金属矿山

金龙哲, 刘建国, 林清侠, 周玉竹, 李刚, 汪澍, 魏祎璇, 欧盛南, 王天暘, 王佳慧

2023, 52(07): 2-17.

摘要 ( 224 )

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喷雾降尘技术以其操作简单、成本低、降尘效率显著等优势,成为矿山井下应用最为广泛的降尘技术之一。但传统喷雾降尘技术普遍存在雾滴粒径大、耗水量多、呼尘沉降效率低等问题。针对以上问题,国内外学者对喷雾降尘技术开展了广泛研究,但对其研究与应用现状缺少深入总结。基于此,基于近 20 a 来矿山喷雾降尘技术的相关研究文献,梳理了喷雾雾化降尘机理、喷雾雾化效果评价参数与测试方法、喷雾雾化效果影响因素、喷雾降尘效率及其影响规律的研究现状。研究结果表明:喷雾雾化效果评价参数主要包括雾滴粒径、雾滴速度、喷雾射程等;喷雾雾化效果与喷嘴结构、气水压力、液体物理特性等参数密切相关;喷雾雾滴粒径越小、雾滴速度越快,其对粉尘的吸附沉降效率越高。针对矿山喷雾降尘技术研究现状,分析了目前存在的不足,并提出了未来的主要研究方向,即进一步探究喷雾雾化机理、完善喷雾雾化效果评价参数、规范喷雾降尘效率测定方法、关注喷雾添加剂对作业人员身体健康与工作环境的影响。

矿井降温技术研究进展与展望

柳静献, 李国栋, 常德强, 李元辉

2023, 52(07): 18-27.

摘要 ( 183 )

PDF (1563KB) ( 524 )

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矿井高温热害是矿井深部安全开采的重要影响因素之一,有效且经济的矿井降温技术对于深部高温矿井安全且高效开采尤为重要。分析了矿井热源的种类及热害对人的影响,并对目前矿井降温技术的原理及应用研究现状进行了评述;研究了用于热害较轻或浅部矿井的非人工制冷技术,着重阐述了用于热害较重和深部矿井的多种人工降温制冷技术;对比分析了液态气体相变制冷技术、直膨式热泵降温技术、动力性热管降温技术、个体防护服和涡流管结合矿井微气候调节技术的优缺点及其在矿山现场的应用研究进展,指出了目前各类降温技术存在的共性问题,讨论了未来地热控制及余热回收利用的技术发展趋势,为选择合适的深井降温技术提供依据。研究表明:目前矿井降温技术虽然飞速发展但存在能耗较大、制冷系统设备复杂且难以维护,只重视降温而忽略矿井湿度过高,未能充分利用矿井地热能源价值,非煤矿山专用降温系统研究较少等不足。针对矿井降温系统的共性问题提出了开发节能且高效的新型降温技术,着力开发制冷设备,坚持降温除湿并重的原则,充分利用矿井地热能源以及设计非煤矿山专用的矿井降温技术等应对措施。

基于知识图谱的我国矿井粉尘防治技术研究进展与展望

李刚, 周哲, 胡锦华

2023, 52(07): 28-39.

摘要 ( 101 )

PDF (2484KB) ( 685 )

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借助 VOSviewer 软件以知识图谱的形式展示了 2000—2022 年中国知网( CNKI)数据库中收录的 1 044 篇文献的作者共被引、关键词共被引等数字特征,采取文献计量学方法分析了矿井粉尘防治领域发展的时间分布,探究了矿井粉尘防治研究动态及进展。研究结果表明:2000—2022 年矿井粉尘防治研究整体呈上升趋势,根据逐年发文量以及相对逐年发文量可以将其划分为 3 个阶段,即萌芽起步期(2000—2005 年)、迅速发展期(2006—2015 年)以及腾飞波动期(2016 年至今)。此外,1 831 名作者的共被引分析表明,目前已形成了 5 个联系较为密切的学术群体;3 471 个关键词的共现分析表明,目前已经形成了 5 个高相关性的关键字聚类,分别为煤矿粉尘治理研究聚类、粉尘危害研究聚类、粉尘治理研究聚类、粉尘浓度研究聚类以及数值模拟研究聚类。在上述分析的基础上,剖析了现阶段我国矿井粉尘防治研究存在的不足:① 粉尘防治理论研究成果转化率有待提高;② 矿井粉尘精准监测技术与体系有待进一步升级;③ 智能矿山建设背景下,矿山粉尘智慧除尘系统研发与应用有待进一步深入;④ 在绿色矿山建设背景下,社会环保要求不断加强,导致不少传统且行之有效的抑尘方法的应用受到一定程度限制。认为未来该领域的重点发展方向为:① 深化矿井粉尘防治理论研究,充分发挥多学科交叉研究优势,开展校企联合攻关,加强理论与实践的对话与结合,进一步提升科技成果转化率;② 加强基于粉尘精准监测与员工健康的矿井粉尘实时监测与连续性监测系统及设备的研发;③ 深化精准智慧除尘体系建设,提升矿山粉尘实时监测精准度,加强信息化技术应用的深度与广度;④ 通过技术突破打破环保性与经济性难以共存的困境,降低环保成本,提高环境效益。

我国露天矿粉尘防治理论技术近 20 a 研究进展与展望

肖双双, 马亚洁, 李卫炎, 薛俊华, 李克民, 麻旭荣, 丁小华, 张永贵

2023, 52(07): 40-56.

摘要 ( 92 )

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近年来,国内在露天矿粉尘防治方面进行了大量深入的研究和实践,粉尘防治工作取得了较为显著的成效,但露天矿各生产环节粉尘至今仍难以彻底遏制,粉尘职业危害防治形势依然十分严峻。为了进一步完善露天矿粉尘防治理论并发展新兴技术,提升我国露天矿粉尘防治水平及效果,根据近 20 a 我国露天矿粉尘防治理论与技术取得的研究成果,详细阐述了露天矿各环节产尘机理及运移规律,系统总结了露天矿粉尘预测及监测预警技术,重点论述了露天矿粉尘防治技术研究进展,并提出了未来露天矿粉尘防治发展趋势。目前,国内学者分环节阐明了露天矿产尘机理,分析了各因素对粉尘运移的影响,采用各类非线性预测方法结合智能优化算法构建了多种粉尘浓度预测组合模型,开发了粉尘在线监测预警技术,逐步形成了粉尘监测云服务平台,提出了多方式协同精准控尘方法。但相关研究主要针对露天矿单一生产环节的粉尘,露天矿各环节产尘机理及粉尘运移规律需要系统、关联研究,适宜露天矿各生产环节的绿色、高效、经济抑尘剂有待进一步开发,露天矿粉尘精准监测技术有待进一步完善,粉尘智能防治技术及装备亟需攻关,粉尘危害风险分析及预警平台尚需探索构建。未来,需多学科、多手段协同推进各环节产尘机理及粉尘运移规律研究,研制绿色、高效、经济的抑尘剂,研发粉尘浓度高精度、宽量程、耐污染、连续在线监测关键技术及装备,研制露天矿粉尘精准智能防治技术及装备,构建粉尘危害风险大数据分析与预警平台。

基于环境参数协同预测风速的掘进面智能变频通风控制系统

蒋仲安, 杨向东

2023, 52(07): 57-65.

