金属矿山

经来旺, 黄旭, 尚佳乐, 蒋浩杰, 冯瑜腾, 经纬

2023, 52(12): 1-8.

摘要 ( 1 )

PDF (1557KB) ( 241 )

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在地下工程结构中,渗流和剪胀特性严重影响了巷道的稳定性。为了研究渗流和剪胀特性下巷道围岩的稳定性,基于 Zienkiewicz-Pande 准则和弹塑性理论,分析了受渗透水压力作用下的巷道围岩弹塑性解;推导了渗透水压力作用下的巷道围岩塑性区半径、位移和应力分布的解析解;分析了中间主应力和剪胀角对巷道围岩塑性区的影响规律。结果表明:基于 Z-P 准则的塑性区半径、位移和围岩应力公式能够很好地反应规律;随着中间主应力的增大,塑性区半径、位移和弹性区应力先减小后增大,塑性区应力先增大后减小;渗流作用下的塑性区半径和位移显著增加;围岩的剪胀特性对巷道应力分布和塑性区半径影响较小,但对位移分布有显著影响,随着剪胀角的增加,塑性区位移逐渐提高。

深部硬岩巷道围岩变形特征及其控制技术

秦绍龙, 赵兴东, 呼亚洲, 欧阳效熙, 张武

2023, 52(12): 9-13.

摘要 ( 7 )

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为探究深部硬岩巷道在复杂地质条件下的变形特性,本文以纱岭金矿-1 465 m 深部主巷为工程背景, 通过现场工程地质调查获取了围岩的结构面信息,并计算岩体中的优势节理组和 RQD 值,对其地质环境和岩体条件进行概述。采用振弦式微应变传感器对调查点巷道的围岩进行监测,提取巷道顶板和两帮距离揭露面不同深度围岩随时间的变形数据,总结和分析深部硬岩巷道在高应力和复杂地质条件下围岩的变形特征。基于岩体条件和围岩变形规律提出该巷道宜采用“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土”支护,并应用有限元数值模拟软件 Phase 2 对该支护方式进行有效性检验,结果表明,采用该支护方式可有效降低围岩的变形量。

千米深井锰矿炭质页岩顶板巷道围岩变形破坏特征

申业兴, 高林, 黄小芬, 赵世毫, 战新宇, 赵芳昊

2023, 52(12): 14-22.

摘要 ( 82 )

PDF (5686KB) ( 278 )

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贵州省锰矿埋深普遍较深且巷道顶板以炭质页岩为主,层间节理、裂隙发育,导致该类巷道围岩变形破坏较为严重。为了揭示千米深井锰矿炭质页岩顶板巷道围岩变形破坏特征,以贵州铜仁某千米深井锰矿-75 m 中段回风平巷为例,基于围岩力学试验及数值仿真试验方法,对不同炭质页岩厚度下中段回风平巷的变形破坏特征进行分析。结果表明:千米深井锰矿中段回风平巷炭质页岩顶板及锰矿层天然状态下抗压强度分别为 70 MPa、60 MPa,炭质页岩坚固性系数为 3. 4~ 5. 0;随着炭质页岩顶板厚度增加,巷道顶板及两帮位移量逐渐增大,顶板最大垂直位移量为 96. 7 mm,左、右两帮最大水平变形值分别为 117 mm、104 mm,且两帮位移图像整体呈现出“倒 V”字形分布,表现出显著差异性变形破坏特征;巷道顶板塑性区范围随着炭质页岩厚度增大而扩大,在炭质页岩厚度为 3 m 时,塑性区体积达到最大值,且巷道塑性区以剪切破坏为主,剪切破坏体积占塑性区总体积的 93. 82%。综合分析得出,随着炭质页岩厚度的增加,顶板破坏范围越大,围岩稳定性越差,故加强深井高应力锰矿炭质页岩顶板非对称冒落拱的控制是该类巷道围岩稳定性控制的关键。

某冻土区矿山冰冻尾砂充填研究

门建兵

2023, 52(12): 23-27.

