金属矿山

闫广亮, 李真, 张芫涛, 林卫星, 张凤鹏

2023, 52(10): 1-9.

摘要 ( 181 )

PDF (4031KB) ( 254 )

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采用水压致裂法分别测量思山岭铁矿围岩与矿体地应力,分析围岩与矿体地应力分布规律及其差异。结果表明:围岩与矿体地应力均随埋深增加近线性增大,水平最大主应力始终为第一主应力,方向近 NEE 向;围岩与矿体水平主应力差值均较大,埋深超千米时最大与最小主应力比值分别为 1. 58 与 1. 46,思山岭铁矿处于强各向异性高应力状态。围岩地应力略高于矿体地应力,千米以深时围岩水平主应力约是矿体水平主应力的 1. 06 倍。基于地应力分布规律与矿体层理,将思山岭铁矿 40 m×40 m×60 m(长×宽×高)的方形采场优化为 80 m×20 m×60 m 的长条形采场,模拟结果显示长条形采场开挖后的应力、位移、塑性区分布均优于方形采场,进一步提出了深埋高应力层状矿体的采场结构参数设计方法。

基于诱导冒落开采的强制崩落区范围确定方法

马姣阳, 陈生鑫, 魏殿恩, 张庆嵩

2023, 52(10): 10-17.

摘要 ( 77 )

PDF (3718KB) ( 152 )

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强制崩落区范围是否合理对诱导冒落法的冒落范围、过程及矿石回收影响重大。为此,以急倾斜破碎中厚矿体诱导冒落法开采条件为工程背景,采用数值模拟的方法,在确定崩落区采幅、高度及开采方式的前提下, 构建动态开采模型,分析不同崩落区开采范围、埋藏深度条件下的诱导冒落矿体的致冒机理,形成强制崩落区确定方法。研究结果表明:结合崩落形状、应力分布状态和岩体破坏情况可有效确定强制崩落区,以及特定条件下强制崩落区范围最优形式;增加崩落隅角改变强制崩落区范围,能够有效地提高诱导矿层冒落能力;近崩落区位置存在复杂应力分布状态,崩落区顶板的垂直应力及水平应力的常值受深度影响呈现规律性阶梯型增长。研究结果可为诱导冒落采矿工程提供理论支撑。

阶段回采与顶板支护中深孔一孔两用试验研究

覃凯, 张鹏飞, 肖柏林

2023, 52(10): 18-23.

摘要 ( 48 )

PDF (1945KB) ( 119 )

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针对谦比西铜矿预控顶上向中深孔空场嗣后充填法的采矿工艺,利用 Sandvik DS421 锚索台车,提出了一种“一孔两用”的预护顶技术方案,可不施工支护巷,直接在凿岩巷施工护顶锚索,安装好锚索后锚索孔作为回采中深孔使用。首先详细介绍了技术方案的设计思路,然后根据相关手册对扇形中深孔孔网及爆破参数进行计算与验证,最后介绍了该技术方案的现场施工,讨论了“一孔两用”的后续改进方向。结果表明:通过自制锚索套管装置 ,可实现矿体内自由端锚索的分离回收利用,实现了仅支护末端 6. 5 m 的预期目的;将锚索孔并入扇形中深孔统一孔网参数设计,锚索孔排面与常规中深孔排距 0. 5 m,锚索孔孔底距为 1. 6 m;有间隔锚索孔的中深孔孔底距 3. 2 m, 其余中深孔的孔底距为 2. 2 m,炸药单耗 0. 45 kg / m3;以谦比西铜矿采场参数为例,每个采场可节约采切工程量 1 672 m3、管缝锚杆 330 根、金属锚网 496 m2,减少了锚索使用量 221 m、中深孔 850 m,具有良好工程效益与应用价值。

应力叠加下的爆破减振效应现场试验研究

杨璐瑶, 莫宏毅, 王雪松, 全铭, 徐振洋

2023, 52(10): 24-30.

摘要 ( 47 )

PDF (2549KB) ( 129 )

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地震波振动是造成工程爆破危害的主要原因,使用爆炸能量分配降振原理,采用 PFC2D 模拟双孔爆破地震波效应,通过现场爆破试验分析单孔、双孔和三孔爆破的三维能量谱和瞬时能量谱,对比验证单孔、双孔、三孔爆破减振效果。研究表明:双孔柱状药包同时起爆的应力波干涉过程为椭球波,干涉中线附近的应力分布较为均匀、集中;爆破振动强度随着时间逐渐衰减,衰减速度逐渐减小,在爆破较近的区域衰减快;振动信号能量基本处在 0 ~ 75 Hz,随水平距离增加而逐渐衰减,50 Hz 以下集中存在多个较明显的优势频带,单孔和三孔的能量频率集中分布在 30 Hz 以下,双孔能量分布在较宽的频率范围;双孔实验的瞬时能量分散最明显,在减振效果上明显优于单孔、三孔爆破。

新城金矿深部斜坡道围岩稳定性分析与控制技术

蒋万飞, 秦绍龙, 赵兴东, 刘滨, 张庆, 鲁鑫

2023, 52(10): 31-36.

摘要 ( 66 )

PDF (3006KB) ( 142 )

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随着浅部资源的枯竭,我国金属矿石开采逐步进入深部阶段。为探索金属矿深部巷道围岩稳定性分析和控制技术,以新城金矿深部斜坡道围岩支护技术为研究背景,前期通过现场工程地质调查获取围岩的结构面信息 , 采用 Dips 对结构面信息进行统计分析。在现场进行岩石取样后,对样品进行室内岩石力学试验,最终获得了岩石的物理力学参数。采用 Q 分级、RMR 分级及 GSI 对岩体进行质量分级,采用 RocLab 对岩体的物理力学参数进行估算。应用 Unwedge 对巷道的潜在楔形体进行了识别,发现巷道顶板存在大型楔形体,且存在极大冒落风险,并基于岩体质量分级结果和分级支护图表,确定采用“树脂锚杆+锚索+金属网+双筋条+钢筋梁+喷射混凝土”对该区域进行支护。最终应用 Phase2 和 Unwedge 对巷道支护效果进行分析。结果表明,采用该支护方式后围岩的塑性区范围和位移量都有所降低,顶板楔形体的安全系数也提高到了 35. 897,冒落风险得到了有效的控制。本研究证明该支护方式可有效保证巷道围岩的稳定,也可为类似矿山的巷道围岩支护提供指导。

结合应变场和温度场裂隙砂岩破坏规律及灾变预警研究

康志强, 冯江江, 王治磊, 张晨

2023, 52(10): 37-44.