摘要 ( 43 )

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针对传统局部风机工况点随掘进巷推进而实时产生偏移的生产安全问题,为研究多环境参数(粉尘浓度、甲烷浓度、温湿度等)对掘进巷风速的影响、探究智能控制技术指导局部风机变频运行的途径,实现对掘进面通风状态的实时监测、协同预测、变频控制,设计了一种掘进面智能变频通风控制系统。基于智能控制理论,采用灰色关联分析算法提取影响掘进巷道需风量的关键因素,以关键因素作为输入层建立了遗传—神经网络风速预测优化模型, 开发了组态王上位机监控程序及远程控制界面,并运用 S7-200 SMART PLC 搭建了基于比例—积分—微分(PID)风量闭环调控技术的掘进面智能变频通风控制系统。研究结果表明:遗传—神经网络风速预测优化模型可根据掘进面不同工况环境参数协同预测风速。智能变频通风控制系统能够通过组态界面实时监测井下掘进面环境参数,还提供自动和手动 2 种远程控制方式。相比于恒定电源频率调控风机风量,采用 PID 风量闭环调控技术能远程智能变频控制风机风量,从而使巷道实际风速持续稳定逼近预测值。所研发的智能变频通风控制系统可以广泛应用于不同类型的矿井,实现通风设备自适应调控响应。

基于强化传热和流阻特性的矿用空冷器结构优化

杜翠凤, 晋伟博, 王九柱, 王远, 杜帅

2023, 52(07): 66-73.

摘要 ( 54 )

PDF (2190KB) ( 309 )

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矿用空冷器作为井下水冷降温系统的末端设备,被广泛应用于各类高温矿井中。针对现有矿用空冷器换热效率及冷量利用率低的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从管程和壳程两个角度出发,对表面式空冷器的结构进行了优化,对比了光管空冷器和波纹管空冷器的传热性能,揭示了管程波峰高度以及壳程管道排列方式对于矿用空冷器综合性能(传热性能和流阻特性)的影响。结果表明:波纹管空冷器相较于光管空冷器具有更好的传热性能;改变波高可以使传热特性提高约 24% ~ 135%,但同样会使管内流动阻力增大 176% ~ 767%;在所模拟的 5 种波峰高度内,波峰高度为 3 mm 的波纹管具有最佳的综合性能,并且在雷诺数为 4 977 时达到最佳性能,综合评价因子达到最大值 1. 27;在 4 种管道排列方式中,管道叉排相较于传统的顺排方式,可以使得换热量提高约 13%。研究成果对于提高矿用空冷器的传热效率,改善井下高温热环境具有一定的参考意义。

连采机截割尘源高压雾化封闭控降尘系统研究与应用

唐明云, 王乐乐, 周亮, 林汉毅, 王宏梁, 金靖艳

2023, 52(07): 74-81.

摘要 ( 46 )

PDF (3442KB) ( 308 )

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为有效治理连采掘进工作面截割区域的粉尘,针对连采机传统的喷雾降尘措施存在的雾化效果差、覆盖范围小等不足,对降尘用喷嘴进行参数优选试验,得到具有封控特性的等效孔径 1. 8 mm 扇形喷嘴和具有雾化捕尘特性的等效孔径 2 mm 实心锥形喷嘴。基于红柳林煤矿 15218 连采掘进工作面现场条件和连采工艺特征,对该工作面连采机截割区域进行防尘设计,研发了连采机新型外喷雾控降尘装置,在雾化喷嘴与外喷雾控降尘装置之间加装可调节万向球头,采用“外喷雾控降尘装置+可调节万向球头+雾化喷嘴”组合模式,不仅减少了频繁拆卸喷嘴对外喷雾控降尘装置内螺纹的磨损,还便于调节雾化喷嘴喷雾方向,满足连采机降尘需要。为了提高连采机供水管路水压, 通过对连采机机载各装置耗水量和连采机供水管路沿程压力损失的计算,优选使用了额定流量 250 L / min、额定压力 6. 3 MPa 的增压泵对连采机用水进行增压,综合形成了适用于红柳林煤矿连采掘进工作面的连采机截割尘源高压雾化封闭控降尘系统。现场应用表明:使用该系统后连采机截割区域全尘降尘率≥ 82. 3%,呼尘降尘率≥ 72. 5%,有效降低了截割区域的产尘量和溢尘量,实现了对连采机截割尘源的封闭式高效防控。

湿式除尘器中气水喷雾降尘效果试验研究

江丙友, 张琦, 朱志辉, 黄金山

2023, 52(07): 82-90.

摘要 ( 107 )

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为提高煤矿井下湿式除尘器降尘效率,改善作业人员工作环境,提出了在湿式除尘器中安装内混式空气雾化喷嘴的降尘方法。首先,基于激光多普勒喷雾雾化特性测试平台,对比 3 种空气帽结构空气雾化喷嘴的雾化角和雾滴索特尔平均直径 D[3,2] ,优选出了雾化效果最佳的喷嘴。其次,基于湿式除尘器与气水喷雾降尘试验平台,选定喷嘴与风机距离、喷嘴供气压力、喷嘴供水压力和风机供气压力进行单因素试验,得到单一最佳水平。最后,基于正交试验理论,设计 4 因素 3 水平正交试验,开展了不同工况下的降尘试验。结果表明:在同一工况下,孔径为 2. 0 mm 的压力扇形喷嘴雾化角最大且雾滴粒径最小,D[3,2] 为 33. 20 ~ 50. 51 μm,更有利于微细粉尘的捕集与沉降;4 因素降尘效率显著性水平排序对于全尘和呼尘均为:喷嘴与风机距离>喷嘴供水压力>风机供气压力>喷嘴供气压力;降尘系统最优参数组合为:喷嘴与风机距离 2. 25 m、喷嘴供气压力 0. 4 MPa、喷嘴供水压力 0. 4 MPa 和风机供气压力 0. 2 MPa,全尘与呼尘的降尘效率可分别达到 90. 06%和 75. 91%。研究成果可为矿井湿式除尘系统的优化及应用提供理论参考。

连采面压风口和抽风口风流调控下除尘效果分析

邱进伟, 邹云, 吕逸飞

2023, 52(07): 91-98.

