金属矿山

池秀文, 董浩然, 汪宗英, 王其洲, 赵龙, 范纯超

2023, 52(09): 1-11.

摘要 ( 51 )

PDF (2846KB) ( 288 )

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针对多层钒矿体重叠分布、相邻矿层开采重复扰动、围岩应力分布复杂等问题,采用理论分析和数值模拟方法,建立了单层矿体矩形采空区围岩应力分布平面模型,并结合数值模拟结果,拟合了单层矿单采场采空区围岩垂直应力峰值变化率与其跨度关系式,分析了单层矿多采场围岩应力叠加特征;在此基础上,定义了双层矿体开采时采空区相对位置关系类型,研究了双层矿采空区不同跨距和垂距对其围岩应力分布特征的影响规律。研究表明:钒矿体采空区围岩存在典型的应力释放、应力跌落、应力增高和原始应力等 4 区分布特征,采空区跨度越大,其应力峰值越高,且应力增高区以深围岩内的应力变化率随着与应力峰值点距离的增大按照幂函数关系减小,应力跌落区内的应力变化率随着与应力峰值点距离的增大而增大;相邻采空区的应力增高区会在两者间的矿柱内叠加,矿柱内某点的应力变化率为两侧采空区分别在该点引起的应力变化率之和;当下层采空区应力释放区与上层采空区应力增高区重叠时均导致围岩内拉应力增高,当上层采空区的应力释放区与下层采空区任一区域重叠时均导致压应力降低;上下采空区重叠与非重叠区域的交汇处应力变化显著;根据多层矿体开采应力迁移规律,提出采空区强、弱扰动距,划分强扰动区、弱扰动区和无扰动区,为多层矿体开采时合理确定回采参数与回采顺序提供参考。

考虑围岩孔隙特性的深部巷道注浆加固数值方法研究

文旭东, 卢海峰, 刘泉声, 刘滨, 吴月秀

2023, 52(09): 12-23.

摘要 ( 32 )

PDF (5067KB) ( 271 )

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注浆加固可有效改善深部矿区裂隙发育的环境,保证巷道围岩稳定和矿区安全开采。以淮南矿区顾北煤矿泥岩巷道注浆加固工程为依托,通过注浆固结体微观结构扫描电镜试验和力学特性的试验研究,对围岩孔隙特性与注浆固结体力学特性的关系进行了研究,在此基础上对固结体的摩尔-库伦本构模型进行了修正,并基于 FLAC3D 软件,开发了考虑围岩孔隙特性的注浆加固评价的数值仿真分析方法,对矿区巷道群注浆加固效果进行了计算。结果表明:岩体孔隙率对注浆固结体的强度和变形特性影响较大,固结体的弹性模量和黏聚力与孔隙率存在对数递增关系,内摩擦角随孔隙率增大而减小;注浆固结体可存在包裹和搭接两种胶结模式;巷道群数值模拟结果显示,无注浆条件下巷道拱顶下沉位移、两帮收敛位移以及底鼓位移最为明显,随着注浆固结时间增加,各部分变形均趋于稳定,验证了该方法能很好地表征注浆加固效果。研究成果可为煤矿巷道注浆加固设计和施工提供分析评价方法。

某金矿全尾砂充填材料改性试验与配比优化研究

陈贺新, 胡立强

2023, 52(09): 24-28.

摘要 ( 44 )

PDF (1688KB) ( 272 )

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针对某金矿充填材料具有变形大、强度低等问题,通过加入复合外掺料提高全尾砂填料强度、改良其收缩性能并得出掺料的优化配比。试验选用的复合材料组分包含矿渣纤维、粉煤灰、生石灰、水泥和尾砂,采用正交试验确定掺料的最佳比例,并借助矿物衍射和扫描电镜技术,研究了改性材料的微观机理。结果表明:充填材料的最佳配比为纤维掺量、粉煤灰掺量、生石灰掺量和水泥掺量分别为 1. 6%、0. 5%、10. 0%和 20. 0%;改性后的填充材料抗折强度和抗压强度分别提高了 3. 8 和 1. 6 倍且收缩率减小了 120%;XRD 图谱显示出不同的矿物成分随着养护龄期增加而变化特征,侧面反映了水化反应的全过程;SEM 扫描图像清晰地展现出充填材料孔隙中充满水泥和生石灰颗粒且矿渣纤维吸附大量溶液凝胶产物,从微观机理角度解释了强度和收缩性能提高的原因,表明强度提高和收缩性能变化是由于加入掺料改变了原有的微观结构和生成了胶凝产物所致。

高压渗流作用下砂岩剪切力学特性研究

胡斌, 丁静, 李京, 崔凯, 马利遥, 汤琦

2023, 52(09): 29-36.

摘要 ( 31 )

PDF (2367KB) ( 263 )

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水—岩相互作用机制是边坡长期稳定性研究中的关键问题。针对目前水—岩作用研究中试验设计和研究对象与工程实际存在差异,导致边坡岩体渗流损伤机制不明晰的问题,利用自主研发的岩石剪切—渗流耦合试验装置,开展了高压渗流条件下的饱水砂岩剪切试验,分析了渗透水压对砂岩抗剪切强度、剪断面破坏程度以及法向应力—变形影响规律。结果表明:渗透水压对砂岩力学性质具有劣化作用,渗透水压力越大,饱水状态下砂岩抗剪强度、峰值法向变形与峰值剪切变形越小;当砂岩剪应力达到屈服点后,剪应力受裂纹贯通影响,会产生不同程度的剪应力降;在屈服破坏阶段,砂岩法向变形与法向应力变化在时间点上存在对应关系,两者变化规律反映了砂岩内部裂纹在该阶段的扩展情况;在剪切过程中,次级裂纹呈对称出现,随着渗透水压力增大次级裂纹逐渐减少甚至消失,剪断面趋于平整。研究成果可为连续强降雨作用下高陡边坡长期稳定性研究奠定基础。

加锚异性结构面剪切破坏及声发射特征研究

高军强, 刘广建, 杜时贵, 贾瑞锋, 王康宇, 徐钰东

2023, 52(09): 37-46.