摘要 ( 82 )

PDF (2008KB) ( 233 )

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本研究旨在探讨冰冻尾砂充填技术在某冻土区矿山中应用的合理性。从冻结充填体的力学强度和冻结时间两个方面开展研究,主要对不同温度下的冻结充填体进行了单轴抗压强度测试,并通过热传递数值模拟分析了不同尺寸充填区对冻结时间的影响。研究结果表明,冻结温度与冻结充填体的抗压强度呈现线性关系;此外,通过拟合公式预测了不同矿段中冻结充填体的强度,并验证了该充填技术能够满足矿山充填要求;最后,基于模拟结果, 总结得出了关于充填区体积和充填料浆冻结时间之间关系的经验公式,为未来矿山冰冻尾砂充填技术的应用提供了有益的参考。

黏土水泥浆流变本构模型及其时变特性研究

田庆浩

2023, 52(12): 28-35.

摘要 ( 86 )

PDF (1590KB) ( 230 )

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黏土水泥浆具有可注性好、性能优良等特点,但现有注浆压力、扩散半径等参数的确定方法已无法满足工程实际的需要,有必要深入系统地研究黏土水泥浆的流变本构模型及其时变特性以指导注浆参数的合理选择。通过设计室内试验探究了黏土水泥浆的本构模型及其时变特性影响,并通过理论分析构建考虑本构时变特性的黏土水泥浆裂隙扩散方程。主要研究结论如下:① 黏土水泥浆符合宾汉流型,且随连续流动时间的延长能够保持宾汉流型不变;② 黏土水泥浆的屈服应力和塑性黏度随流动时间呈幂指数增长模式;③ 以宾汉流型为基础构建了黏土水泥浆时变本构方程及考虑时变特性影响的裂隙层流扩散方程。

深井充填料浆管道输送弯管局部阻力损失研究

历佟, 张治强, 李丹, 张希巍

2023, 52(12): 36-41.

摘要 ( 67 )

PDF (1733KB) ( 213 )

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充填料浆的管道输送是矿山充填不可缺少的环节,深井充填料浆管道输送越来越受到重视,深井充填料浆管道输送中弯管局部阻力损失是造成能量损失的重要原因之一,研究其影响因素和规律对降低能量损失、提高输送效果具有重要意义。本文通过流变试验得到充填料浆的屈服应力和黏度系数,利用 COMSOL 软件建立了弯管局部阻力损失分析数值模型,研究了料浆浓度、初始速度、管道直径、弯管曲率半径等因素对充填料浆管道弯管局部阻力损失的影响。结果表明:充填料浆弯管局部阻力损失随着料浆的浓度和初始速度的增大而变大,随着管道直径和弯管曲率半径的增大而逐渐减小,较大的管道直径和弯管曲率半径可以减少弯管局部的磨损。因此,建议充填体浓度选用 74% ~ 76%,管道直径选用 160~ 180 mm,最佳初始速度选用 2. 0~ 2. 5 m / s,弯管曲率半径选用 5~ 7 m。研究结果为深井矿山在工程中充填料浆浓度的配比和管道输送参数优化提供了参考。

酸性干湿循环灰岩单轴压缩细观劣化三维离散元分析

张研, 王峻峰, 付闵洁, 叶玉龙

2023, 52(12): 42-49.

摘要 ( 45 )

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针对酸性干湿循环作用下岩体力学性能劣化导致岩体失稳问题,以酸雨地区灰岩为研究对象,利用 3DEC 离散元数值模拟软件对该地区干湿循环作用下灰岩单轴压缩试验进行模拟,推演不同酸性环境中循环周期对岩样细观参数劣化的影响规律,在此基础上预演更多循环次数作用下灰岩单轴压缩试验,获得了细观参数和峰值应力与循环次数的关系。结果表明:模型的细观参数随着干湿循环次数的增加而逐渐减小,总劣化度逐渐增大;干湿循环对灰岩的劣化作用随着循环次数增加,作用逐渐减弱;溶液 pH 值越低,峰值应力变化速率越快。

含层理结构面层状板岩张拉断裂的DIC试验研究

李二强, 邓小卫, 宋白杨, 李明玉, 赵宁宁, 冯吉利

2023, 52(12): 50-55.