摘要 ( 33 )

PDF (6667KB) ( 98 )

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为探究裂隙砂岩变形破坏过程及破坏前兆特点,融合数字图像相关技术和红外辐射技术对双轴压缩含平行双裂隙砂岩试样进行非接触式全场观测,引入标准差指标定量描述其破坏过程中表面应变场和红外辐射 2 个领域信息演化过程、分异程度和破坏前兆异常点,并验证了 2 个领域全场信息的相关性。研究结果表明:双轴加载过程中,轴向荷载为峰值荷载 75. 4%时预制裂隙尖端出现翼型张拉裂纹,随后与端部出现的剪切裂纹连接产生宏观滑移面,试样失稳破坏;根据应变场标准差曲线特征,可划分为初始分异、稳定分异、加速分异 3 个阶段,而温度场标准差曲线演化可划分为稳定分异和加速分异 2 个阶段;应变场标准差和温度场标准差的皮尔逊相关系数均在 0. 6 ~ 0. 91 之间,呈现显著及高度相关关系;张拉裂纹与剪切裂纹出现之前,应变场分异速率曲线显现 2 个明显尖端点,温度场分异速率曲线在剪切裂纹处突增,可将其异常点视作预警信号。研究成果可为裂隙岩体预警破坏提供新的思路和观点。

泥岩动态冲击力学响应及裂纹演化试验研究

耿昊, 杨江坤, 宋彦琦, 马宏发, 郑俊杰, 杨俊涛

2023, 52(10): 45-52.

摘要 ( 42 )

PDF (3428KB) ( 102 )

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为探究冲击载荷作用下泥岩的动态力学响应及裂纹扩展规律,利用室内霍普金森冲击试验系统结合高速摄像采集手段,对泥岩展开了 7 种不同冲击速度的动态压缩实验。讨论了不同冲击速度下泥岩的应力应变曲线、破坏特征等力学行为;利用高速摄像捕捉整个破坏过程,从细观角度分析其裂纹扩展过程,同时利用数字图像处理分析岩石在冲击过程中位移场及能量演化特征。研究结果表明:随着冲击速度的增加,冲击应变率和动态抗压屈服强度呈线性增加趋势变化,泥岩的峰后塑性增强;在冲击载荷作用下破坏形态呈渐进式发展,大致可分为“劈裂型”、 “粉脆型”和“粉碎型”;根据高速摄像采集图像可以发现,动态冲击作用下泥岩的裂纹扩展可分为无损段、起裂段、扩展段和破裂段,且冲击速度越大,裂纹在扩展段的发展越错综复杂,岩石劣化区更加破碎;冲击过程中,随着裂纹的演化,位移场从连续向不连续发展,且最大位移量表现出率相关性。动载冲击下泥岩的能量演化特征具有明显的率相关性, 能量随着冲击速度的增加而增加。泥岩在应力峰前阶段以弹性能存储为主,峰后阶段耗散能急剧增加,弹性能释放, 造成泥岩破碎失稳。

基于EWGR-DSTE的巷道围岩质量分级可信度研究

单梁, 刘艳章, 孙明伟, 葛伟杰, 肖一鸣, 于佳兴

2023, 52(10): 53-59.

摘要 ( 31 )

PDF (1625KB) ( 99 )

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传统岩体质量分级方法中分级因素的各等级评分具有阶梯性,并且各因素评分值仅通过简单的数学运算得到岩体质量综合等级,由此可能会引起围岩质量评分结果位于等级边界造成评级模糊的问题,导致分级结果的准确性降低。为此,以 RMR 法固有分级因素为基础,综合考虑定性与定量因素对岩体质量分级的影响,通过 D-S 证据理论对熵权灰色关联法确定分级因素的基本概率赋值函数进行融合,建立了基于 EWGR(熵权灰色关联)与 DSTE( DS 证据理论)的巷道围岩质量分级可信度模型。以金山店铁矿东区-410 m 水平采场巷道围岩为研究对象,选取 4 个典型测点,运用建立的可信度模型计算 RMR 法围岩质量分级结果的可信度。结果表明:建立的可信度模型有效地确定了测点围岩质量等级的可信度并根据可信度大小准确判定围岩等级;有效解决巷道围岩评分结果位于边界的等级模糊性问题;可信度模型计算的巷道围岩质量分级结果与现场围岩的支护措施相符,运用此模型得到了更符合工程实际的分级结果。

谦比希铜矿井下深孔加密注浆堵水技术研究及效果分析

李辉, 王贻明, 武鹏杰, 刘鹏鹏

2023, 52(10): 60-66.

摘要 ( 48 )

PDF (1811KB) ( 106 )

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谦比希铜矿主矿体是典型的大水矿山,其深部开采过程中面临涌水量大的问题。防治水工程已成为主矿体深部开展采矿作业、确保生产能力的首要任务和重要保障。根据主矿体复杂水文地质特征,结合国内外优秀大水矿山井下防治水工程经验,首先揭示主矿体深部涌水机制,基于注浆堵水现场工业试验最终选用深孔加密注浆堵水技术治理涌水问题。为综合分析该技术在主矿体的应用效果,深孔注浆作业完成后,采用水文观测孔、叠加效应分析及检查孔多维度评估堵水效果。结果表明:通过在主矿体 770 m 中段 2 070 ~ 2 700 线矿体下盘进行深孔加密注浆堵水工程,涌水量明显减少,深孔注浆参数合理,有效解决了主矿体深部工程的突水威胁,并以此注浆隔水层为基础构筑下向充填采矿法的假顶,为后期回采矿体提供有利的开采条件。井下深孔加密注浆堵水技术在谦比希铜矿的成功应用,为国内外类似大水矿山深部开采过程中的防治水工程提供了经验借鉴。

基于机器学习算法及 Stacking 融合集成模型的矿柱稳定性分析

张文革, 董陇军, 王加闯, 龚甦文, 罗才严, 郝晨良, 曹恒

2023, 52(10): 67-74.