摘要 ( 28 )

PDF (4193KB) ( 259 )

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自然界中广泛存在着两侧岩性不同的结构面,工程中常用锚杆抑制结构面的滑动。为了研究加锚异性结构面的直剪特性,开展了室内直剪试验,结合声发射监测结果,探讨了加锚异性结构面的抗剪强度、破坏类型及裂隙演化规律。研究结果表明:随着加锚异性结构面弱侧壁岩强度增加,抗剪强度呈非线性增加趋势,结构面加锚时的抗剪强度相比未加锚时依次提高了 200%、267%、303%,破坏类型依次为剪切、拉剪、劈裂,且主裂纹方向与剪切方向基本一致;加锚异性结构面剪切—位移曲线分为压密、弹性、屈服、破坏 4 个阶段,压密阶段锚固剂出现挤压破坏,弹性阶段岩体与锚杆挤压处出现裂隙,屈服阶段锚杆承担主要抗剪力且发生了变形,破坏阶段岩样被剪碎;当结构面弱侧壁岩强度较低时,声发射事件集中在弹性阶段,当其壁岩强度较高时,声发射事件集中在屈服阶段;随着结构面弱侧壁岩强度增加,当 λ<1 时岩样产生大尺度剪切裂隙,当 λ≥ 1 时岩样产生小尺度剪切裂隙。

基于改进 Faster RCNN 的岩石热红外图像张剪裂纹检测

黄晓红, 卢晔, 张润东, 董诗琪

2023, 52(09): 47-53.

摘要 ( 32 )

PDF (3871KB) ( 260 )

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区分岩石破裂模式对矿山灾害防治具有重要意义,为了能够有效识别岩石破裂模式、监测破坏过程,提出了一种基于改进 Faster RCNN 的岩石热红外图像张剪裂纹检测算法。首先开展花岗岩单轴压缩试验,使用红外热像仪获取岩石破裂过程中的热红外图像,制作岩石红外裂隙数据集;然后对 Faster RCNN 网络模型进行改进,通过引入注意力引导的上下文特征金字塔网络对特征提取方法进行优化,采用级联结构提升检测框回归准确度,同时使用岩石红外裂隙数据集对模型进行训练及验证;最后对实测岩石红外图像进行张剪裂纹识别。试验结果表明:该算法检测精度达到了 94. 15%,每秒检测帧数为 19. 27 fps,综合性能得到显著提升,研究结果可为预测岩石破裂位置及破裂模式提供一种思路。

层理角度影响下油页岩优势冲击破碎角度研究

甘泽, 李富平, 杨曦, 甘德清

2023, 52(09): 54-62.

摘要 ( 36 )

PDF (4726KB) ( 261 )

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油页岩包含大量层理结构,层理角度的变化会造成破碎形式与破碎粒度的较大差异。为明确层理角度影响下油页岩破碎形式与粒度特征,确定油页岩优势破碎角度,开展油页岩破碎筛分、含油率测定、电镜扫描分析和数值模拟研究。研究结果表明:3~ 1 mm 粒径范围的油页岩颗粒含油率高,是油页岩颗粒破碎的优势粒径范围。油页岩破碎形式受层理结构影响,不同层理角度下,其破碎形式可以分为 5 种,即穿层劈裂破坏、穿层剪切破坏、劈裂穿层破坏、剪切破坏和劈裂型的剪切张拉破坏。 70°、80°和 90°层理角度下,破碎后油页岩的粒度较小,优势粒径颗粒含量均达到 40%以上。其中 80°层理角度优势粒径颗粒含量最高,90°层理角度油页岩颗粒均匀性更好。可以认为油页岩的优势冲击破碎角度为 80° ~ 90°。油页岩破碎后的粒度分布函数本质上是对其破碎颗粒分形分布的描述,在此基础上以 Weibull 分布函数模型对其破碎粒度进行定量描述,结果较为准确。

多时段露天矿卡车短期内排规划整体优化

赵明, 王忠鑫, 辛凤阳, 王金金, 曾祥玉

2023, 52(09): 63-68.

摘要 ( 38 )

PDF (1298KB) ( 273 )

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为进一步优化露天矿排土场岩土块体堆置顺序,降低运输费用,针对现阶段尚未有效解决多时段露天矿卡车内排规划整体优化问题展开研究,提出了一种面向卡车内排运输、考虑采剥动态变化的内排土场岩土块体堆置顺序优化算法。排弃位置以块体表示,采剥位置以实体模型表示,根据各时段采剥位置实体质心点坐标、排弃块体质心点坐标和工作线长度计算运距,考虑实际对运距进行修正,再根据运输成本计算各时段采剥位置到排弃块体的运输费用。对排弃块体加入时间维度,进行分时段运输费用计算。以剥离物运输总费用最小为目标函数建模,将排土场排弃时空发展关系、安全距离和排弃量等作为约束条件,构建了内排规划模型。采用 0-1 整数规划对模型进行多时段一次性求解,得出内排土场最优岩土块体堆置顺序。以某露天矿为例,运用所提出的算法对该矿内排土场岩土块体堆置顺序进行了优化,结果显示:最优排土规划方案的剥离物运输总费用为 92 099. 41 万元,相比原设计方案节省 1 284. 17 万元,达到内排土场岩土块体排弃时间及排弃位置最优的优化目标。研究结果进一步反映出:在完成排土场设计的基础上深层次挖掘排土工程时空发展关系,提出多时段排土规划整体优化思路,对于制定科学合理的排土规划具有一定的参考意义。

岩质边坡微震监测方案优化设计及隐伏危险区域辨识

张文革, 王加闯, 董陇军, 龚甦文, 罗才严, 郝晨良, 曹恒, 闫先航

2023, 52(09): 69-75.

摘要 ( 35 )

PDF (3908KB) ( 267 )

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地压监测是矿山安全管理的关键环节,也是矿产资源开发过程中有效的监测手段。根据陕西省四方金矿的矿山地质条件和地压活动规律,为提高资源回收率,有效治理矿山地表环形边坡,解决安全绿色采矿的关键问题,针对矿山生产特点,结合传感器布设的基本要求,分析了不同布设方案的理想定位误差,并从经济性角度分析与设计了满足矿山监测要求的地压系统监测方案。为进一步辨识矿山边坡体的薄弱异常区域,确定边坡的区域稳定性情况,采用波速场成像技术获取了边坡体监测剖面低速危险区域和高速危险区域的成像结果,进而实现了边坡体内部隐伏空洞异常区域的超前辨识及监测效果分析。结果表明:在理想化条件下,某一监测点设置为不同的标高时,坡体定位误差差距不明显,结合监测震源的矿山边坡区域相对波速场成像结果可知,基于当前的台网布置方案,可满足对于矿山边坡体监测剖面内部危险区域的辨识需求。研究成果对于减少矿山灾害事故发生、提升矿山安全生产稳定性具有重要意义。

考虑块石块度及分布的人工土石混合边坡稳定性分析

李志辉, 杨小彬, 原文杰, 吕祥锋, 刘腾辉, 赵余廷, 张泽文, 肖德升

2023, 52(09): 76-82.