摘要 ( 33 )

PDF (2682KB) ( 309 )

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为降低连采面粉尘浓度,对加入抽、压风口垂直下偏角对降尘效果的影响规律进行了研究。以红柳林煤矿 25211 工作面为例,将压风筒直径 d1、压风口水平偏转角 α1、压风口垂直下偏角 β1、抽风筒直径 d2、抽风口水平偏转角 α2 和抽风口垂直下偏角 β2 等 6 个参数作为风流调控参数,通过数值模拟获取了不同风流调控参数调控后的粉尘浓度数据。基于响应曲面法和粒子群优化算法,以司机位置处和呼吸带高度粉尘浓度为优化目标,获得了连采面最佳风流参数。研究结果表明:加入抽、压风筒垂直下偏角,改变压抽比和压风筒距尘源的位置,粉尘浓度均降低;工作面与连采机之间的作业空间内,巷道下部粉尘浓度高于上部粉尘浓度;在距迎头 40 m 巷道范围内,粉尘浓度呈现出先逐渐增加后逐渐减小的变化趋势;各参数对司机位置处和呼吸带高度的粉尘浓度影响程度分别为 α1 > β1 > d1 > d2 > α 2 > β2、 d2 > α1 > d1> β1> β2> α2;通过上述分析获得的连采面最佳风流参数为 d1 = 0. 9 m、 d2 = 1. 1 m、 α1 = 0°、 β1 = 1°、 α 2 = 10°、 β2 = 8°。经调控后司机位置处粉尘浓度由 297. 09 mg / m3 降低到 134. 98 mg / m3,降低了 54. 57%;呼吸带高度粉尘浓度由 217. 35 mg / m3 降低到 86. 50 mg / m3,降低了 60. 20%,有效降低了巷道内粉尘浓度,实现了连采面粉尘的高效防控。

矿用湿式涡旋一体式除尘器净化特性

胡胜勇, 孙健, 郭舒云, 李刚, 王晓光, 胡泊, 王晓斌

2023, 52(07): 99-105.

摘要 ( 33 )

PDF (2155KB) ( 309 )

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为解决现有矿用湿式除尘器脱水效果差、体积大等问题,研发了一种由特制叶轮、防堵喷头、导流叶片、防爆电机、一级脱水器、二级脱水器等组成的湿式涡旋除尘器,通过内部五重粉尘捕捉和三重脱水过程,实现含尘气流的高度净化。除尘器集高能吸风、旋流捕尘、双级脱水三效合一,特制叶轮既作为动力部件又作为雾化和捕尘部件, 整体结构极致简约、一体化。利用搭建的除尘器净化性能测试试验平台,开展了湿式涡旋除尘器除尘和脱水性能试验,研究了不同耗水量下除尘器的脱水效果及对不同浓度粉尘的除尘效果。结果表明:随着耗水量和粉尘浓度增加, 除尘器除尘效率先增加后减小,且当耗水量为 1 m3 / h 时,全尘和呼尘的平均除尘效率最佳,分别达到 95. 8%和 88. 6% 以上;随着耗水量增大,除尘器脱水效率整体呈递增的变化趋势,平均脱水效率达到 95. 5%以上。研究结果可为所研发的湿式涡旋一体式除尘器的进一步推广应用提供理论依据。

井下受限空间尿素脱硝除尘参数优化试验研究

陈曦, 李伟超, 葛少成, 邓存宝, 范超男

2023, 52(07): 106-112.

摘要 ( 32 )

PDF (2155KB) ( 300 )

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随着采矿作业的机械化、自动化水平不断提升,井下环境越来越复杂,为开展矿井空气净化研究,探究尿素脱硝除尘技术对井下多相污染物治理效率的影响,自主搭建了小型试验台模拟受限空间多相污染物扩散系统, 采用响应面中心复合试验法建立二次回归方程分析试验因素之间的交互作用,确定了最佳参数。结果表明:尿素溶液质量分数对脱硝率影响程度最高,同时可以提高除尘率;供气压力影响喷嘴雾化效果,对污染物治理影响显著,供气压力过大会降低污染物的治理效率;尿素含量增加,溶液黏度增大,NO 和 NO2 的液相扩散系数和溶解度下降,脱硝效率受限,但对 PM10 粉尘治理有一定的作用;两个因素的交互作用对污染物治理均有不同程度的影响,对脱硝率和 PM 10 除尘率的影响显著,对 PM2. 5 除尘效果贡献度较小;响应面分析确定的最佳配伍参数为尿素溶液质量分数 6. 471%、供气压力 0. 603 MPa,根据试验操作得到的治理效率与预测值基本一致。该研究可为进一步净化受限空间多相污染物提供理论依据和数据支撑。

掘进工作面不同通风方式的粉尘运移规律研究

荆德吉, 阚琦笙, 张天, 贾鑫

2023, 52(07): 113-119.

摘要 ( 28 )

PDF (2308KB) ( 307 )

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为了解决掘进工作面粉尘污染严重的问题,运用 COMSOL 软件对某矿 1019 掘进工作面进行了几何模型构建,并基于 k-ε 湍流模型和流体流动颗粒跟踪模型,计算了在压入式和长压短抽通风方式下的速度切面、风流流线分布以及粉尘粒子的运移轨迹,分析了两种通风方式对粉尘粒子运移的影响,并研究了掘进工作面在两种通风方式下的粉尘运移规律。结果表明:压入式通风方式下,由压风筒将新鲜空气压入巷道内,迫使掘进工作面的粉尘随风流排出巷道,导致掘进机前方区域风流曲线非常密集形成多处涡流导致粉尘粒子在涡流处聚集,同时部分粉尘粒子沉淀在巷道底部,还有部分粉尘粒子沿右侧巷道壁面向后方移动,其控尘效果较差;长压短抽通风方式下,两风筒前方区域速度较大,且压风筒和抽风筒之间风流流线密集;压风筒吹出气流裹挟粉尘粒子移动,同时利用抽风筒的抽吸作用将粉尘粒子吸入排出巷道,与压入式通风方式相比长压短抽的降尘效果更好。

基于水射流引射与干雾降尘技术的新型孔口除尘装置研发

王天暘, 石晶, 周玉竹, 金龙哲, 刘建国, 李刚, 孙竹聪, 李健, 陈长岭, 丁尧

2023, 52(07): 120-128.

摘要 ( 30 )

PDF (2908KB) ( 306 )

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为有效控制煤矿井下干式钻孔作业的粉尘污染问题,在分析干式钻孔产尘扩散特性的基础上,结合水射流负压引射与干雾降尘技术优势,设计研发了新型干式钻孔孔口除尘装置。通过理论分析与实验室试验研究了该装置各组件的具体结构和主要性能参数,并在杨柳煤矿顺层孔钻场开展了现场试验,实测了该装置的除尘效果。结果表明:新型孔口除尘装置由孔口集尘装置、水射流负压引射装置、干雾降尘装置三部分组成,分别具备尘源密闭、抽吸粉尘、捕集外溢粉尘等功能。水射流负压引射装置的工作水流量、抽吸量及引射系数均随工作水压的增大呈线性增大。气压 0. 70 MPa、水压 0. 18 MPa 为单个干雾喷头的最佳工况参数,当干雾发生器挂载 15 个干雾喷头、干雾降尘装置距孔口 1. 2 m 时,可实现对孔口全部漏尘点的雾场覆盖。新型孔口除尘装置现场应用后,钻机下风侧 6 m 和 20 m 的全尘除尘率分别达到了 88. 9%和 87. 5%,取得了显著的除尘效果。

基于多孔材料的抑尘剂组分缓释性能测试方法

李明, 殷婉捷, 唐纳德, 李治, 李刚

2023, 52(07): 129-134.