摘要 ( 36 )

PDF (1806KB) ( 119 )

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留设矿柱作为确保矿山地下安全开采的重要手段,开展其稳定性研究对矿山的安全生产具有重要意义。为此,基于机器学习算法及 Stacking 融合策略开展了矿柱稳定性分析。首先,通过对原始矿柱稳定性数据样本进行统计分析,利用 SMOTE(Synthetic Minority Over-sampling Technique)算法对原始数据进行了样本平衡化处理,并按照 80%的数据作为训练集、20%的数据作为测试集进行划分。其次,使用随机森林算法(Random Forest,RF)、K-近邻算法 (K-nearest Neighbor,KNN)、支持向量机算法( Support Vector Machine,SVM)、线性判别降维算法( Linear Discriminant Dimensionality Reduction,LDA)、多层神经网络算法(Multi-layer Neural Network,MLPC)以及逻辑回归算法( Logistic Regression,LR)等不同算法进行分类计算。然后,通过随机搜索算法和五折交叉验证来获取每个模型的最优超参数,并分别选取上述单个方法为元模型,结合 Stacking 融合策略构建 6 种集成模型。最后,通过对比评价模型的准确率、召回率、精确率和 F1 指数等指标来确定最佳的评估方法。研究表明:在传统机器学习算法中, SVM 算法在分类任务中表现最优,而在采用 Stacking 融合策略的集成模型中,以随机森林作为元模型的 Stacking 模型展现出最佳性能;此外, 通过采用 Stacking 融合策略,整个集成算法模型相较于各个算法对应的元模型,性能得到明显提升。

冻融作用对条带状磁铁石英岩物理力学性能影响试验研究

贾淯斐, 夏冬, 李富平, 苏浩然, 赵雪

2023, 52(10): 75-82.

摘要 ( 42 )

PDF (3101KB) ( 94 )

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为研究冻融作用对条带状磁铁石英岩物理力学特性的影响,对条带状磁铁石英岩进行了矿物成分与结构分析,在对该岩石进行了最高 280 次的冻融循环试验后,展开了基于应变监测的单轴压缩试验。试验结果表明 :条带状磁铁石英岩主要成分为石英和磁铁矿物,其结构致密,原生裂隙主要为贯穿条带分布;随冻融循环周期增加,岩样饱水质量、开口孔隙率和纵波波速呈阶段式变化;自干燥至冻融 280 次,岩样的单轴抗压强度、弹性模量分别下降了 46. 93%、61. 98%,在冻融前、中期岩样单轴抗压强度、弹性模量下降最为显著;根据岩石变形特征获得不同冻融循环周期下岩样的应力特征值,岩样压密应力、起裂应力随冻融循环周期的变化幅度最为显著,并结合其与峰值应力的占比变化情况,发现岩样在低、中荷载下其内部裂隙活跃程度与冻融循环周期存在较高的相关性。

基于水热法分离回收赤泥脱铁产物中铝硅的研究

阳洋, 高德喜, 柳佳建, 饶明军, 罗骏

2023, 52(10): 83-93.

摘要 ( 34 )

PDF (3887KB) ( 108 )

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还原焙烧—磁选工艺可将赤泥中铁与铝硅组分有效分离,所得直接还原铁产品直接用于炼钢生产,但产出的大量非磁性富铝硅渣难以有效利用。针对某三水铝石型赤泥还原—磁选后的脱铁产物,提出采用一步水热法分离回收铝硅,系统分析了脱铁产物在水热过程中的物相转变、微观形貌和主要组分浸出行为。结果表明:脱铁产物主要组分 Na1. 75Al1. 75Si0. 25O4 在水热过程中反应速率快,溶出的 Al( OH) - 4 和 SiO23- 进一步与 CaO 反应形成水化硅酸钙,同时生成副产物水钙铝榴石及沸石。通过降低 NaOH 浓度、反应温度及时间可降低 Na1. 75Al1. 75Si0. 25O4 的反应速率,抑制水钙铝榴石及沸石的生成。推荐工艺制度为:NaOH 总浓度 20 g / L(含脱铁产物中 Na2O)、钙硅摩尔比 0. 8、反应温度 160 ℃ 、反应时间 60 min,此时钠、铝浸出率分别为 74. 00%和 62. 32%,硅组分转变为托贝莫来石产品。含铝浸出液经碳分后可制备拟薄水铝石产品。

卵清蛋白在镜铁矿反浮选脱硅中的应用

曹鹏飞, 张鹏鹏, 刘军, 李明阳

2023, 52(10): 94-99.

摘要 ( 34 )

PDF (1829KB) ( 97 )

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镜铁矿磁性较弱且常与石英脉石伴生,导致难以获得高品位铁精矿。通过单矿物浮选试验、接触角分析、Zeta 电位分析和 X 射线光电子能谱(XPS)分析,研究了卵清蛋白抑制剂在镜铁矿和石英阳离子反浮选分离过程中的吸附行为及作用机理。单矿物浮选结果表明,卵清蛋白对镜铁矿存在较强的选择性抑制作用,在 pH = 10,捕收剂十二胺(DDA)浓度为 20 mg / L,卵清蛋白浓度为 60 mg / L 条件下,镜铁矿与石英回收率差值最大,为 61 个百分点。人工混合矿浮选试验结果表明,在矿浆 pH = 10、DDA 用量为 20 mg / L,卵清蛋白浓度为 60 mg / L 条件下,获得了铁品位为 51. 23%、回收率为 79. 66%的铁精矿。 Zeta 电位、接触角分析表明,卵清蛋白大量吸附在镜铁矿表面,使镜铁矿表面亲水性提升,阻碍了 DDA 的后续吸附。 XPS 分析结果证明,卵清蛋白在镜铁矿表面吸附的主要形式是酰胺基团和 Fe 原子结合形成了化学吸附。卵清蛋白具有成为镜铁矿和石英浮选分离抑制剂的潜力。

攀西某选钛尾矿强磁回收微细粒钛铁矿的新工艺试验研究

黄会春, 陈禄政, 熊涛, 赖启威

2023, 52(10): 100-104.