摘要 ( 33 )

PDF (4565KB) ( 258 )

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为研究人工土石混合边坡中块石块度及空间分布对边坡稳定性的影响,用 Python 语言编写脚本生成不同块石块度、块石间距、块石轮廓等参数构成土石混合边坡模型,实现土石混合边坡块石块度及分布的随机生成。将模型导入 Abaqus 软件中生成土石混合边坡的数值计算模型,对土石混合边坡的稳定性进行计算,得到了块石的不同块度大小及不同空间分布对土石混合边坡稳定性的影响规律。研究表明:在含石量相同、块石块度范围为 10 ~ 50 cm 的条件下,随着块石块度增加,土石混合边坡的安全系数提升,塑性破坏带变宽、变长,边坡稳定性增加;当块度为 10~ 20 cm 与 30~ 40 cm 的块石分层分布在土石边坡中且块度大的块石邻近边坡下部时,安全系数较高,土石混合边坡的塑性破坏带分布面积广,边坡稳定性提升。研究结果可为人工土石混合边坡施工提供参考。

CO 与 H₂气氛下赤铁矿还原动力学及矿相转化机理研究 #br#

李新玉, 袁帅, 高鹏, 王若枫, 张洪浩, 李艳军

2023, 52(09): 83-89.

摘要 ( 36 )

PDF (2448KB) ( 275 )

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针对赤铁矿开展了 CO 和 H2 气氛下的矿相转化试验,详细研究了还原过程动力学,并采用 X 射线衍射和扫描电镜对其相变和微观结构变化进行研究,以对比 CO 和 H2 矿相转化效果的差异及微观结构演变规律。结果显示,在温度 460~ 620 ℃范围内,矿相转化温度的提高可以明显加快反应的速率。在 CO 气氛下,反应模型为收缩核模型,积分形式为 G(α) = 1 - (1 - α)1/ 2,其表观活化能为 8. 35 kJ / mol,指前因子为 0. 21 min-1;在 H2 气氛下,反应模型为收缩核模型,积分形式为 G(α) = 1 - (1 - α)1/ 3,其表观活化能为 20. 73 kJ / mol,指前因子为 4. 37 min-1。 SEM 分析结果表明,在矿相转化过程中,气体的吸附和赤铁矿的矿相转化优先发生在赤铁矿颗粒的表面和裂缝处,反应从颗粒表面和裂隙逐渐向内进行,温度应力和相变应力产生的裂纹为气体扩散提供了通道,这有利于气体及气体产物在颗粒中的内扩散,加速反应的进行。在同等试验条件下,H2 的矿相转化效果要优于 CO。研究结果可为赤铁矿在 H2 和 CO 气氛下矿相转化过程的调控提供理论支撑。

钙离子对白钨矿浮选行为的影响及其调控研究

孙文娟, 韩海生, 邹勤, 陈文胜

2023, 52(09): 90-97.

摘要 ( 40 )

PDF (2205KB) ( 271 )

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白钨矿的表面性质和浮选行为受矿浆中钙离子影响显著。为了探究钙离子对白钨矿浮选的影响及其调控方法,在钙离子矿浆中开展了不同 pH 调整剂作用下的白钨矿和方解石浮选试验,并通过 XRD、粒度测试、红外光谱和吸附量等测试分析机理。结果表明,在钙离子矿浆中使用碳酸钠调整 pH = 10 时白钨矿浮选回收率仅为 11. 40%,与使用氢氧化钠时的浮选回收率相比降低了 46. 73 个百分点;使用碳酸钠调节 pH = 9. 5 浮选白钨矿时,添加氟化钠后白钨矿浮选回收率由 20. 46%提升至 76. 01%。机理研究表明,钙离子矿浆中使用碳酸钠调整 pH 时,生成了大量的纳米碳酸钙,Pb-BHA 捕收剂在其表面发生化学吸附,吸附量高于白钨矿;加入氟化钠后,纳米碳酸钙表面发生转化生成氟化钙,其表面的捕收剂吸附量明显降低。高钙矿浆中使用碳酸钠时生成的纳米碳酸钙,在浮选中与白钨矿表面竞争吸附捕收剂,使得白钨矿浮选效果变差。氟化钠可以促进纳米碳酸钙表面转化为氟化钙,降低捕收剂在纳米碳酸钙表面的吸附,从而消除其对白钨矿浮选的不利影响。

新型硫抑制剂 HD12 替代石灰的试验研究

王体琛, 邓久帅, 卢雨, 孙振武, 朱开顺, 朱萱菲

2023, 52(09): 98-102.

摘要 ( 31 )

PDF (1466KB) ( 289 )

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内蒙古锡盟地区含锌硫化矿石含锌 1. 46%、含铁 22. 07%。矿石中主要金属矿物为闪锌矿、磁铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿等,主要脉石矿物为石英、钙铁石榴石、方解石、云母、闪石等。为解决该矿石浮选过程中大量使用石灰所导致的安全、环保等问题,采用自主研发的新型硫抑制剂 HD12 替代石灰,开展了浮选试验研究。在磨矿细度为 -0. 074 mm 占 75%的条件下,通过条件试验确定锌粗选适宜的药剂制度为:HD12 用量 10 g / t,硫酸铜用量 240 g / t,丁基钠黄药用量 80 g / t。在此基础上,采用“1 粗 2 精 3 扫”的闭路浮选工艺流程处理该矿石,获得了锌品位 50. 04%、锌回收率 88. 97%的锌精矿,实现了含锌硫化矿中锌资源的高效回收。 HD12 为硫抑制剂时锌选别指标优异,同时显著降低了药剂用量,可替代石灰用于闪锌矿与黄铁矿、磁铁矿的分离。

不同成因黄铁矿表面特性及可浮性差异研究

段文婷, 邓荣东, 马英强, 刘文元, 杨远坤

2023, 52(09): 103-110.