摘要 ( 26 )

PDF (1892KB) ( 293 )

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为有效解决抑尘剂在露天使用过程中易受大气降水侵蚀而导致有效组分流失、有效抑尘作用时间短的问题,提出了一种基于多孔材料的抑尘组分缓释性能的研发思路,确定了抑尘组分吸附率和缓释率的性能评估指标, 并设计了对应的室内标准测试方法。采用尼龙滤布包裹 30 ~ 40 目粒径的多孔材料 20 g,在质量浓度 0. 5%的聚丙烯酰胺(PAM)溶液中完全浸泡 90 min 后取出进行干燥,将多孔材料吸附溶质质量占总溶质质量的百分比作为吸附率; 将吸附溶质的多孔材料完全浸泡在纯水中 10 min 后取出进行干燥,将溶解到水中溶质的质量占总吸附溶质质量的比值作为缓释率。选用活性炭进行了应用试验,结果表明:基于多孔材料的抑尘剂组分具有吸附和缓释功能,选用的吸附率、缓释率测试指标及其测试方法合理可行,所构建的标准测试试验方案具有良好的可操作性,试验测试结果反映出活性炭具有良好的抑尘剂吸附和缓释性能。

综掘工作面气雾涡旋降尘技术研究及应用

司俊鸿, 王昊宇, 霍小泉, 胡伟, 袁增云, 范智海

2023, 52(07): 135-141.

摘要 ( 32 )

PDF (2030KB) ( 312 )

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针对综掘工作面空间狭小、产尘量大、二次扬尘污染严重等问题,以玉华煤矿柴家沟井 4-2 煤层 42221 综掘工作面为例,实测分析了综掘巷道沿程粉尘分布规律,提出了基于通风和重力降尘理论的综掘工作面气雾涡旋降尘技术。结合气水喷雾降尘和离心力降尘,设计了可并联装配的气雾涡旋发生器,阐述了不同粒径粉尘在气雾涡旋发生器中的运动规律;采用模块化设计思路,设计了由风流捕集、初级过滤、气雾团聚、涡旋分离、重力卸灰及二次气雾 6 个模块组成的综掘工作面气雾涡旋降尘装置。采用试验测试方法分析了气雾涡旋降尘装置中供水供气压力对降尘效率的影响,并研究了降尘效率与气水比、液气比的关系。结果表明:随着与掘进头处距离的增加,42221 综掘巷道生产期间沿程粉尘浓度逐渐减小。全尘降尘效率随着供水压力和供气压力增大而升高;呼尘降尘效率随着供水压力增大而升高,随着供气压力增大先升高后降低;处理风量随着供水和供气压力增大而增大;液气比随着供水压力增大而增大,随着供气压力增大而减小。当供水压力和供气压力为 0. 4 MPa(即气水比为 1)或液气比控制在 0. 070 ~ 0. 075 时,气雾涡旋降尘装置的综合性能最佳。经现场应用,柴家沟井 42221 综掘巷道平均降尘率约 88%。

金属滤袋除尘器流场特征研究和优化

颜翠平, 李世龙, 毛文浩, 敬杰, 范俊哲, 李红

2023, 52(07): 142-152.

摘要 ( 40 )

PDF (4341KB) ( 295 )

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在矿山、冶金等行业中,金属滤袋除尘器因其体积小、能在更高过滤风速下使用而得到广泛应用。而高过滤风速状态下的金属滤袋除尘器内部流场存在过滤气流紊乱、流场分布不均匀等问题,导致滤袋顶端粉尘堆积、清灰失效,限制了其稳定运行及优势发挥。采用流体动力学软件 CFD-Fluent 对高过滤风速状态下除尘器内部流场进行数值模拟发现,当进风速度由 4. 5 m / s 增至 8. 9 m / s 时,滤袋上部处理风量增幅由 1. 97%增至 4. 76%,流场分布均匀性较差。据此,设计并制作了Ⅰ 型导流板(2 块矩形板,对齐滤袋放置)和Ⅱ 型导流板(3 块矩形板,对齐滤袋间隔放置),并将每种导流板模型与水平面呈 0°、10°、20°放置。通过对比分析 6 种优化方案下的气流运动特性、滤袋表面速度以及流量分配系数,进行了流场均匀性优化评价。结果表明:① Ⅱ 型导流板安装模型优化效果优于Ⅰ 型,随着安装角度增大,滤袋底部受到气流冲击增大,优化效果逐渐减弱;② Ⅱ -0 型导流板优化效果最佳,能使滤袋表面平均速度标准差降至 0. 209 8,降幅 47. 4%,使流场综合流量不均幅值降至 0. 003 4,降幅 69. 2%。上述研究结果为金属滤袋除尘器在高过滤风速下处理烟气时的结构优化设计提供了理论依据。

矿用局部通风机风量补给及测定组合装置研发及应用

周伟, 李刚, 贾敏涛, 吴冷峻, 纪旭波, 林喜村, 谢辉, 余茂杰

2023, 52(07): 153-158.

摘要 ( 29 )

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掘进作业中产生的粉尘若不能及时地稀释并排出,容易形成积聚现象,对作业人员的身体健康造成极大的危害。研发了一种适合于金属矿山矿用局部通风机风量补给及测定组合装置,并在山东省某金矿-300 m 水平探矿穿脉独头作业面进行了试验。结果表明:引入该装置后,随着掘进作业推进,在不变更原局部通风机台数和型号的情况下,通过对风筒内的风压和风量进行可控式补偿,作业面排尘风速始终维持在 0. 36 m / s 左右,满足《金属非金属矿山安全规程》(GB 16423—2020)的相关通风设计要求。该装置实现了局部通风机风量补给和测定一体化,较好地解决了因掘进距离变长、通风阻力增大造成经柔性风筒送达工作面风量减小以及风量测定安全性低、精准度差的问题,对于改善井下作业环境、保障金属矿山独头掘进安全生产具有重要意义。

引射分级气动喷雾降尘技术研究及应用

佟林全, 贾鑫, 孙凯, 张震, 樊晶光

2023, 52(07): 159-167.