摘要 ( 44 )

PDF (1332KB) ( 115 )

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攀枝花地区每年新增 8 000 万 t TiO2 品位为 5. 0%左右的尾矿,导致严重的资源浪费以及环境和安全问题。针对这一问题,本研究开发了一种处理量大、成本低的高梯度磁选新工艺,对低品位、细粒选钛尾矿进行粗细分级—阶梯磁选,实现微细钛铁矿的有效回收利用。研究结果显示,对 TiO2 品位仅 4. 53%,- 0. 019 mm 粒级产率为 24. 78%的选钛尾矿,采用 SLon 磁选机粗选—粗精矿磨矿—粗选尾矿分级、细粒级扫选—精选全磁选新工艺,可获得 TiO 2 品位 15. 52%、TiO2 回收率达 55. 33%的钛粗精矿。在这一新工艺中,SLon 磁选机能够排除大量浮选难以回收的超微细钛铁矿,为后续浮选精选创造有利条件。这种新工艺为攀西地区细粒选钛尾矿的再回收利用提供了新的技术思路,具有重要的现实意义。

蛇纹石溶解对颗粒间作用力的影响

李治杭, 程宏飞, 左可胜, 熊堃

2023, 52(10): 105-110.

摘要 ( 33 )

PDF (1532KB) ( 82 )

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为深入探究矿物溶解引起的表面性质变化对矿物颗粒间相互作用的影响,通过溶解试验、沉降试验、扫描电子显微镜、Zeta 电位分析、DLVO 理论分析和 AFM 等多种手段,对蛇纹石表面溶解过程及颗粒间作用力的变化规律进行了系统研究。结果表明,蛇纹石溶解会引起表面阳离子组分大量进入溶液,表面荷电性质随之发生改变,这是导致颗粒间作用力变化的根本原因,直接影响着颗粒间的分散状态。当溶液 pH 值为 4、7 时,颗粒间相互吸引, 引力大小分别为 7. 4 nN 和 17. 5 nN;当 pH 值增大至 11 后,颗粒间作用力由引力变为斥力,大小为 5. 7 nN。总体而言,蛇纹石颗粒在碱性溶液中的分散效果最佳,在酸性溶液中分散效果次之,在纯水中的分散效果最差。

复配捕收剂强化煤气化细渣浮选试验研究

李振, 刘洋, 朱张磊, 李毅红, 高博, 袁雪

2023, 52(10): 111-118.

摘要 ( 35 )

PDF (1954KB) ( 126 )

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针对煤气化细渣浮选分选效果低的问题,选用了柴油及其与油酸钠、OP4、甲基萘的复配产物作为捕收剂,MIBC、仲辛醇、2 号油、聚乙二醇作为起泡剂,进行了煤气化细渣的浮选对比试验,并借助激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜分析了复配捕收剂强化浮选效果的机理。浮选试验结果表明,当捕收剂质量用量相同时,复配捕收剂浮选效果优于柴油捕收剂,其中 OP4 与柴油复配的捕收剂浮选效果最好。当柴油质量占比为 80%、OP4 质量占比为 20%、捕收剂用量为 35 kg / t、MIBC 用量为 6 kg / t 时,浮选残炭产率提高了 23. 93%、浮选残炭灰分增加了 5. 81%。激光粒度分析结果表明,OP4 与柴油复配捕收剂的粒径相对较小,改善了柴油捕收剂的分散性 ,增加了残炭颗粒与捕收剂之间的碰撞概率,因而致使浮选回收率增加了约 1 倍。傅里叶变换红外光谱分析进一步指出, OP4 表面活性剂的加入对炭表面疏水官能团的附着有积极作用,提升了浮选残炭的产率。扫描电子显微镜结果显示, 浮选可以将附着与镶嵌在残炭上的灰质颗粒去除,但无法分离炭-灰熔融体,导致浮选残炭产品灰分偏高。因而, 为实现煤气化细渣中炭-灰高效分离,后续研究应从炭-灰解离角度开展研究。

基于响应曲面法的低阶煤浮选药剂条件优化

成宇龙, 史文庆, 邢耀文, 桂夏辉, 赵庆民, 李太友, 梁兴国

2023, 52(10): 119-126.

摘要 ( 27 )

PDF (3019KB) ( 87 )

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随着优质煤炭资源的枯竭,低阶煤因其储量大、开采成本低等特点,在能源供应和工业生产中越来越受重视。目前采用高效浮选药剂强化低阶煤回收已被广泛报道,但普遍局限于单一药剂种类对低阶煤浮选效果的研究,未考虑捕收剂与起泡剂的交互作用对煤泥浮选过程的影响。为探究浮选药剂间交互作用,实现最佳的浮选药剂调控,应用 Box-Behnken 响应曲面设计对转龙湾低阶煤泥浮选试验进行了方案设计和条件优化,分析了捕收剂中极性组分占比、捕收剂用量及起泡剂用量等因素对浮选精煤产率和浮选完善指标的影响规律,最后通过模型优化得到了最佳浮选用药条件。结果表明:捕收剂用量、起泡剂用量对精煤产率及浮选完善指标的影响极为显著,捕收剂中极性组分占比对精煤产率的影响有统计学差异,捕收剂与起泡剂间的交互作用对浮选完善指标的影响有统计学差异。各因素对精煤产率和浮选完善指标的影响大小顺序为:起泡剂用量>捕收剂用量>捕收剂中极性组分占比。最佳药剂条件为起泡剂用量 501. 87 g / t、捕收剂用量 1 500 g / t 及捕收剂中极性组分占比 42. 88%,在该条件下精煤产率和浮选完善指标分别为 88. 72%、56. 27%,与预测值 92. 03%、58. 25%基本吻合。同时该方法可进行捕收剂减量药剂条件优化, 实现技术指标与经济效益的精准把控。

某磷灰石浮选精矿磷酸浸出提纯试验研究

韩会丽, 苏峻樟, 刘涛, 黄睿雯, 王余莲, 袁志刚, 孙浩然, 印万忠, 操斌, 苏德生, 高畅

2023, 52(10): 127-132.

摘要 ( 49 )

PDF (1815KB) ( 117 )

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为进一步提高磷灰石浮选精矿纯度,创新性地提出了采用磷酸浸出法脱除磷灰石浮选精矿中的方解石和白云石等碳酸盐脉石矿物的方法。酸浸条件对磷灰石提纯效果的影响规律研究表明,在磷灰石粒度为-38 μm, 稀磷酸浓度为 10%,液固比为 4 ∶1,反应温度为 20 ℃ ,反应时间为 240 s 条件下进行磷灰石浮选精矿的磷酸浸出试验,可将纯度为 86. 88%的磷灰石提纯至 99. 36%。酸浸机理研究表明,磷灰石不与磷酸发生反应,而方解石和白云石均可以与过量的磷酸反应生成溶于水的物质而被脱除;经过磷酸浸出提纯后的磷灰石纯度较高,结晶良好。研究结果对碳酸盐矿物钙质型磷矿的提纯降杂具有重要参考意义。

液态聚醚/丙二醇提高铁精矿滤饼结构渗透性

李蕊, 潘昱蒿, 冯泽宇, 张文强, 李宏亮

2023, 52(10): 133-139.