摘要 ( 32 )

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针对塞尔维亚某矿床中上部矿带高硫型浅成热液黄铁矿(HSEP)和下部矿带斑岩型黄铁矿(PP),利用 X 射线衍射、纯矿物浮选试验、接触角测量、Zeta 电位测试和红外光谱测试等方法研究其表面特性和可浮性的差异。结果表明,HSEP 和 PP 的铁硫原子个数比(Fe / S)分别为 0. 49 和 0. 47,HSEP 随着(210)和(211)晶面择优取向生长, 而 PP 随着(220)和(311)晶面择优取向生长。 HSEP 的天然可浮性好于 PP,随着矿浆 pH 值的增加,HSEP 和 PP 的可浮性逐渐下降,且两者可浮性差异逐渐减小。 PP 在丁基黄药用量较低时反应的灵敏性更高,随着药剂用量的增加 2 种黄铁矿可浮性无明显差异;而在使用丁铵黑药做捕收剂时,HSEP 的可浮性均好于 PP,并加大了不同 pH 条件下 2 种黄铁矿的可浮性差异。 PP 更容易受到淀粉的抑制,而在使用石灰抑制黄铁矿时,2 种黄铁矿的可浮性差异随着 pH 值的升高而逐渐减小,在 pH = 12 时两者的可浮性无明显差异且被完全抑制。不同硫酸铜用量和矿浆 pH 值条件下,2 种黄铁矿的可浮性具有明显差异,加大捕收剂用量和硫酸均对 HSEP 活化的效果更好。

云南某硫化锑矿石选矿试验研究

何名飞, 汤优优, 贾敏, 李国俊, 魏顺涛, 盘文周

2023, 52(09): 111-116.

摘要 ( 40 )

PDF (1438KB) ( 271 )

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为高效开发利用云南某硫化锑矿,在原矿工艺矿物学研究的基础上,对其进行了详细选矿试验研究。结果表明:矿石中主要有价元素锑品位为 2. 16%,锑主要以硫化物的形式存在,氧化率仅为 4. 15%;锑矿物主要为辉锑矿,硫化物主要为黄铁矿,脉石矿物以石英、绢云母和方解石为主;辉锑矿的嵌布粒度较粗,主要分布在 0. 02 ~ 2. 56 mm 粒级,磨矿细度-0. 074 mm 占 74. 56%时锑矿物的单体解离度大于 90%。基于矿石性质研究结果,在磨矿细度 -0. 074 mm 占 74. 56%的条件下,以六偏磷酸钠为分散剂、硝酸铅为活化剂、M7 为捕收剂、松醇油为起泡剂,采用“1 粗 3 精 2 扫”的闭路浮选流程,可获得锑品位为 35. 30%、锑回收率为 93. 52%的锑精矿。研究结果可为矿山后续中深部硫化矿石的选别及现有流程的优化提供有益参考。

河南省栾川县葛条坪地区化探找矿效果及找矿潜力

李伟, 吕宪河, 白国典, 任建德

2023, 52(09): 117-126.

摘要 ( 36 )

PDF (2629KB) ( 329 )

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通过在河南省栾川县葛条坪地区开展 1 ∶50 000 水系沉积物测量,总结了区域主要成矿元素的分布型式、元素富集与分散规律,发现 Mo 、W、Au、Ag、Cu、Pb、Zn 等成矿元素存在局部富集现象,尤其是 Mo 的富集系数( K) 为全区最高(1. 53)。在综合分析区域成矿地质条件的基础上,对优选的 AS-33 综合异常,有针对性地开展了 1 ∶10 000 土壤地球化学测量,发现 Mo 异常重现性好,且伴生有 W、Cu 等元素组合,呈现水平分带现象,并具有热液型 Mo 矿异常特点。通过槽探工程揭露,共圈出钼矿(化)体 12 条,钨矿体 1 条,钨矿化体 4 条,取得了较好的找矿效果。结合上述分析,建立了钼矿的综合找矿模型,圈出了 5 处钨钼铅锌多金属矿找矿靶区,对于栾川地区钼钨矿的找矿工作有一定的参考价值。

基于外周弹性约束的矿坑密集点云滤波方法

熊何喜孙久运闫志刚张新耐

2023, 52(09): 127-133.

摘要 ( 27 )

PDF (2571KB) ( 267 )

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针对露天矿坑地形复杂、坑壁陡峭、灌丛密布,传统 DEM 采集与处理方法难以获取精细 DEM 的问题,借鉴布料模拟滤波思路,提出了一种面向倾斜摄影测量密集点云的矿坑外周弹性约束滤波算法。该方法在滤波网格优化的基础上,将下凹地形按高差微分为若干皮筋,通过模拟皮筋形变过程,得到与地面相近的皮筋网,从而分离出地面点,生成 DEM。以徐州市某废弃矿坑为例,对提出的滤波算法进行了试验验证。与常用的滤波算法相比,试验结果准确率提高了 10. 15%,在地形起伏较大区域表现良好,滤波准确率为 81. 73%。随机选取的地面点与插值生成的高程之间拟合优度为 0. 830,均方根误差为 0. 048。试验结果表明:所提方法数据获取成本低、效率高,能够有效提取出矿坑地面点,可为矿区提供高精度的矿坑 DEM 数据。

基于无人机摄影测量的露天矿边坡非连续变形分析

李金威

2023, 52(09): 134-139.

摘要 ( 33 )

PDF (2875KB) ( 263 )

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岩体结构面在很大程度上影响了露天矿岩质边坡的稳定性。为提高岩质边坡结构面信息获取的精度及获取动态破坏过程的能量耗散问题,首先借助无人机非接触摄影测量的优势,提出无人机多层次全方位摄影测量方法获取露天矿边坡结构面信息;其次对动态破坏过程施加黏性阻尼,实现能量耗散,并与试验结果进行对比;最后应用所提方法对某露天矿岩质边坡进行非连续变形分析( Discontinuous Deformation Analysis,DDA)。研究结果表明: 多层次全方位无人机摄影测量方法对于边坡结构面信息的采集精度良好,施加 2. 45% ~ 2. 53%黏性阻尼的非连续变形分析结果与试验结果基本一致。对某露天矿岩质边坡实际破坏过程的模拟效果良好,且 DDA 分析得出的滑落面位置与现场位移监测分析结果一致;滑落面安全系数为 1. 167,处于失稳临界状态,故应提前剥离上覆预失稳岩体,从源头上解决该边坡的滑坡灾害问题。所提方法也适用于其他结构面发育的边坡体分析。

基于地面 LiDAR 的建筑物精细化三维重建及精度分析

鲍国, 张书毕, 陈强, 郑有雷, 陈春

2023, 52(09): 140-144.