摘要 ( 24 )

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为了贯彻实行“健康中国”战略,解决井下粉尘危害严重、传统湿式降尘手段能耗高、工效差的现实问题,提出了引射分级气动喷雾降尘技术,并研制了引射分级气动喷雾降尘装置。利用数值模拟分析了引射分级装置内部流场、速度场,通过搭建引射分级气动喷雾降尘试验平台开展吸风风速试验和降尘试验,进行了喷头选型以及引射结构模型设计,同时以吸风风速和试验降尘效果作为关键监测指标,探究了引射分级气动喷雾降尘装置的可行性。研究结果表明:引射分级装置内部形成引射气流且吸风口风流向喷雾处运移;引射分级雾幕降尘装置最优选择为 SV980 喷头搭配 B 型引射结构模型,吸尘口中心风速最高为 1. 27 m / s,吸尘口侧壁风速最高为 1. 53 m / s;B 型引射结构模型总降尘效率、一级降尘效率、二级降尘效率分别达到 83. 9%、76. 6%、7. 4%,优于单一喷头及 A 型引射结构模型。现场试验表明:掘进司机位置处总粉尘和呼吸性粉尘的降尘效率分别为 85. 67%和 81. 02%,有效降低了井下粉尘浓度,保障了人员健康。

硬岩矿床组合型井筒保安矿柱圈定与压覆资源回采技术

刘海林, 李鹏程, 王雨波

2023, 52(07): 168-175.

摘要 ( 25 )

PDF (4377KB) ( 311 )

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为合理留设硬岩矿床充填开采时的井筒保安矿柱尺寸,考虑硬质围岩的岩体质量等级和自身抗变形、抗破坏能力,在常规岩层移动角圈定方法的基础上提出了组合型井筒保安矿柱留设方案。以山东某铁矿东主井压覆资源开采为研究背景,通过现场调查与岩石力学试验开展了工程地质分区与岩体质量等级评价,根据分级结果将 -250 m 水平以上的Ⅱ ~ Ⅳ级围岩按岩层移动角圈定台体状井筒保安矿柱,-250 m 水平以下Ⅱ 级硬质围岩按极限距离 80 m 圈定圆柱形保安矿柱,同时设计了两种井筒压覆资源开采方案,即浅孔留矿法嗣后充填开采与上向水平分层充填开采。研究表明:上向水平分层充填开采对应的井筒内壁变形量为浅孔留矿法嗣后充填开采的 80%,但两种开采方案引起的井筒变形均未超过安全标准。所提出的上向水平分层充填开采方案与组合型井筒保安矿柱留设法在该矿山得到了成功应用,回收矿量约 400 万 t,可为其他类似矿山的井筒压覆资源开采提供借鉴。

不规则工作面注浆锚索代替单体及液压支架主动式超前支护技术

张民, 王海锐, 梁顺, 张渊

2023, 52(07): 176-184.

摘要 ( 33 )

PDF (3767KB) ( 319 )

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矿山作业的少人化/ 无人化是我国各类矿山持续高质量发展的核心目标之一。某矿 206 工作面为变面宽的不规则工作面,工作面辅运顺槽原先采用液压支架及单体支柱进行超前支护,需要作业人员 2 ~ 4 人,且巷道有效断面小,给工作面宽度变化处增、减液压支架作业带来了很大困难。针对 206 不规则工作面提出了采用注浆锚索代替单体及液压支架进行主动式超前支护的技术思路,利用 COMSOL 有限元程序对注浆锚索支护施工的关键技术参数进行优选,设计了注浆锚索主动式超前支护技术方案,并在现场进行了工业性应用。结果表明:注浆锚索超前支护条件下工作面辅运顺槽围岩变形量小,围岩裂隙得到了有效充填与胶结,锚索承载稳定;最终实现了注浆锚索完全代替单体支柱及液压支架,为不规则工作面增、减液压支架作业提供了极大便利,同时实现了超前支护段的无人化,保障了工作面安全高效生产。该主动式超前支护技术对于金属矿山破碎顶板、矿压异常区以及对断面尺寸有较高要求的金属矿山巷道支护均具有很好的借鉴意义。

基于改进能量极值法的微震信号与爆破信号识别方法

倪彬, 张伟, 刘晓明, 汪朝

2023, 52(07): 185-191.

摘要 ( 24 )

PDF (2175KB) ( 304 )

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微震监测是深部矿山安全、高效开采的一种重要的辅助手段。然而,井下布设的监测台网实时采集的数据包括微震信号、爆破信号、钻机、矿车机械设备噪声等,人工手动对不同信号进行分类不仅耗时耗力、效率低且主观性强,对后续微震信号到时拾取及微震事件定位分析造成了极大干扰。以国内某铜矿微震监测系统采集的信号为研究对象,基于能量极值法(Energy Extreme Value,EEV),通过计算移动时窗区间内的信号能量 Ratio 曲线,统计曲线上极值点起始时间到结束时间的总时长以及能量 Ratio 曲线上波峰数,提出了一种微震信号与爆破信号自动识别方法。采用 MATLAB 软件对该铜矿现场采集的数据进行了分析处理,结果表明:该方法能精确识别微震信号、采场爆破信号、巷道掘进爆破信号,对连续 3 个月采集的信号识别准确率分别为 90. 7%、91. 8%、95. 2%。该研究成果为微震信号处理提供了一种新的方法,具有一定的工程应用价值。

露天矿弧形钻孔空间姿态参数解算及自由抵抗距爆破预警方法

阚玉达

2023, 52(07): 192-197.

摘要 ( 29 )

PDF (2681KB) ( 310 )

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爆破作业是露天矿生产的重要工序,钻孔空间姿态参数分析和安全预警是爆破安全性和经济性的重要保障,因此针对露天矿钻孔空间姿态参数解算及其最小自由抵抗距爆破预警的研究尤为重要。然而在实际生产过程中,受自然地质、钻探工艺等因素影响,部分钻孔无法沿预定空间直线方向掘进,偏离掘进轨道,形成了弧形钻孔。针对弧形钻孔姿态数学表征困难和自由抵抗距分析不足的问题,以测斜仪和无人机摄影测量数据为基础,提出了一种露天矿弧形钻孔空间姿态参数解算及其自由抵抗距爆破预警方法。研究结果表明:该方法可准确解算弧形钻孔空间姿态参数,进而实现自由抵抗距爆破预警,可为露天矿爆破作业提供技术支撑。

黏土改良铁尾矿砂物理力学特性试验研究

汤劲松, 高进召

2023, 52(07): 198-203.

摘要 ( 45 )

PDF (1693KB) ( 306 )

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为探究不同黏土掺量对铁尾矿砂物理力学特性的影响规律,以河北省赞皇县某尾矿库的铁尾矿砂为研究对象,借助外掺黏土的改良方法,通过击实试验、加州承载比试验与常规三轴试验,研究黏土掺量对改良铁尾矿砂物理力学特性的影响。结果表明:改良土的最大干密度随黏土掺量增加呈现出先增大后减小的规律性;铁尾矿砂中掺入黏土可有效提高其加州承载比强度;当黏土掺入量在恰巧充分填充铁尾矿砂孔隙临界点附近时,改良土更易压实,其强度与刚度指标综合表现最为优异。

含铀硼铁矿选铁尾矿中铀硼资源回收试验研究

刘飞飞, 李丽匣, 靳跃栋, 薛向欣, 程功金

2023, 52(07): 204-212.