摘要 ( 21 )

PDF (3041KB) ( 89 )

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针对铁精矿滤饼颗粒微细、孔道狭窄、过滤脱水困难这类问题,采用 5 种不同类型的助滤剂,对铁精矿进行助滤脱水试验。结果表明,液态聚醚的助滤效果优于其余助滤剂,在铁精矿中添加 150 g / t(按干物料计)液态聚醚, 滤饼水分从 14. 74%降至 10. 2%,过滤速度提高 1. 3 倍。为进一步优化过滤性能,对液态聚醚进行复配试验, 结果表明液态聚醚与丙二醇配合使用时(液态聚醚 ∶丙二醇质量比 7 ∶3),助滤效果最佳,当药剂投加量为 150 g / t 时,滤饼水分降至 8. 35%,过滤速度提高 1. 5 倍。液态聚醚在铁精矿颗粒表面形成“蘑菇”型吸附,使颗粒间产生位阻排斥作用,造成滤饼结构蓬松。通过 X 射线 CT 扫描滤饼结构,结果表明,加入液态聚醚 / 丙二醇后滤饼的孔隙率增加、迂曲度减少、盲孔数量减少,有助于水分的迁移。本研究为提高铁精矿过滤速度、降低滤饼水分提供了新思路。

白云鄂博稀土混合精矿工艺矿物学特性研究及分离方法论证

何佳昊, 高鹏, 陈宏超, 袁帅

2023, 52(10): 140-145.

摘要 ( 41 )

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为了更好地开发利用白云鄂博稀土资源,采用化学成分分析、光学显微镜、MLA、X 射线衍射分析等检测方法对白云鄂博的稀土混合精矿进行工艺矿物学研究。结果表明,试样中 F-REO 品位为 37. 63%,P -REO 品位为 22. 84%,所含的稀土矿物主要为氟碳铈矿、独居石以及氟碳钙铈矿,非稀土矿物主要为磷灰石、萤石、磁 / 赤铁矿、黄铁矿等;矿石中氟碳铈矿和独居石的粒度较细,-38 μm 粒级分布率分别达到了 92. 62%和 96. 59%,但单体解离度较低; 不同矿物之间嵌布关系较为复杂。因此传统选矿方法很难实现二者的有效分离,进而决定了白云鄂博稀土元素的提取必须以稀土混合精矿为原料,加剧了稀土精矿冶炼工艺的复杂化。采用“矿相转化—浸出” 的工艺,可以获得 F-REO 含量为 5. 93%和 P-REO 含量为 56. 27%的浸出渣,并且 F-REO 浸出率达到了 93. 68%,P-REO 的浸出率仅为 3. 17%,实现了氟碳铈矿和独居石的有效分离。

河南省洛宁县吉家洼金矿工程地质建模

李海富, 王玲, 郭勤强, 陈伟华, 郎磊, 王翊欣

2023, 52(10): 146-152.

摘要 ( 36 )

PDF (4973KB) ( 125 )

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针对吉家洼金矿工程地质条件日趋复杂的现状,利用 Datamine 和 Leapfrog 软件构建了矿区岩性、断层和节理裂隙的实体模型(Wireframe),并将岩性、断层和节理裂隙的定性或定量参数进行标准化赋值,获得矿山工程地质块体模型(Block),为矿山生产提供精细化指导。矿区岩性分为 3 类,分别为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和辉绿岩,将空间点岩性的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等力学参数标准化后赋值,形成岩性块体模型。断层参数指空间点与断层的距离,利用动态椭球体技术和距离幂次反比法将距离标准化后赋值,形成断层块体模型。节理裂隙块体模型是利用普通克里金法将空间点的节理裂隙密度标准化后赋值而获得。在此基础上,分别赋予地层、节理裂隙和断层权重 30%、30%和 40%,并将标准化后的数据相加形成工程地质块体模型,用 ENZONE 字段表示,值为 0 ~ 100,代表工程地质综合参数从差到优。研究表明:构建的吉家洼金矿工程地质模型显示矿区 SN 向断裂两侧、断层下盘 84800N 两侧和上盘 85300N 两侧的 ENZONE 值偏低,约 60,预示工程地质条件差,后期矿山设计和生产中应予以重视。

三维地质统计学矿产资源量估算变异函数影响因素与参数敏感性研究

李晓晖, 江健华, 马良, 祁轶宏, 潘杨

2023, 52(10): 153-161.

摘要 ( 47 )

PDF (2278KB) ( 117 )

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随着数字矿山建设不断深入和三维地质信息化技术不断发展,三维地质统计学方法在矿产资源量估算领域的应用越发广泛。变异函数是三维地质统计学矿产资源量估算方法的核心,其分析过程受诸多因素影响,参数控制复杂且敏感性各异。因此,度量这些因素对实验变异函数的影响并解析理论变异函数各参数的敏感性,对于获取更为合理的理论变异函数参数、提高资源量估算精度具有重要意义。以安徽省安庆—贵池矿集区某大型铁铜矿床为例,基于数学统计方法对影响实验变异函数的诸多因素进行系统分析,并运用 Sobol′敏感性分析与控制变量方法深入解析和对比了理论变异函数相关参数的敏感性。研究结果表明:① 实验变异函数稳健性受数据分布以及滞后距影响最为强烈;② 理论变异函数模型中块金值是最为关键的参数,对交叉验证结果影响最为显著,变程次之;③ 理论变异函数模型参数值的调整可参考交叉验证结果,但同时还需参考地质勘查手段和矿体特征等要素进行综合评判。研究成果可为三维地质统计学矿产资源量估算过程中变异函数的合理确定提供参考和依据,并为相关方法的实践应用与推广提供帮助。

优化超体素凹凸性的矿区地物提取算法研究

汪骁周大伟占喜林周健刁鑫鹏耿智江

2023, 52(10): 162-167.