摘要 ( 31 )

PDF (4943KB) ( 277 )

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随着“实景三维中国”以及智慧矿山等建设的不断推进,对承载数字化建设基础数据的三维模型精细化程度提出了更高要求。基于地面 LiDAR 三维重建技术,提出了建筑物精细化三维重建方法。采用地面三维激光扫描仪获取建筑物的扫描数据,经过点云去噪、点云着色、多点点云拼接及坐标转换等处理,构建了基于三维激光点云的实景三维模型,并从位置精度和纹理结构信息角度对模型进行了建模质量评价。结果表明:基于地面 LiDAR 的建筑物三维重建方法构建的三维模型位置精度高,X 方向中误差为±0. 92 cm,Y 方向中误差为±0. 60 cm,平面中误差为 ±1. 10 cm,高程中误差为 0. 77 cm;在结构纹理精度方面,能精细地表达出建筑物下部及内部的信息,纹理细腻。

浮选流体动力学关键技术研究与装备智能化发展路径

张炜, 李腾飞, 管孝强, 周仕庆, 谭志勇, 李海斌, 王超

2023, 52(09): 145-155.

摘要 ( 32 )

PDF (2395KB) ( 272 )

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为精准定义和测量气体体积流量(Qg)、表观气体速度( Jg )、气泡直径( D32 )及其分布( BSD)、气泡表面积通量(Sb)、体积气含率(εg)等流体动力学关键参数,研发成型了新一代浮选流体动力学特征阈值传感器系统。结果表明:该传感器系统通过多维度测量浮选设备以及浮选回路的核心参数,能够对采集到的数据进行建模分析,形成优化方案并生成自动化操作指令,推动选矿技术经济指标实现优化提升,有效填补国内矿业领域此类设备研发的技术空白,为选矿工业 4. 0 的实现创造了有利条件。工业化应用成果表明:该传感器系统具备较为精准评价大型浮选设备运行效能的能力,能够实现矿山浮选流程的金属回收率、精矿品位等经济指标的最优解。

基于 IFOA-RotGBM 的矿用挖掘机发动机故障诊断

顾清华, 孙文静, 李学现

2023, 52(09): 156-163.

摘要 ( 38 )

PDF (1662KB) ( 278 )

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针对矿山挖掘机发动机工作机理复杂、故障诊断效率低且精度不高的问题,提出了一种基于 IFOA 优化 RotGBM 的矿用挖掘机发动机故障诊断方法。首先利用随机森林-递归特征消除法(RF-RFE)对采集的挖掘机发动机故障数据进行特征提取,剔除冗余不相关特征;其次提出了一种改进的果蝇优化算法(IFOA)对 LightGBM 进行超参数寻优;然后融合旋转森林和 LightGBM 生成 RotGBM,构建了新的故障诊断模型;最后利用某矿山挖掘机发动机故障数据对模型进行了验证,并与其他常用方法进行了性能对比分析。仿真结果表明:所提方法的诊断性能优于其他诊断方法,能达到 98. 31%的诊断精度,0. 22%的误报率和 2. 5%的漏检率,满足矿山挖掘机发动机的故障诊断要求。

基于 DEM-MBD 的高压辊磨机仿真模型及应用研究

任云鹏, 李安帅, 李旭东, 宋芳

2023, 52(09): 164-172.

摘要 ( 55 )

PDF (2011KB) ( 275 )

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针对常用数学模型和目前离散元仿真模型在预测高压辊磨机处理量、单位能耗和破碎比等方面误差较大的问题,提出采用离散单元法(DEM)和多体动力学(MBD)联合仿真技术对高压辊磨机进行仿真建模分析。以山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿正在使用的 KHD375ϕ1400-1000 型高压辊磨机为研究对象,根据相关理论和实际设备运行参数进行关键仿真参数设定,利用 EDEM 和 MotionView 进行联合仿真,并将仿真结果与数学模型、单一 EDEM 仿真模型和矿山实际运行数据进行对比。结果表明:DEM-MBD 联合仿真模型能够更真实、更准确地模拟高压辊磨机的运行状态,在高压辊磨机预测性能指标上有更好的效果,DEM-MBD 联合仿真模型比 DEM 仿真模型在处理量、单位能耗、破碎比上的误差值分别减小了 13. 41、38. 10、6. 74 个百分点,有效降低了现有仿真模型的误差值。该研究也为此类复杂破碎设备的仿真提供了合理参考,具有一定的工程应用价值。

基于三维视频融合的矿山视频监控技术研究

苗作华, 汤阳, 任磊, 王梦婷, 谢媛, 战川, 李宏亮

2023, 52(09): 173-179.

摘要 ( 39 )

PDF (3176KB) ( 333 )

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传统矿山视频监控存在视频数据量大、视频图像之间关联性差、缺乏与三维空间位置信息的直接联动等问题,监管人员在面对多个碎片化的监控视频图像时难以有效复现场景及位置,这使得突发事件发生时不能及时解决相关问题,严重影响了应急救援工作及时有效开展。针对以上问题,提出了一种基于三维视频融合的矿山视频监控方法,利用三维视频融合技术,将实时监控视频作为纹理构建几何体,通过特征点选择、匹配与矿山三维模型进行融合,在此基础上为了使三维视频纹理融合效果更好,采用拉普拉斯网格形变算法对视频几何体纹理的畸变进行校正。试验结果表明:三维视频融合具有较强的视觉观感效果,视频与视频之间相互关联,整合了碎片化的视频;视频与三维模型融合,解决了三维空间数据与视频不联动的问题,弥补了传统视频监管技术的不足,丰富了矿山监测的技术手段。

基于 BIM 与知识图谱的深基坑施工安全风险识别研究

胡园园, 刘俊生, 王行风

2023, 52(09): 180-186.