摘要 ( 56 )

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矿产资源伴生含层理、节理、裂隙等结构面的层状岩体,其中层状板岩在我国分布广泛,因抗拉性能差会导致多样工程灾害并影响资源开采。基于此,本文以木寨岭隧道软弱层状炭质板岩为研究对象,通过直缝半圆盘三点弯断裂试验(SCB),深入分析了层状板岩的张拉断裂特性,同时基于数字图像相关方法分析了不同层理倾角层状板岩裂纹起裂、扩展态势下的表面位移场演化特征。结果表明:① 层状板岩在试验时均表现出典型脆性断裂破坏, SCB 试验荷载—位移曲线发展态势较为相似,主要包含裂隙压密变形、线弹性变形、塑性弱屈服和瞬时跌落破坏 4 个阶段。但力学响应及峰值荷载差异极大;② 受层理影响,不同层理倾角下的层状板岩呈现出显著各向异性力学性质, SCB 试验试样峰值荷载受层理面影响差异巨大,divider 试样为竖直层理试样峰值荷载的 1. 97 倍;③ 层状板岩张拉断裂破坏形态复杂多变,虽然均从直缝尖端起裂,但其裂纹扩展态势随层理变化而呈现出巨大差异,具体如台阶型、链式折线型和笔直型等断裂形态;④ 基于 DIC 测取不同层理层状板岩试样缝尖至加载端散斑关注区表面水平位移场, 进而揭示了由试样尖端起裂至裂纹扩展贯通形成的表面位移场断裂演化特征。相关研究成果可为层状岩体矿山掘进及开采的灾害防治奠定坚实理论和应用基础。

温度梯度对花岗岩力学性质影响的试验研究

徐海波, 胡东涛, 惠明星, 方宁

2023, 52(12): 56-61.

摘要 ( 61 )

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在常温 ~250 ℃条件下对花岗岩进行单轴压缩试验研究。详细分析在高温以及存在温度梯度条件下花岗岩的应力—应变曲线、峰值应力、峰值应变以及弹性模量的变化特征。结果表明:在高温条件下,岩石的峰值应力与弹性模量在 17~ 100 ℃时随温度的升高而增大,在 100~ 250 ℃时随温度的升高而减小;岩石的峰值应变随温度的升高而增大。在存在温度梯度的条件下,随着温度梯度的增大,岩石的峰值应力以及切线模量均呈现出先减小后增加;而岩石的峰值应变在 100 ℃时呈现出先减小后增加,在 150~ 250 ℃时呈现出先增加后减小。

不同倾角层状岩体巷道围岩变形破坏特征及机制研究

沙杰, 叶义成, 姚囝

2023, 52(12): 62-68.

摘要 ( 68 )

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利用 UDEC 软件对不同层理面倾角层状岩体巷道围岩的变形位移情况进行了模拟,分析了围岩的内部应力分布,提出了不同层理面倾角巷道围岩的变形破坏机制。研究结果表明:相比于均质岩体,层状岩体由于层理面的存在致使围岩的变形破坏特征更加复杂,层理面倾角大小对围岩的破坏失稳模式有显著影响,随着层理面倾角的增大,围岩变形破坏的非对称性逐渐增强。具体表现为沿层理面的垂直方向变形位移最大,当层理面倾角大于 60° 时,边墙的变形位移显著增大。当巷道开挖后,在地应力诱导和层理面影响的叠加作用下,先是层理面的剪切滑移、离层破坏,逐渐演化成穿过层理面的剪切—拉伸破坏,并最终过渡成基质的拉伸破坏。研究成果对深部层状岩体巷道围岩如何采取有效的加固措施具有理论和现实指导意义。

基于金属粉末的3D打印锚杆与混凝土粘结性能研究

张旭升, 杜小军, 郭健, 黄栋, 汪忠波, 石亮

2023, 52(12): 69-75.

摘要 ( 47 )

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3D 打印技术具有快速成型、质地均匀的优势,近年来在土木工程领域中的应用备受关注。本文采用铝合金、不锈钢、模具钢 3 种金属粉末利用选择性激光熔化( SLM)打印技术制作金属锚杆,对比了不同类型的 3D 打印锚杆与真实锚杆的拉伸性能。研究发现,3D 打印不锈钢锚杆在拉伸强度和应变规律上与真实锚杆相似。在此基础上,进一步探究了 3D 打印不锈钢锚杆与混凝土之间的粘结性能。结果表明,相比真实锚杆,3D 打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结强度更高。当混凝土强度等级为 C30、C40 时,3D 打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结强度分别提升了 1. 73%和 1. 64%。除此之外,3D 打印不锈钢锚杆与混凝土的粘结应力—滑移曲线上升段斜率相对较大,峰值粘结强度对应的滑移值相对较小。

氯盐环境下螺纹钢锚杆力学性能退化研究

张瑾, 王梦雪, 朱淳, 奚传浩, 马子涵, 徐传龙

2023, 52(12): 76-85.