摘要 ( 29 )

PDF (3188KB) ( 81 )

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快速准确地获取矿区地物信息对煤矿安全开采工作的规划与部署具有重要的指导意义。不同于传统人工调查受到矿区环境因素的限制,机载 LiDAR 作为近年来矿区地表监测的新手段,可以高效获取矿区地表点云, 利用点云分割算法实现矿区地物的提取。但常规点云分割算法主要适用于分割地形相对简单的区域,在复杂地形的地面点与非地面点聚类分割效果较差。基于此,提出一种优化超体素凹凸性的聚类分割算法用于矿区的复杂地形特征地物分割,主要步骤为:① 对矿区点云进行超体素过分割;② 根据模糊聚类算法( FCM)对超体素的边界进行细化; ③ 使用增加高程阈值的凹凸聚类算法对超体素进行分割,提取机载 LiDAR 点云的地面点与地物点。以鄂尔多斯某矿开采工作面为例进行实验,并与改进前超体素分割算法和区域生长算法的分割效果进行比较。结果显示:整体上看,本文算法在保证数据完整的前提下,分割效果仍可以满足矿区在地物分割工程上的需求;分割细节上看,比改进前的超体素分割算法的加权平均精确度提升了 13. 1%,加权平均召回率提升了 2. 3%;比区域增长算法的加权平均精确度提升了 30%,加权平均召回率提升了 6. 3%。

基于CNN算法的井下无人驾驶无轨胶轮车避障方法

宋秦中, 胡华亮

2023, 52(10): 168-174.

摘要 ( 42 )

PDF (1604KB) ( 92 )

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为了避免无人驾驶无轨胶轮车在井下有限空间内发生碰撞,提出了一种基于卷积神经网络( CNN 算法) 的无人驾驶无轨胶轮车运动避障控制方法。采用改进卷积神经网络的光栅地图,显示特定时间内无人驾驶无轨胶轮车周围环境状况,获取车辆位置、障碍物位置信息。通过信号传输途径和通道损失对数—正态分配模式,构建无人驾驶无轨胶轮车运动学方程,通过分析各分立点的位置信息、车辆尺寸信息和巷道边界情况,实现无人驾驶无轨胶轮车运动避障。由实验结果可知,该方法在弯道、直行和路口 3 种模拟场景下,设计的运动避障控制系统能够预测这 3 种类型碰撞点,使无人驾驶无轨胶轮车沿着重新规划后的轨迹行驶,对比实验也显示所研究方法与理想轨迹贴近,避障控制效果较好。

蜗壳式进料体旋流器截面形状对分离性能的影响

宋颖, 张悦刊, 赵洪涛, 姜志华

2023, 52(10): 175-181.

摘要 ( 26 )

PDF (2030KB) ( 72 )

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旋流器是一种利用离心沉降原理来完成不同粒度或不同密度物料快速分离的设备。旋流器进料体结构和截面形状能够降低能耗并起到预分离作用,从而改善颗粒运动行为,提高旋流器分离性能。提出了一种新型蜗壳式进料体结构,采用数值模拟方法探究了截面形状对旋流器内部流场特征和分离性能的影响,在此基础上,对其实际分级效果进行了试验研究。数值模拟结果表明:蜗壳式进料体结构能够降低湍流强度和湍流黏度,提高流场稳定性,降低旋流器能耗,其中 R-R 型进料体结构旋流器压力梯度最大,压降最小,湍流强度最低,流场最为稳定。旋流分离试验结果表明,蜗壳式进料体旋流器底流固相产率比传统切向入口旋流器增加了 3. 28%,分级效率也有一定程度的提高。研究结果可为旋流器进料体结构设计与优化提供理论指导。

立式搅拌磨机与旋流器磨矿分级过程的自动控制研究

张沐凡, 孟庆有, 袁致涛, 冷红菱

2023, 52(10): 182-188.

摘要 ( 25 )

PDF (2087KB) ( 102 )

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在选矿厂磨矿分级过程中,立式搅拌磨机的磨矿效果易受水力旋流器给矿条件波动影响,而旋流器给矿调节过程存在滞后性、时变性及非线性等特点。针对此问题,根据水力旋流器的给矿压力、给矿浓度与泵池液位的调节过程,分别设计了规则切换 PID 控制和模糊 PID 控制方法,并设计了仿真平台进行试验。仿真结果表明,与手动控制方法相比,规则切换 PID 控制的均方误差(MSE)和绝对误差积分(IAE)指标分别减小了 97%和 84. 8%,泵池液位累计超限值和恢复时间分别减小了 94. 9%和 79. 6%;与 PI 控制方法相比,模糊 PID 控制的 MSE 和 IAE 分别减小了 76. 2%和 51. 9%,超出允许误差区间情况减少约 90%。所设计的控制方法显著提高了立式搅拌磨机与旋流器磨矿分级过程控制的鲁棒性与准确性,实现了该过程的稳定控制。

基于流固耦合的搅拌磨磨矿离散元仿真及试验研究

刘伟, 刘俊, 程波, 薛玉君, 李济顺

2023, 52(10): 189-195.

摘要 ( 23 )

PDF (1688KB) ( 82 )

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立式螺旋搅拌磨是矿石超细磨作业的关键设备,为研究其在实际工况下磨矿效果的影响因素,分析其磨矿特征,以立式螺旋搅拌试验磨机为研究对象,采用 CFD-DEM 方法建立矿浆与研磨介质的流固耦合仿真模型,对不同尺寸和形状的研磨介质在磨矿过程中的运动速度、碰撞力、碰撞次数以及搅拌器的扭矩进行分析,并使用试验磨机进行磨矿试验,提取搅拌器扭矩及不同粒度的筛下累积量。结果表明,立式螺旋搅拌磨的磨矿效果与研磨介质的尺寸和形状有着密切的关系,使用钢球介质时比使用钢段介质时的磨矿效果好,小钢球比大钢球的磨矿效果好,且使用小钢球产生的能耗较低。仿真所提取的扭矩与实验所测得的扭矩基本吻合,误差在 5%以内,该仿真模型具有一定的合理性。

节理裂隙对露天采场陡倾边坡稳定性的影响研究

王智佼, 李勇, 尹健斌, 杨帆, 陶志刚

2023, 52(10): 196-204.