摘要 ( 40 )

PDF (3647KB) ( 264 )

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随着城市地下空间开发应用规模的不断扩大,与地下空间工程建设、运营相关的安全风险管控工作越来越受到政府以及有关部门的重视,深基坑安全风险识别的高效化、智能化日益成为行业的迫切需求。针对深基坑安全监管的现实需求,设计了一种融合建筑信息模型(Building Information Model,BIM)与知识图谱的深基坑施工安全风险识别框架。该框架基于深基坑施工安全风险识别和评估需求,关联、映射、抽取与施工标准、安全规范以及事故经验总结等相关的知识构建深基坑安全风险识别知识图谱,重点分析了基于 BIM 模型的施工对象以及关联对象的知识发现、知识提取和知识构建,以期充分挖掘不同类型的深基坑施工风险评估实体关系,从而辅助实现基坑施工安全风险的智能识别。实例验证表明:该方法可以提高专业人员的工作效率,在一定程度上能够解决安全识别过程中的经验依赖和专家依赖等问题,可以为深基坑施工安全风险的快速、高效和准确识别提供一定的支持。

基于无线射频识别技术的矿工定位算法研究

方跃春, 王洪

2023, 52(09): 187-192.

摘要 ( 33 )

PDF (1533KB) ( 262 )

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随着智能矿山技术的发展,越来越多的矿山开始采用自动化设备来取代人力操作,从而提高生产效率和安全性。针对矿工在矿井地下工作时容易遭遇波动信号影响导致定位准确性降低、误差增大等问题,提出了一种基于无线射频识别技术的矿工定位算法。首先,建立了一个基于接收信号强度指标的定位模型,并考虑到信号传播中随机噪声的影响,采用 Log-Normal 信号传播模型和卡尔曼滤波算法对原始信号进行处理和优化。其次,设计了一种基于 K-Means 聚类算法的参考点优化方法,来选择合适的参考点,提高定位的准确性和稳定性。试验表明:所提出的算法与现有算法相比,在定位精度和鲁棒性方面均有显著提升。该方法不仅可以提高矿工工作安全性和效率,还可以为矿山安全监管和管理提供更精确和有效的手段。

基于 Hadoop 云平台的矿井指纹定位算法

韩继英, 李芳丽, 朱元凯

2023, 52(09): 193-198.

摘要 ( 34 )

PDF (1474KB) ( 271 )

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针对现有矿井指纹定位算法定位精度不高、实时性不强的问题,结合 Hadoop 云平台技术,提出了一种基于 Hadoop 云平台的矿井指纹定位算法。该算法首先在指纹特征提取前对矿井中的多基站信号源进行数据预处理,提高指纹特征的可靠性和鲁棒性;其次,利用小波基函数对源指纹信号进行线性变换,并将多个基站信号分解成不同尺度的频带,得到具有代表性的指纹特征向量;再次,将每个待定位的矿工或移动设备信号分解为若干个子信号区域, 并逐区域计算待测信号源与特征集之间的相关系数矩阵,根据相关系数矩阵实现指纹信息匹配;最后,利用多普勒效应和信号衰减原理,对每个节点的位置进行估计,获得每个节点的具体位置信息。在国内某矿井进行了定位试验,结果表明:相对于主流的指纹定位算法,所提出的矿井指纹定位算法能够快速、准确地定位矿井中的人或移动设备,具有较高的定位精度和实时性。该算法可以应用于实际的矿井安全监测和管理中,为矿井安全和高效生产提供支持。

高浓缩尾矿分级筑坝工艺流程与设计方法

刘欣欣盛明强艾罗艳燕琴

2023, 52(09): 199-205.

摘要 ( 31 )

PDF (1934KB) ( 275 )

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针对目前高浓缩尾矿筑坝过程中分级系统理论设计方法匮乏的现状,通过对分级筑坝计算相关的参量进行归纳分类,总结出了 13 项分坝系统设计的关键计算参数。基于理论分析,提出了建设工期、底流沉砂率和原矿分配率的理论计算公式,分析了基于分离粒度的水力旋流器选型和数量确定过程,阐述了选厂生产规模与筑坝施工效率之间的分配流程,推导了系统化的旋流分级工艺参数计算方法,并针对某高浓度排矿尾矿库筑坝工程实践,对所提计算方法的可行性和有效性进行了验证。结果表明:在入料尾矿浓度与计算设定值相近的情况下,底流尾矿、溢流尾矿浓度、沉砂产率和底流尾矿中-200 目颗粒含量等指标的计算结果与现场监测数值吻合度较好。研究成果可为高浓度排矿尾矿库上游法筑坝施工提供理论与技术支撑。

真实地形下尾矿库溃坝尾砂流下泄过程数值模拟

刘晓峰, 廖宗文, 肖利兴, 姚池

2023, 52(09): 206-212.

摘要 ( 38 )

PDF (3010KB) ( 265 )

相关文章 | 计量指标

为了研究尾矿库溃坝尾砂流对下游敏感目标的影响,以江西省某尾矿库为研究对象,建立了真实三维地形数值模型,利用 FLOW-3D 三维流体力学软件模拟分析了该尾矿库分别在不同工况下溃坝下泄尾砂流在下游 1 km 范围内的输移时空变化特征。结果表明:溃坝尾砂流的发展方向、分布情况、水深以及泥沙淤积受真实三维地形变化影响较为明显,溃坝尾砂流主要分布于下游稻田和低洼地段,浅溪河作为主要行洪通道,水深变化和泥沙淤积情况较为明显,只有已搬离的浅溪村受到尾砂流淹没,洪水最远到达港口村西部鱼塘,其余村庄均未受到影响。所得结果可以为尾矿库安全运行管理和制定溃坝应急预案提供依据。

基于遥感生态指数的矿业城市生态环境时空变异分析

滕永佳, 阎跃观, 郭伟, 李凯, 赵传武

2023, 52(09): 213-222.

