计氡浓度。此次调查的 10 座金属矿山氡浓度平均值除 H 矿外均大于 100 Bq / m3,其中 E 矿的井下氡浓度平均值达到了 354 Bq / m3,井下测量位置氡浓度最高达到 646 Bq / m3,通过方差分析,10 座矿山地面和井下氡浓度测量结果不存在统计学差异,但 E 矿与其他 9 座矿山氡浓度存在统计学差异(P<0. 05),E 矿氡浓度明显高于其他 9 座矿山。此次调查和测量结果显示:安徽省非铀金属矿山的氡浓度放射性水平较高于正常室内氡浓度,应当通过加强通风等措施以降低矿工因氡照射导致的肺癌危险水平。

碳纤维基 EICP 矿化砂土渗—力学特性试验研究

张鹏, 孙忠平, 陶志刚, 成亮, 吕启航, 王亚文, 郑俊杰, 霍守东, 李慧茹

2023, 52(05): 325-332.

摘要 ( 60 )

PDF (2240KB) ( 429 )

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基于微生物诱导碳酸盐沉淀法(MICP)、脲酶诱导碳酸盐沉淀法( EICP)的土体固化是近年来岩土工程领域兴起的绿色环保地基处理技术,相较于 MICP 法,EICP 法处理工程地质问题时,不易受环境因素的制约,且成本更低廉。针对 EICP 法改进砂土的渗—力学特性,开展了一系列试验研究工作。采用碳纤维加强法开展了 EICP 注浆矿化试验,对砂土的孔隙率、渗透率、碳酸钙含量等指标进行了系统分析。试验结果显示,砂土中掺加碳纤维后,在 EICP 矿化作用下,CaCO3 晶体在纤维表面有不同的沉积情况,砂粒和纤维表面有不同程度粗糙化,砂粒间的空隙得以填充胶结。当碳纤维掺量为 1. 2%时,各方面性能达到最优。上述试验结果表明,碳纤维基 EICP 矿化法能够抑制砂土脆性破坏,提高砂土渗—力学性能,在“双碳”背景下,具有良好的应用前景和发展潜力。

菌液浓度及配比对 MICP 技术固化尾砂的影响

冯庆杰, 金长宇

2023, 52(05): 333-339.

摘要 ( 68 )

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为了研究能够替代水泥的环境友好型尾砂胶结材料,利用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对尾砂进行固化。采用试验的方法,研究菌液浓度和配比在不同养护方式下对尾砂固化效果的影响。结果表明:在好氧菌浸泡养护和兼性厌氧菌密封养护时,固化效果随菌液浓度先升高后平缓;在浸泡养护时,两种微生物不会互相影响,密封养护时,好氧菌浓度过高会使固化效果减弱;试件中的 CaCO3 含量直接影响试件强度,二者变化趋势相同。好氧菌和兼性厌氧菌共同作用使试件强度有所提高,为提高 MICP 技术对尾砂的固化效果提供了解决途径。

石墨固废基电热墙材布置试验与模拟研究

徐牛栓, 任子杰, 席奂, 高惠民, 刘宇航, 杨云平, 宋昱晗

2023, 52(05): 340-347.

摘要 ( 42 )

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随着石墨矿大规模开发及环保要求的日益提高,石墨固体废弃物的资源化利用成为研究热点。利用石墨固体废弃物制备电热板材,采用试验研究、统计分析、数值模拟等方法研究石墨电热板铺设方式对室内热环境的影响。结果表明:石墨固废基电热板材具有良好的加热效果,双面加热时选择对双宽面加热效果更好,垂直温差为 2. 7 ℃ ,水平温差为 2. 5 ℃ ;三面加热时,选择两窄一宽加热,室内温度分布更为均匀,垂直温差为 2. 5 ℃ ,水平温差为 6. 5 ℃ ;四面加热时效果最佳,垂直温差为 1. 8 ℃ ,水平温差不足 1 ℃ ,升温速率最稳定。

基于熵权 TOPSIS 模型钢渣沥青混合料路用性能评价

罗佳琦, 陈国新, 苏万忠, 赵旭章

2023, 52(05): 348-353.

摘要 ( 36 )

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为研究不同钢渣掺量对沥青混合料路用性能的影响,采用钢渣等体积替代同粒径玄武岩粗集料,制备了 5 种不同钢渣体积掺量的沥青混合料,对沥青混合料的高温、低温以及水稳定性能进行研究。选取动稳定度、车辙深度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、残留稳定度和冻融劈裂强度比作为评价指标,建立基于熵权 TOPSIS 法钢渣沥青混合料综合性能评价模型,并确定综合性能最优的钢渣体积掺量。研究结果表明:钢渣替代部分玄武岩粗集料可显著提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性;普通玄武岩沥青混合料的低温抗裂性明显优于钢渣沥青混合料;基于熵权 TOPSIS 理论,推荐沥青混合料中钢渣体积最佳掺量为 50%。

冶金渣纤维改性充填膏体的制备与性能研究

刘双双, 刘迪, 吴飞

2023, 52(05): 354-360.

摘要 ( 53 )

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冶金废料的资源化利用是矿产加工界关注的难点和热点问题。采用冶金硅渣纤维对矿山充填膏体的性能进行改良,并以玄武岩纤维和碳纤维作为对照,探讨了纤维类别和掺量对改性充填膏体强度的影响规律,结合微观试验结果分析了纤维在充填膏体体系中的作用机理。结果表明:充填膏体抗压强度随纤维掺量增加呈先上升后降低的趋势,掺入硅渣纤维对充填膏体的增强效果最好,玄武岩纤维次之,碳纤维最差;玄武岩纤维对抗折强度增强效果优于抗压强度;普通充填膏体试件破坏时出现多条裂纹,而掺硅渣纤维试件在破坏时保持较高的完整性;水化产物与纤维的桥接效应能有效抑制试件裂缝的扩展,从而起到增强砂浆黏结的效果,促进充填膏体强度的提升。研究结果可为矿山充填膏体性能改良与硅渣纤维资源化利用提供重要参考。

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