摘要 ( 29 )

PDF (2380KB) ( 301 )

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辽宁翁泉沟地区含铀硼铁矿中铀、硼资源丰富,主要以晶质铀矿和硼镁石的形式存在,某选矿厂含铀硼铁矿选铁尾矿中 U、B2O3 品位分别为 0. 013 3%、14. 05%。为了提高该选铁尾矿中铀、硼资源的利用率,进行了矿物特征自动定量分析系统(AMICS)测试、化学分析、铀硼元素的平衡计算和粒度分析,探明了尾矿中的矿物存在形式、粒度分布、解离特性、元素分布等特征,根据试样性质,制定了“微细粒铀、硼矿物强化物理场预富集—摇床精选—重选尾矿浮选”的重—浮联合工艺分选流程。试验结果表明:通过优化离心分选、摇床分选、浮选的操作,获得了铀精矿中 U 品位 0. 151 8%,U 作业回收率 60. 16%,硼精矿中 B2O3 品位 14. 76%,B2O3 作业回收率 94. 84%的分选指标;铀矿物主要分布在-74 μm 细粒级中,U 分布率为 77. 13%,硼矿物主要分布在-38 μm 细粒级中,B2O3 分布率为 84. 67%;和原工艺指标相比,选铁尾矿中 U、B2O3 回收率都得到提高,可为企业增加效益。该含铀硼铁矿选铁尾矿重—浮联合工艺可以有效回收微细粒铀、硼矿物,对其他微细粒矿物的回收具有借鉴意义。

微细粒高岭土对黄铁矿海水浮选的影响机理

王忠红, 李育彪, 向焱, 杨旭, 李万青

2023, 52(07): 213-218.

摘要 ( 31 )

PDF (1727KB) ( 307 )

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为探究海水浮选体系中黏土矿对黄铁矿的影响,进行了不同高岭土含量条件下黄铁矿的浮选分离试验研究,并通过 Zeta 电位、矿浆泡沫层等测试分析机理。结果表明:低含量高岭土不影响黄铁矿海水浮选,但高含量高岭土抑制黄铁矿海水浮选。机理分析表明:微细粒高岭土泥化罩盖在黄铁矿表面或通过机械夹带进入泡沫中,降低黄铁矿回收率。 DLVO 理论计算表明:弱酸条件下,高岭土主要通过端面罩盖在黄铁矿表面,而弱碱条件下,主要通过机械夹带干扰黄铁矿浮选。研究结果揭示了海水浮选黄铁矿的不利条件,为实现海水高效浮选分离黄铁矿提供了一定的指导意义,有利于拓展海水等高盐水在矿物浮选领域的应用。

东北某低品位含银铅锌矿低碱分离试验研究

陈雄, 何名飞, 卜浩, 汤优优, 贾敏

2023, 52(07): 219-225.

摘要 ( 36 )

PDF (1972KB) ( 323 )

相关文章 | 计量指标

为高效开发利用东北某低品位含银铅锌矿,解决现场分选工艺中存在铅锌精矿铅锌互含较高,伴生金属银回收率较低,且废水难于直接回用的难题,在工艺矿物学研究基础上,开展了铅锌低碱浮选试验研究,通过铅锌浮选条件试验确定适宜的选矿工艺流程及药剂制度。结果表明:针对含铅 1. 33%、锌 2. 51%、银 19. 5 g / t 的原矿,采用铅锌优先浮选流程,在磨矿细度为-0. 074 mm 占 75. 42%情况下,以碳酸钠为 pH 调整剂、硫酸锌和亚硫酸钠为抑制剂、苯胺黑药+丁铵黑药为捕收剂,经“ 1 粗 3 精 2 扫” 选铅,清水闭路试验,得到含铅 57. 52%、含锌 4. 84%、含银 585. 40 g / t、铅回收率 85. 38%、银回收率 57. 63%的铅精矿;选铅尾矿以硫酸铜为活化剂、石灰为抑制剂、苯胺黑药+丁胺黑药为捕收剂,经“1 粗 2 精 2 扫”选锌,获得了含锌 51. 85%、含铅 1. 38%、含银 52. 20 g / t、锌回收率 90. 71%、银回收率 11. 65%的锌精矿。回水条件下铅锌指标与清水时各项指标相当。试验通过在铅锌浮选中采用苯胺黑药+丁铵黑药做铅锌矿物捕收剂,使常规抑制剂能够代替石灰或减少石灰用量,从而实现硫化铅锌矿的低碱度分选,并使矿石中伴生银富集在铅精矿中综合回收;且回水可以重新应用于生产流程。

基于正交试验优化某铁矿石塔磨磨矿功耗

王子扬, 韩呈, 侯英, 陈来保

2023, 52(07): 226-231.

摘要 ( 34 )

PDF (1475KB) ( 310 )

相关文章 | 计量指标

为了进一步实现某铁矿碎磨工艺的节能降耗,以某铁矿石高压辊磨—预选精矿为研究对象,磨矿功耗作为评价指标,在单因素试验的基础上采用正交试验方法进行塔磨机磨矿参数优化试验。结果表明:① 单因素试验确定适宜的磨矿浓度为 60%、螺旋搅拌器转速为 300 r / min、介质充填率为 16. 15%、介质配比(ϕ8 mm 钢球质量占比) 为 50%,料球比为 0. 166 4。 ② 正交试验确定适宜的磨矿浓度为 60%、螺旋搅拌器转速为 360 r / min、介质充填率为 20. 77%、介质配比(ϕ8 mm 钢球质量占比)为 100%和料球比为 0. 16。 ③ 正交试验的磨机-0. 074 mm 利用系数比单因素试验高 44. 32%,磨矿功耗比单因素试验低 9. 68%。 ④ 塔磨机的 5 个影响因素对磨矿功耗的影响作用由大到小依次为磨矿浓度、螺旋搅拌器转速、料球比、介质充填率和介质配比。正交试验优化进一步降低了塔磨机磨矿功耗,且磨矿产品的粒度分布更加均匀,有利于提高后续分选效果。

含铁铜钴硫酸渣浸出液水解沉淀法除铁试验研究

程彦玲, 宋文强, 陈官华, 张汉泉, 余洪

2023, 52(07): 232-236.