摘要 ( 32 )

PDF (4514KB) ( 102 )

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节理裂隙对岩体的强度有着重要的影响,而露天矿开采中的边坡失稳多因岩体的强度较低所引起,因此,对节理裂隙进行研究有助于解决矿区开采的安全性问题。以土屋露天铜矿为工程背景,利用声波测井、测线法和节理宽度调查(赤平极射投影法)对矿区岩体节理裂隙进行分析,再利用离散元数值模拟的方法对不同节理产状的边坡进行佐证 NPR 锚索的力学试验模拟。研究表明:① 根据调查结果可将矿区分成 4 个区域,其中Ⅰ区和Ⅲ区边坡岩体为 4 级围岩,Ⅱ区和Ⅳ区边坡岩体为 5 级围岩,矿区整体岩体质量较差,节理发育程度较高,存在边坡失稳问题 ;② NPR 锚索具有超强的力学锚固特性,数值模拟试验对比中 NPR 锚索的约束效果为 PR 锚索的 10 倍左右,在破碎岩体中支护效果异常明显,体现出良好的补偿力学行为。本研究对露天矿区的边坡节理裂隙进行了综合分析,为其露天矿边坡的稳定性研究提供科学依据。

植被混凝土板墙与锚索组合结构防护边坡稳定性研究

陈宇, 李舒阳, 刘威勤, 张仰鹏, 胡钊健, 黄震

2023, 52(10): 205-213.

摘要 ( 21 )

PDF (2473KB) ( 80 )

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为了解决高陡边坡护坡能力与边坡生态相互协调的问题,以龙胜—峒中口岸高速公路边坡为例,将植被混凝土板墙和预应力锚索支护技术相结合,采用数值模拟方法研究植被混凝土板墙锚固支护结构对边坡变形约束和稳定性加固效果,分析植被混凝土板墙锚固结构的边坡稳定性及锚索参数敏感性。研究结果表明:植被混凝土板墙锚固支护结构能有效增强边坡的稳定性,减少边坡内部的剪切应变,阻止潜在滑动面的贯穿;在板墙和锚索的加固作用下,边坡的变形方式发生变化,将能量扩散稀释,使浅层堆积体的局部大变形转为全局小变形,降低了坡顶、坡面和坡底的变形程度,并提高了板墙的承载力和抗弯利用率,从而达到防止边坡滑动的目的;锚索参数敏感度由大到小排序为:锚索长度>锚索竖向间距>锚索预应力大小。研究可为植被混凝土板墙锚固支护结构的设计施工提供科学依据。

考虑损伤累积效应的矿山边坡稳定性分析及加固方案研究

靳玉娟 , 王嘉琪

2023, 52(10): 214-220.

摘要 ( 23 )

PDF (2523KB) ( 93 )

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矿山开采过程中,爆破作为一种极其常用的手段,对周围岩体产生了不可逆转的损伤,一旦超过岩体的损伤极限,将会造成边坡失稳,导致严重的安全生产事故。通过声波测试技术,以声波波速为介质定义了损伤变量 ,用于描述岩石的损伤程度,对矿山爆破损伤累积效应进行了现场测试,基于现场实测结果建立了考虑累积效应的损伤模型。将该模型进行二次开发,导入 FLAC 数值模拟软件,对持续爆破条件下矿山边坡的稳定性进行了分析,并提出了加固方案。研究表明:① 随着岩体经历爆破次数增加,内部损伤程度逐渐增加,最终以突变激增的形式达到完全破坏;② 通过拟合试验过程中损伤变量与爆破次数、爆破装药量的关系,认为损伤变量的增长与爆破次数的指数关系成正比,同时与爆破装药量的 0. 5 次方成正比;③ 对频繁爆破条件下的边坡稳定性控制方法进行了分析,所提加固方案有助于控制损伤累积导致的边坡失稳。

深部复杂矿井通风系统优化数值模拟研究

王凯旋, 彭俊兴, 梁宗霍, 邱辉, 雷鸿, 康敏, 尹裕, 陈兴

2023, 52(10): 221-230.

摘要 ( 44 )

PDF (41307KB) ( 129 )

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随着地下矿山生产规模以及开采深度加大,矿井通风系统的合理可靠性面临重大挑战,并成为了井下安全高效生产的决定性因素之一。本文提出了复杂深埋矿山通风系统优化的策略与流程,并采用现场调查和数值模拟相结合的方式开展了湖南水口山康家湾矿通风系统优化研究。通过通风系统测定、风流线路优化、通风工程改造、风机选型等流程为康家湾矿提出了通风系统优化方案。最后,建立了康家湾矿三维通风系统模型,并通过数值模拟评估了该矿通风系统优化效果。研究结果表明,依据本研究的通风优化方案,康家湾矿新鲜风流全部转入预定深部中段,通风系统整体效率由 68. 2%提升至 80. 5%,污风串联和风流短路问题得到解决。本研究有助于为深部复杂矿井通风系统优化提供科学指导,为保障地下金属矿山安全生产提供了关键技术支持。

金属矿井火灾疏散路径模拟与研究

姜培根, 蔚登峰, 刘新龙, 甘明日, 姚奇, 张永亮

2023, 52(10): 231-239.

摘要 ( 32 )

PDF (2903KB) ( 126 )

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深井矿山火灾产生的高温有毒烟气在井下狭长受限空间内流动不仅损坏井下设备和影响正常生产,而且污染井下作业环境,严重威胁井下人员的生命健康。为了减少矿井火灾后的人员伤亡,为更好地应急决策提供参考,本文对矿井火灾疏散风险和疏散路线进行了研究。在前人的研究基础上本研究利用火灾动力学软件 Pyrosim 建立金属矿山模型,同时在最坏情况假设下选择最容易发生火灾的地点来模拟矿井火灾并观察其温度、CO 浓度、烟气可见度在矿井中的变化,基于温度、CO 浓度对矿井每个区域进行风险评估。利用 Pathfinder 进行火灾疏散模拟,同时考虑了个体之间的差异,通过对疏散模拟结果分析得出若干可行的疏散路径,通过对得出的若干条疏散路径的风险值进行加权计算并比较得出一条最佳疏散路线。在前人的研究基础上,本研究提出了一种新的矿井疏散路线选择模型,更直观地展示了矿井不同区域的疏散风险分布,可为今后矿井火灾数值模拟研究提供参考。

微生物诱导矿化处理矿渣次数与灌浆方式研究

王修铭, 陈群, 范丹丹, 张利民, 周成, 万里

2023, 52(10): 240-246.