摘要 ( 48 )

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锚杆支护作为目前高效支护方式之一,广泛用于岩土工程领域。为解决岩土体中锚固结构过早失效的问题,以工程中常用的 HRB400 螺纹钢锚杆为研究对象,在盐雾试验箱中进行 3~ 50 d 的室内试验,结合静力拉伸试验和扫描电镜等宏微观手段研究其在氯盐腐蚀环境下的耐久性能,并结合开挖补偿理论与数值分析,研究巷道支护锚杆受到腐蚀后对围岩稳定性的影响。结果表明:氯盐腐蚀环境下随着时间增加,锚杆表面逐渐产生明显的腐蚀坑,质量损失率与腐蚀速率呈负相关关系;锚杆的抗拉强度、屈服强度等力学性能随时间增长整体呈下降趋势,但仍在一定时间内保持良好性能。锚杆断口韧窝尺寸呈小而浅的特征,且数量密集,是锚杆韧性下降的表现。结合开挖补偿理论分析发现在长期腐蚀环境下,腐蚀会对锚杆力学性能产生较大影响,使巷道围岩产生应力集中,剪切应力增大,失去支护效果。当支护效果减弱时,巷道两帮应力集中现象最明显,塑性区会沿着顶底角方向发展,对于巷道两帮应加强支护。

超声波强化菱镁矿与石英浮选分离及其机理研究

王营, 印万忠, 任森, 张瑞

2023, 52(12): 86-92.

摘要 ( 55 )

PDF (1854KB) ( 222 )

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在十二胺浮选体系下,研究了超声处理对菱镁矿与石英浮选行为的影响,并开展了菱镁矿和石英混合矿超声—浮选同步处理分离试验研究。通过 Zeta 电位分析、药剂吸附量测试以及 XPS 检测分析了超声—浮选同步处理强化菱镁矿与石英分离的机理。试验结果表明:适宜的超声处理条件下,石英浮选回收率提高,而菱镁矿浮选回收率降低;超声-浮选同步处理可改善菱镁矿与石英的反浮选分离效果,使菱镁矿回收率提高 3. 89 百分点。在超声同步浮选过程中,超声后石英表面氧原子含量增加,十二胺吸附量增多,使石英回收率增加,而超声作用破坏了菱镁矿与十二胺之间的静电作用,进而降低了菱镁矿浮选回收率。

方解石晶体电子结构及(104)面表面特性第一性原理计算

谢瑞琦, 王勋, 赵志辉, 周武昌

2023, 52(12): 93-98.

摘要 ( 109 )

PDF (1572KB) ( 204 )

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基于第一性原理,对方解石体相及方解石(104)面的布居、能带、态密度等进行了分析,结果表明方解石晶体结构对称性强,结构简单,为绝缘体,其阳离子活性位点为 Ca,阴离子活性位点为 O。方解石切表面后表面原子均产生了一定弛豫现象,Ca 原子在 Z 轴方向的弛豫最为明显,C 在 3 个方向的弛豫相对较小,O 原子在 3 个方向表现出了不同的弛豫程度。方解石(104)面表面原子价电子构型、布居、键长、态密度等较体相均发生了变化,但费米能级附近主要还是由 O 的 p 轨道和少量的 Ca 的 d 轨道构成。差分电荷密度图表明方解石(104)面表面缺电子位点和多电子位点交替出现,但得失电子程度不同,各原子表现出不同的化学活性。方解石(104)面易与含—COOH、—CONHOH、—OSO3H 等官能团的阴离子捕收剂作用。

生物质在铁矿加工领域的应用研究进展

刘剑军, 施建军, 余莹, 杜艳清, 程福超

2023, 52(12): 99-110.