摘要 ( 24 )

PDF (1701KB) ( 302 )

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为了从含铁及铜钴等有价金属的硫酸渣浸出液中回收铜钴,针对高浓度铁离子浸出液,提出水解沉淀法除铁,系统研究了氧化剂 H2O2 用量、氧化时间、滴定温度、滴定终点 pH 值、搅拌时间等对铁去除率以及铜钴损失率的影响。结果表明,最佳沉铁条件为 H2O2 用量 5 mL、氧化时间 2 h、滴定温度 70 ℃ 、滴定终点 pH = 3. 0、搅拌时间 1. 0 h,此时浸出液中铁的去除率为 91. 97%,铜和钴的损失率分别为 12. 20%和 12. 04%。 SEM-EDS 和 XRD 分析结果表明,碳酸钙沉铁渣渣相单一,产物表面光滑,呈棒状和不规则的片状;产物主要物质为二水硫酸钙和针铁矿。在除铁过程中,少量的 Cu 和 Co 被沉淀物吸附,从而导致了 Cu 和 Co 的损失。

硫酸熟化—常压浸出综合回收锡烟尘中铟锌试验研究

柯晶晶, 靳岩

2023, 52(07): 237-241.

摘要 ( 18 )

PDF (1451KB) ( 289 )

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某锡烟尘含 Sn 37. 43%、Zn 8. 82%、In 0. 56%,具有较高的综合回收价值。采用硫酸熟化—常压浸出工艺回收烟尘中的有价金属铟、锌,而锡有效富集在渣中。通过条件试验确定适宜的工艺参数为熟化温度 140 ℃ ,熟化保温时间 40 min,硫酸与锡烟尘质量比 0. 7 ∶1,浸出时间 1. 5 h,浸出温度 90 ℃ ,浸出液固比 4 ∶1 mL / g。在此条件下, 铟和锌的平均浸出率分别达到 96. 68%和 97. 70%,锡的平均浸出率降低到 0. 52%。与常压酸浸提取工艺相比,硫酸熟化常压浸出工艺可显著提高铟和锌的浸出率,并显著降低锡的浸出率,实现了铟、锌与锡的高效分离。

沉砂口直径对多组分铁矿石旋流分级密度效应影响

张彩娥, 史济泓, 张铭宇, 孙义成, 潘程尧, 陆帅帅

2023, 52(07): 242-247.

摘要 ( 21 )

PDF (1816KB) ( 299 )

相关文章 | 计量指标

针对铁矿石旋流分级过程中的密度效应问题,根据我国铁矿资源低品位特点,以石英—磁铁矿(1 ∶1)人工混合矿为研究对象,采用直径 100 mm 的水力旋流器开展物理试验,系统考察了沉砂口直径变化对分级过程中颗粒密度效应的影响规律。研究结果表明:高密度磁铁矿组分的沉砂分配率较大,其与石英组分的沉砂分配率差异在中间粒度(45 μm)附近最为明显,随着沉砂口直径的增大,沉砂分配率差值减小到 10%左右。增大沉砂口直径可以减弱密度效应带来的分级粒度和分级精度差异,降低不同密度组分因密度效应产生的交互影响。高密度细粒( d≤ 20 μm) 磁铁矿组分在底流错配,造成底流夹细,低密度粗粒(d>45 μm)石英组分是溢流跑粗的主要来源。研究结果可为弱化分级过程中颗粒密度效应影响提供理论依据。

融合优化遗传算法和变步长蚁群算法的矿山巡检机器人路径规划

聂秀珍, 焦迎雪, 张霞

2023, 52(07): 248-253.

摘要 ( 20 )

PDF (1887KB) ( 299 )

相关文章 | 计量指标

矿山作为重要的工业生产基地,对于保障生产安全和提高生产效率具有重要意义。传统的矿山巡检方式主要依赖于人工巡检,具有人力成本高、巡检效率低、存在安全风险等不足,因而,研究自主巡检的矿山巡检机器人路径规划算法对于提高矿山巡检技术水平具有重要意义。提出了一种融合优化遗传算法和变步长蚁群算法的矿山巡检机器人路径规划方法。该方法首先利用遗传算法对机器人路径进行优化,然后将优化后的路径作为蚂蚁搜索的初始路径。在蚂蚁搜索过程中,根据当前路径长度变化情况调整蚂蚁的步长,以适应不同路径长度的搜索。同时,引入了启发式信息和信息素更新策略,增强了蚂蚁搜索的局部和全局搜索能力。试验表明:与单一算法相比,所提方法可以更快地找到较优解,并且具有更好的鲁棒性和稳定性。该方法通过融合变步长蚁群算法和遗传算法的优点,可以快速收敛到全局最优解,同时提高了搜索精度和收敛速度,对于提高矿山巡检机器人路径规划效率,确保矿山安全高效生产具有一定的意义。

某硫酸盐还原菌株的分离及其在煤矸石山酸化污染修复中的应用

蔡云, 朱琦, 胡振琪

2023, 52(07): 254-260.

摘要 ( 33 )

PDF (1927KB) ( 301 )

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煤矸石堆场氧化导致的高盐酸性废水是严重危害煤矿区环境质量的污染源之一。利用硫酸盐还原菌进行生物固硫,能够有效控制煤矸石氧化产酸及其造成的污染。针对已知的硫酸盐还原菌多为严格厌氧菌、依赖外加碳源、难以应用于露天煤矸石山的问题,从酸性煤矸石堆场周边土壤中分离、筛选出一株兼性厌氧硫酸盐还原菌, 分析菌株的 16S rRNA 基因序列、形态和生理生化特性,并利用柱状淋溶实验测定该菌株对煤矸石酸化污染的修复效果。结果表明:该菌株与 Bacillus subtilis 具有 99. 93%同源性,外形为杆状,大小(0. 4 ~ 0. 6) μm×0. 2 μm,最适生长温度范围为 25~ 35 ℃ ,在 pH 为 4~ 8 的环境中均生长良好。该菌株对外加碳源的依赖性低,在无任何外加碳源的好氧条件下,接种该菌株 18 d 后,可将已酸化煤矸石的 pH 由 3. 09 提升至 4. 62,同时去除 48. 25%的硫酸盐离子和 88. 40% 以上的重金属离子,有效控制煤矸石堆场高盐酸性废水的产生。

羊肚菌种植区重金属污染评价及膳食健康风险分析

曾庆兰, 吴迪, 杨珍, 普福敏, 向美, 刘晓媛

2023, 52(07): 261-267.

摘要 ( 22 )

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为了解羊肚菌及种植区的重金属污染状况,以贵州羊肚菌种植区为研究对象,采集土壤和羊肚菌果实样品,测定样品中 Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Hg、As 的含量,利用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数、潜在生态风险指数对羊肚菌种植区土壤重金属污染程度进行评价;通过目标危害系数对羊肚菌中重金属的膳食健康风险进行评估。结果表明:3 个种植区土壤及羊肚菌中均存在不同程度的重金属积累与超标现象。内梅罗综合污染指数表明:A、B、C 种植区分别有 12. 09%、4. 57%、7. 20%的点位处于轻度污染级别;潜在生态风险指数结果表明:A、C 种植区属于中等潜在风险级别,A 种植区属于轻微潜在生态风险级别;目标危害系数表明:3 个种植区羊肚菌的食用不会对成人造成膳食健康风险,但 A 种植区中儿童食用羊肚菌,会存在一定的 As 健康风险,C 种植区中儿童食用羊肚菌,会存在一定的 Hg 健康风险。羊肚菌种植区后续种植羊肚菌应注意对土壤重金属污染的管控,并加强对种植区周边环境的关注和管理。

复合聚硅酸铁混凝剂的制备、性能与混凝机理研

李立辉, 丛忠奎, 陈建设, 李斌川, 刘奎仁, 韩庆

2023, 52(07): 268-274.