摘要 ( 29 )

PDF (4560KB) ( 293 )

相关文章 | 计量指标

随着东部煤炭资源枯竭与开采重心战略西移,东部矿业城市的绿色转型发展对生态环境质量评价提出了新要求。当前相关研究多集中于西部集约化高强度采区,相关方法和经验对东部矿业城市的适用性研究较少。其次,目前基于统计结果的矿区生态环境研究尚无法提供空间异质性的定量分析。再者,在较小开采强度下,煤矿开采本身对环境的影响存在争议,而煤炭储存、运输的生态效应并没有得到较多关注。本研究利用 2013—2020 年 Landsat 遥感影像,以工矿城市峰峰矿区为研究区,构建遥感生态指数模型( Remote Sensing Ecology Index,RSEI),耦合景观生态指数,对研究区生态环境质量的时空变化和空间异质性进行了定量分析,研究了当地煤炭采—储—运过程的生态效应,并分析了驱动因素。结果表明:2013—2020 年峰峰矿区生境质量呈现小幅度波动变化,但结构配置明显优化; 景观指数分析表明,RSEI 各等级空间异质性加强,非均衡分布现象更为明显;煤炭采—储—运过程对生态环境及其稳定性具有一定的扰动作用,煤炭开采的环境效应不强,储存与运输过程的生态影响呈现梯度特征;峰峰矿区 RSEI 与高程、坡度、植被覆盖有较稳定的正相关关系,与灯光指数有较稳定的负相关关系。研究成果可为我国东部矿业城市生态环境分析和协调可持续发展提供科学参考。

风沙区采煤沉陷裂缝对不同坡位土壤养分的影响

高琴, 党晓宏, 蒙仲举, 高永, 高岩, 刘泓鑫

2023, 52(09): 223-230.

摘要 ( 27 )

PDF (2778KB) ( 256 )

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为探究风积沙区采煤沉陷裂缝在不同坡位下土壤养分的变化特征,以鄂尔多斯李家塔煤矿采煤沉陷坡地为研究对象,分析了采煤沉陷坡地不同坡位裂缝带和非裂缝带土壤养分指标的纵向变化规律。结果表明:采煤沉陷坡地各土壤指标均从坡顶至坡底不断增加,坡顶土壤含水率维持在 10. 61%,裂缝带较非裂缝带土壤有机质减少了 28. 61%;坡中和坡底裂缝带的土壤含水率、土壤有机质较非裂缝带分别减少了 7. 32%、102. 59%和 21. 76%、149. 06%; 各坡位裂缝带土壤速效养分较非裂缝带增加了 0. 03% ~ 14. 00%。研究表明:煤炭开采引起的采煤沉陷裂缝对土壤养分造成了不同程度的影响,随着坡度下降,沉陷裂缝对土壤养分的影响逐渐增大;沉陷裂缝加快了土壤水分的蒸散量和土壤有机质的分解速度,使土壤速效养分多富集于裂缝表层土壤,为采煤沉陷地土壤改良、实现矿区生态修复奠定了理论和实践基础。

荔枝壳吸附剂对金离子的吸附行为研究

黄凯, 朱庆, 朱佳俊

2023, 52(09): 231-239.

摘要 ( 39 )

PDF (3337KB) ( 259 )

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为回收浸液中的微量金离子,利用荔枝壳制备金离子吸附材料,借助多种仪器对荔枝壳进行了表征分析,详细研究了其吸附金离子的行为及过程机理。在偏光显微镜下观察到吸附后的荔枝壳上出现分散细小的金颗粒,X 射线衍射进一步证实该颗粒为金单质。氯金酸离子被吸附是静电吸引与原位还原的耦合过程,而荔枝壳中的多酚被认为是导致金离子被还原的主要电子给予体。 XPS 分析确认,吸附后的金离子至少 94. 9%以上被还原为金单质。盐酸浓度和共存贱金属杂质离子对金的吸附效率影响不大,而在 1 mol / L 的 HCl 中,几乎 50%的 Pd 和 35%的 Pt 也会被同时吸附。而在 0. 1 mol / L 的 HCl 介质中,100%的 Pd 和 100%的 Pt 将被同时吸附。在 0. 1 mol / L 的盐酸浓度下,改性荔枝壳对金的饱和吸附量为 33. 36 mg / g。在吸附过程中,溶液的 ORP(氧化还原电位)值会急剧下降,也证实了荔枝壳吸附金离子过程中发生了还原作用,而且吸附温度越高,ORP 值也下降越快。本研究工作利用荔枝壳制备吸附材料,方法简单、成本低、高效绿色,可望成为吸附法回收工业废水中微量金离子的新技术。

生物炭协同微生物修复四川某铜矿选冶渣重金属复合污染研究

刘泽铭, 傅开彬, 钟秋红, 孔云龙, 朱乐明

2023, 52(09): 240-246.

摘要 ( 45 )

PDF (1866KB) ( 255 )

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为了解决四川某选冶渣多重金属复合污染问题,采用生物炭固化微生物试验和吸附动力学试验,研究生物炭与微生物的协同作用对多种重金属的修复效果、多种重金属在生物炭表面的吸附动力学行为。使用傅里叶红外光谱(FTIR)与扫描电镜(SEM),探究生物炭基团强化微生物修复重金属的界面机理。结果表明,在厌氧气氛下,硫酸盐还原菌(SBR)和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(At. f,pH = 5. 0)以体积比 3 ∶2 混合,接种量为 20%,生物炭添加量 10%, 固化 30 d 后,选冶渣中铁、锌、铜、铅和铬的生物有效性降低率分别为 98. 37%、90. 32%、90. 81%、96. 52%和 100%,吸附动力学试验表明反应过程是化学反应。傅里叶红外光谱与扫描电镜分析表明,重金属与生物炭表面羟基和羧基等基团反应,以沉淀的形式将 Zn、Cu 等重金属固化/ 稳定化,降低其生物有效性。

膨润土对土壤中 Cu( Ⅱ )形态及生物有效性的影响

杨秀敏, 赵福军

2023, 52(09): 247-253.

摘要 ( 34 )

PDF (1659KB) ( 267 )

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土壤重金属形态反映重金属生物有效性及潜在危害,为探讨膨润土对土壤 Cu( Ⅱ )形态及其生物有效性的影响,通过模拟 Cu 污染土壤的盆栽试验,采用 Tiesser 法研究了添加膨润土后土壤 Cu(Ⅱ )形态的变化特征,并进行了土壤 pH 值与 Cu(Ⅱ )形态的相关性研究。结果表明:添加膨润土显著降低了耕种土的可交换态 Cu( Ⅱ )浓度,增加了铁锰氧化物结合态和有机物结合态浓度,对碳酸盐结合态、残渣态影响不大。膨润土显著降低了绿化土的可交换态 Cu(Ⅱ )浓度,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态浓度,对残渣态影响不大。膨润土降低了 Cu(Ⅱ )的生物活性系数和迁移系数,降低了土壤 Cu(Ⅱ )的生物有效性。 Cu( Ⅱ )形态与土壤 pH 值的相关性分析表明,耕种土的可交换态 Cu(Ⅱ )浓度与土壤 pH 值呈显著负相关,铁锰氧化物结合态、有机物结合态与 pH 值呈正相关,碳酸盐结合态、残渣态与 pH 值无显著相关关系。绿化土的可交换态 Cu(Ⅱ )浓度与土壤 pH 值呈显著负相关,碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态与 pH 值呈正相关,残渣态与土壤 pH 值无显著相关关系。研究表明膨润土主要通过改变土壤 pH 值来降低土壤 Cu(Ⅱ )的可交换态浓度,从而降低 Cu(Ⅱ )的生物有效性。

微波强化电解溶出电路板金属及机理研究

刘尊章, 覃雯婕, 曾智, 赵健, 何春林, 藤田豊久

2023, 52(09): 254-262.