摘要 ( 41 )

PDF (1996KB) ( 86 )

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微生物矿化技术能改善尾矿渣的物理力学性质,同时可固定矿渣中的重金属离子。通过土柱试验开展了处理次数和方法对矿化效果的影响研究,采用自由入渗法、埋管注浆法及 2 种方法组合进行微生物诱导矿化试验, 探讨了不同方式处理后土柱沿深度方向的矿化效果。研究结果表明:随着处理次数增加,土柱的重金属固定率、生成的碳酸盐含量和干密度增大,渗透系数和孔隙比降低。矿化处理后的各测试指标与处理次数之间满足较好的双曲函数关系,干密度和渗透系数分别与生成的碳酸盐含量成正、负线性相关关系。试验与曲线拟合结果显示:第 3 次处理后重金属固定率和生成的碳酸盐含量等测试指标的变化均趋于稳定,表明 3 次为最佳处理次数。自由入渗法处理后土柱的底部的渗透系数比顶部增大 42. 8%,表明矿化效果随深度明显减弱。埋管注浆处理后土柱的渗透性沿深度变化不大,矿化的均匀度最好。 2 种方法组合时可结合双方的优点,在提高土柱矿化效率的同时,还可降低土柱沿深度方向的不均匀性。

减水剂对掺膨润土胶结充填体强度及流动性能的影响研究

曹宝栋, 郭攀

2023, 52(10): 247-252.

摘要 ( 30 )

PDF (1504KB) ( 76 )

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为研究掺膨润土胶结充填体性能与减水剂掺量间的关系,在室内开展了胶结充填体的强度及流动性能试验,详细分析了减水剂及膨润土掺量对充填体强度及坍落度的影响规律。结果表明:料浆坍落度随着膨润土掺量增加表现出明显降低趋势,反映出膨润土会对料浆的流动性产生不利影响;膨润土胶结充填料浆的坍落度随着减水剂含量的增加而增大,并且膨润土对坍落度的不利影响随着减水剂的掺入而降低;膨润土的掺入会在一定程度上降低充填体强度,并且膨润土掺量越高会导致强度的降幅越大;减水剂的掺入能够提高胶结充填体的抗压强度,并且膨润土的掺入不会影响减水剂对胶结充填体强度的改善效果;此外,随着养护龄期增大,抗压强度随着膨润土含量增加而下降的幅度有所减小,反映出延长养护龄期能够抑制膨润土对充填体强度的不利影响。

3D打印铜尾矿砂混凝土的物理力学性能分析

吕娜, 李笑, 梁霄龙, 原雪, 方光秀, 宋兵

2023, 52(10): 253-258.

摘要 ( 23 )

PDF (1392KB) ( 80 )

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选取铜尾矿砂作为细骨料替代部分天然河沙,制备了 3D 打印铜尾矿砂细骨料混凝土,铜尾矿砂的替代率分别为 0%、10%、20%、30%,对其坍落度、凝结时间、静态屈服应力、抗压强度、层间黏结强度进行了测试,分析了力学性能和微观结构。结果表明,铜尾矿砂因其高吸水特性降低了 3D 打印混凝土的坍落度,提高了初凝和终凝时间, 凝结时间的增加不会显著影响 3D 打印铜尾矿砂混凝土的可建造性;铜尾矿砂的掺入加速了细骨料颗粒之间的内部摩擦,混凝土的静态屈服应力随着铜尾矿砂掺量的增加而增加;3D 打印铜尾矿砂细骨料混凝土具有各向异性,其中的抗压强度值随测试方向的变化而变化。除浇铸成型试件外,纵向方向上的抗压强度值最高,横向方向上的抗压强度值最低,纵向方向与打印方向上的一致性决定了其较高的抗压强度特性;掺加适量的铜尾矿砂表现出微填充效应, 并降低了 3D 打印试件的表观孔隙率,表观孔隙率的变化规律与体积密度成反比,过量的铜尾矿砂混凝土中会观察到明显的微裂纹破碎形貌。

3D打印金尾矿砂超高性能混凝土的力学性能研究

朱春红, 周凯, 何磊

2023, 52(10): 259-264.

摘要 ( 30 )

PDF (1411KB) ( 93 )

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采用金尾矿砂替代部分细骨料,利用 3D 打印技术制备成金尾矿砂超高性能混凝土( UHPC),对其可打印性、流变性、可建造性和抗压强度、抗弯强度等力学性能进行了研究。结果表明,初凝时间和终凝时间随着金尾矿砂掺量的增加呈现减小的趋势,流动度和坍落度显著降低;剪切应力随剪切时间先增大,然后逐渐减小到一个稳定值, UHPC 的静态屈服应力随着金尾矿砂掺量的增加而显著增加,金尾矿砂的掺入提高了 UHPC 的动态屈服应力和塑性黏度,G40 组的动态屈服应力和塑性黏度较 G0 组分别提高了 53. 6%和 120. 1%;当金尾矿砂掺量为 40%时,3D 打印 UHPC 的结构变形率降低到 4. 5%,金尾矿砂掺量的增加可以减小结构变形;G20 组的抗压强度分别较 G0 组提高了 10. 6%和 13. 3%,当金尾矿砂掺量为 20%时,UHPC 的抗压强度和抗弯强度最高,当金尾矿砂的替代率超过 20%时 , UHPC 的抗压强度和抗弯强度呈下降趋势。

粉煤灰对新型胶凝材料充填料浆性能和充填体结构的影响

温知全, 陈大佼, 王悦, 屈中伟, 郝晨良

2023, 52(10): 265-270.

摘要 ( 34 )

PDF (2537KB) ( 87 )

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以酒钢集团镜铁山铁尾矿为例,利用粉煤灰、矿渣微粉、尾砂、脱硫石膏等固体废弃物,以元明粉、絮凝剂作为外加剂开展新型胶凝材料替代水泥的试验研究。通过将粉煤灰分别掺加到水泥和新型胶凝材料制备的矿山充填料浆中,通过流动性、抗压强度、XRD、SEM 微观测试等试验,对比分析粉煤灰对两种充填料浆性能的影响。结果表明:占胶凝材料量 10%的粉煤灰掺加到新型材料制备的充填料浆中,使得料浆流动性降低;料浆静置 1 h,能够连续流动,分层较少;后期强度增长较大;微观 XRD 和 SEM 分析表明粉煤灰的掺加提高了水化产物的密实度。结果表明 ,新型充填胶凝材料能满足现场充填的性能要求,并可以降低矿山充填胶凝材料的成本,具有广阔的市场应用前景。

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