摘要 ( 23 )

PDF (2523KB) ( 282 )

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为探明硅铁物质的量比对聚硅酸铁混凝效果的影响规律,以 Na2SiO3· 5H2O、Fe2(SO4)3· 7H2O 为原料制备 6 种聚硅酸铁,通过 XRD、SEM 及 FTIR 等分析手段对聚硅酸铁进行物相和微观形貌表征,并系统研究了聚硅酸铁用量、pH 值、搅拌时间等工艺参数对 COD 去除率的影响。结果表明:① 聚硅酸铁具有多晶相结构,随硅铁物质的量比的增加,表面形貌由空心管状逐渐向片状结构转变。 ② 随着硅铁物质的量比的增加,聚硅酸铁中 Fe( Ⅲ )的自由离子、单核羟基络合物含量减少,聚硅酸铁的电中和能力减弱;相应硅酸多聚体含量升高,聚硅酸铁吸附架桥能力得到提升。 ③ 针对丁基钠黄药和二号油所制备水样,采用硅铁物质的量比为 0. 5 的聚硅酸铁混凝剂净化处理,在聚硅酸铁用量为 4 mmol / L、pH 值为 5. 0、搅拌时间为 20 min 的条件下,COD 去除率可达到 48%。与 Fe2( SO4 )3· 7H2O、聚硅酸相比,聚硅酸铁混凝性能明显提升,混凝过程电中和与吸附架桥共同作用。

CeO2 掺杂对 CMAS 微晶玻璃结构和性能的影响

徐文策, 曹钊, 马瑞, 欧阳顺利

2023, 52(07): 275-282.

摘要 ( 31 )

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固体废物资源化利用是促进社会可持续发展和环境保护的有效方式,以铁尾矿与粉煤灰为主要原料, 采用常规与微波处理制备 CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)体系微晶玻璃,研究了不同 CeO2 添加量对微晶玻璃的结晶动力学参数、结晶行为和性能的影响。结果表明:CeO2 含量的增加使玻璃的稳定性与聚合度增强,结晶温度逐渐提高, 但 CeO2 含量为 4%时,常规处理样品出现了 CeO2 析晶。通过拉曼光谱分析发现,微波处理使玻璃中[ CeO4 ]含量增加,促使[CeO4]与金属阳离子耦合,抑制离子扩散。力学性能测试表明,当 CeO2 的掺杂量为 2%时,微晶玻璃强度与韧性均提高。然而,随 CeO2 含量的增加微晶玻璃的力学性能降低。

金尾矿砂制备水泥注浆料的流变性能及力学性能研究

王长军, 胡志刚, 许丹丹, 季天鸿, 孙志华

2023, 52(07): 283-290.

摘要 ( 24 )

PDF (2307KB) ( 299 )

相关文章 | 计量指标

针对地下空间堵漏注浆料成本高、体积不稳定等问题,以细度模数低于 0. 7 的金尾矿砂制备流变性能优异的水泥注浆料,提升注浆料性能的同时实现固废资源化利用。对金尾矿砂的颗粒分布、化学成分、矿物组成以及颗粒形貌进行了测定,通过单因素试验系统研究了外加剂掺量及水胶比对金尾矿砂水泥注浆料流变性能以及力学性能的影响,结合 SEM 分析方法揭示了水胶比对力学性能的影响规律。结果表明:以石英为主要矿物的微细金尾矿砂颗粒细、棱角多,通过外加剂进行表面改性,固定胶砂比为 1 ∶1. 5,控制水胶比为 0. 35,注浆料流动度最高可达 335 mm; 控制水胶比为 0. 31,注浆料抗折强度达到最高,3、7、28 d 抗折强度分别为 6. 87、8. 87 以及 10. 5 MPa;控制水胶比为 0. 32,注浆料抗压强度达到最大,3、7、28 d 抗压强度分别为 43. 1、59. 0 以及 69. 0 MPa;金尾矿砂水泥注浆料脆性系数随水胶比增高而降低,试样 28 d 脆性系数最低为 5. 58。通过 SEM 分析发现随着水胶比增加,钙矾石( Aft)相增多,脆性系数减小,韧性提高,但 Aft 相过多导致结构松散,强度降低。

石墨固废基电热板材电学性能研究

张乾坤, 任子杰, 刘宇航, 高惠民, 吕阳, 李相国

2023, 52(07): 291-295.

摘要 ( 30 )

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相关文章 | 计量指标

在水泥砂浆体系中加入石墨可以制得性能较好的发热板材。为探究不同外加电场、不同湿度温度条件下石墨电热板材的发热、体积电阻率的关系,利用石墨固体废弃物、石墨选矿尾矿和球形石墨尾料制备电热板材,采用试验、统计分析等不同方法进行了分析。结果表明,交流电压对石墨电热板升温效果更佳,球形石墨尾料掺量达到渗流阈值(9%石墨掺量)后,电热板材的电阻率、发热性能稳定。在环境温度 10 ~ 30 ℃ 、环境湿度 20% ~ 80%范围内, 电阻率保持在 2. 5 Ω· m 左右,不易受环境温度湿度等因素影响,成本低廉,易于应用。

铁尾矿掺量对冻融循环和硫酸盐侵蚀联合作用下混凝土抗劣化性能的影响

陈跃余, 郭海燕

2023, 52(07): 296-300.

摘要 ( 36 )

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相关文章 | 计量指标

为研究铁尾矿掺量在硫酸钠冻融循环作用下的混凝土劣化机理,对铁尾矿混凝土的质量和抗压强度损失率、相对动弹性模量进行了测试,建立了基于威布尔分布的冻融损伤模型。结果表明:硫酸钠冻融 150 次后,当铁尾矿的替代率为 60%时,铁尾矿混凝土的质量损失最大,为 1. 7%;铁尾矿混凝土的抗压强度损失率随着冻融次数增加不断增大;60 次冻融后,IC15 组铁尾矿混凝土和 IC45 组铁尾矿混凝土的抗压强度损失率明显低于普通混凝土;IC30 组铁尾矿混凝土的相对动弹性模量损失最小,而 IC60 组铁尾矿混凝土的相对动弹性模量损失最大。冻融循环 0 ~ 30 次时,相对动弹性模量降低缓慢,损失较小,当铁尾矿替代率为 30%时,相对动弹性模量损失最小,抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性最佳;铁尾矿混凝土在冻融循环与硫酸盐侵蚀联合作用下的冻融损伤模型符合威布尔分布,相关系数 R2 大于 0. 96。

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