摘要 ( 33 )

PDF (2514KB) ( 262 )

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针对废旧印刷电路板(WPCBs)中金属浸出时间长、浸出率低的问题,利用微波的高穿透性、可选择性加热、热惯性小和非电离性等特点,将微波和电化学相结合,利用微波强化氯气浸出 WPCBs 中的金属。结果表明:在微波功率 500 W、电解浸出时间 100 min 的条件下,以泡沫为承载介质时 WPCBs 样品的质量损失率为 63. 49%,Cu 的浸出率为 83. 50%;微波功率及电解时间的增加均有利于提高铜的浸出率。以量热法、升温法、介电常数等测试方法揭示纯金属粉末及 WPCBs 物料的微波损耗特性及微波强化浸出机理,测试结果表明:WPCBs 中的金属在微波场中通过磁损耗被加热, WPCBs 中金属吸收微波能量后其温度高于溶液温度,金属表面具有高能高温,容易与溶解的浸出剂和 Cl2 反应溶出,金属表面短暂高温与溶液形成明显的温度差,对溶液形成热扰动,促进溶液中浸出试剂迁移,促进反应的进行,最终起到微波强化浸出效果,在较短的电解时间和较低的酸性浓度下,提高了金属的浸出率。研究结果为 WPCBs 金属资源回收提供一种新的微波电化学浸出回收途径。

拌合工艺对煤矸石细骨料混凝土流动性和力学强度的影响

陈凤阁, 刘鑫, 张亚鹏, 冯胜雷, 孟文清, 崔邯龙, 郭秋硕

2023, 52(09): 263-268.

摘要 ( 40 )

PDF (2364KB) ( 249 )

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洗选煤矸石具有杂质多、孔隙率大和吸水性强的特点,由其制备的混凝土流动性差、强度低。为解决上述问题,对洗选煤矸石细骨料混凝土的拌合工艺开展优化试验研究。首先对洗选煤矸石细骨料进行预湿处理,然后通过一次投料法来拌合混凝土,研究附加水量和预湿时间对混凝土拌合物流动性及硬化后强度的影响,最后利用扫描电镜观察预湿处理工艺对混凝土微观形貌的影响,并借助 Image J 软件对微观图像进行灰度分析。结果表明:随着附加水量的增加,混凝土拌合物的坍落度呈现上升的趋势,7 d 和 28 d 抗压强度均随之增加;煤矸石细骨料预湿时间越长,拌合物坍落度越大,7 d 和 28 d 抗压强度先增大后减小。预湿处理可以促进生成更多的 C—S—H 凝胶,改善混凝土的微孔结构,提高密实度。洗选煤矸石细骨料按饱和吸水率的 100%加入附加水,预湿 60 min 后拌合的混凝土, 可获得较好的坍落度和较高的抗压强度。研究成果有望为洗选煤矸石混凝土的商业化应用提供理论指导和技术支撑。

流态胶凝材料胶结铁尾矿的充填性能研究

华磊, 徐亮, 李家茂, 樊传刚, 李圣军, 李正昊, 樊曦

2023, 52(09): 269-274.

摘要 ( 27 )

PDF (1983KB) ( 315 )

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为实现用原状固废(钛石膏)的流态胶凝材料替代粉末胶凝材料进行铁尾矿胶结充填,简化胶凝材料制作流程,降低充填成本,采用流动度试验、强度试验和吸水率试验研究了两种胶凝材料胶结铁尾矿试样的宏观物理性能,并利用 XRD 和 SEM 对其胶结铁尾矿的固化机理进行了分析。研究结果表明:在尾矿固含量为 70%、胶尾比为 1 ∶10 时,粉末胶凝材料胶结试样的 3 d 抗压强度(0. 87 MPa)比流态胶凝材料约高出 0. 3 MPa,但两种胶凝材料胶结试样的 7 d 抗压强度差别在减小,28 d 抗压强度并无明显差别。加入流态胶凝材料的充填尾矿流动度较加入粉末胶凝材料的充填尾矿提高了 7. 4%,既有利于泵送充填又不影响试样 28 d 的尾矿胶结体力学性能。 XRD 和 SEM 分析表明,流态胶凝材料的水化反应更有利于胶结体中钙矾石的生长。

钢渣基尾砂胶结充填体强度与流变特性研究

崔春亮

2023, 52(09): 275-280.

摘要 ( 39 )

PDF (1500KB) ( 279 )

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针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、矿渣及生石灰作为材料开展钢渣基胶结材料的研究工作,并对钢渣基充填体的强度及流变特性进行了详细分析。研究结果表明:矿渣含量对充填体 7 d 强度的影响程度高于钢渣含量,而钢渣含量对充填体 28 d 抗压强度的影响程度大于矿渣含量;钢渣基胶结充填体的抗压强度随着钢渣含量增大总体上表现出先增大后减小的趋势,钢渣含量为 30%时,充填体的抗压强度基本达到最大值;在相同的胶结材料含量及料浆浓度下,钢渣基胶结充填体的 7 d 及 28 d 抗压强度均明显高于水泥基胶结充填体, 充分体现出钢渣基胶结充填体具有更好的力学性能;随着料浆浓度增大,不同灰砂比下钢渣基充填料浆的流变参数均表现出明显增大趋势,但胶结材料的含量变化不会对钢渣基充填材料的屈服应力产生显著影响。结合流变试验可知,钢渣基充填体的料浆浓度可设计为 62% ~ 64%,在该浓度范围内的屈服应力未超过 200 Pa,料浆体现出了良好的输送性能。

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