摘要 ( 71 )

PDF (2009KB) ( 190 )

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生物质作为清洁高效的新型资源,具有广泛的应用价值,充分利用生物质是当前双碳背景下冶金领域节能降碳的有效措施。介绍了生物质在浮选、烧结、球团、焙烧等铁矿加工领域中的应用,并总结了国内外学者在上述领域的现有研究成果及相关理论,同时提出了目前生物质在实际应用过程中存在的挑战。生物质作为浮选抑制剂时具有用量少、抑制性强等特点,但选择性相对较差;生物质在烧结工序中作为传统燃料的替代物,能够有效降低烧结成本和污染物排放,但其燃烧特性的缺陷导致大量添加时易造成烧结矿质量下降,目前尚无法大规模应用;生物质用作球团黏结剂时具有用量少、残留量低、可改善球团冶金性能等优点,但成本较高,且单一使用时容易使球团热性能和强度恶化;生物质作为焙烧还原剂时,可在较低的还原温度下获得更高的反应速率,但由于热稳定性差导致其与铁矿石共热还原时添加量受限,利用生物质单独热解制气或与传统焦煤混合使用可在一定程度上解决上述问题。最后,对生物质在铁矿加工领域的应用前景提出了展望。

新疆某锂辉石矿粗粒浮选探索试验研究

于保强, 何荣权, 邓朝安, 邹毅仁, 张辰子

2023, 52(12): 111-116.

摘要 ( 55 )

PDF (1572KB) ( 219 )

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新疆某伟晶岩型锂辉石矿 Li2O 含量为 1. 41%,主要含锂矿物为锂辉石,脉石矿物主要是石英、正长石、斜长石。采用高压辊磨机直接粉碎至-0. 5 mm 的矿样中-0. 074 mm 粒级含量占 28. 54%,且锂辉石矿物单体解离度在 91%以上。对-0. 5 mm 试验矿样进行的粗粒浮选试验结果表明,粗粒锂辉石矿浮选比常规细粒浮选需要的捕收剂用量要大,且需要在相对较低的搅拌转速以及较高的矿浆浓度条件下才能获得较好的浮选指标。采用自行设计的粗粒浮选装置相对于常规挂槽浮选机可提高 Li2O 回收率约 10 个百分点。原矿以碳酸钠为调整剂、氧化石蜡皂+油酸钠为捕收剂经 2 粗 3 精 1 扫的闭路浮选试验,可获得 Li2O 品位为 5. 11%、Li2O 回收率为 70. 04%的锂精矿指标,为锂辉石矿山采用高压辊磨机作为终粉磨而取代球磨机提供了可能。

从某铜钼混合精矿中回收高品质钼精矿的工艺试验研究

解明亮, 孙乾予, 王东东

2023, 52(12): 117-122.

摘要 ( 59 )

PDF (2147KB) ( 197 )

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以黑龙江某大型铜钼矿选矿厂 Mo 和 Cu 品位分别为 6. 39%和 0. 71%的铜钼混合精矿为研究对象,在工艺矿物学分析的基础上进行铜钼分离试验。结果表明:混合精矿中铜、钼金属主要以硫化钼和硫化铜形式存在,分别占 97. 77%和 96. 54%,铜钼金属矿物存在连生体,含铜矿物呈微细粒分布,这导致铜钼分离困难。。浮选试验表明,在再磨细度为-45 μm 占 75. 43%条件下,以巯基乙酸钠为抑制剂,Na2SiO3 为矿泥分散剂,煤油为捕收剂,2#油为起泡剂, 采用 1 粗 4 精 3 扫的铜钼分离工艺流程,获得了 Mo 品位和回收率分别为 51. 08%和 86. 28%,且 Cu 品位 0. 19%的钼精矿,可以满足特级钼精矿产品的质量要求。

菱镁矿脱硅中分子结构特征对胺类捕收剂选择性捕收效应的影响研究

李克卿, 孙浩然, 黄睿雯, 王余莲, 袁志刚, 苏德生

2023, 52(12): 123-131.

摘要 ( 42 )

PDF (1913KB) ( 187 )

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某高硫铜硫矿石低碱度浮选试验研究

付广钦, 周晓彤, 尚兴科, 张红英, 关通

2023, 52(12): 132-137.

摘要 ( 45 )

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某铜硫矿富含黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁矿物,占原矿矿物总量的 38. 413%,属于典型的高硫铜硫矿石。原铜硫生产工艺采用石灰用量大,铜生产指标不稳定。为了在较低碱度条件下提高该高硫铜硫矿石选矿指标,针对该矿石特点,研发了“铜硫等可浮—粗精矿再磨—铜硫分离”工艺和新型 XC 捕收剂,使铜粗选 pH 降至 8 以下。最终, 采用石灰作铜调整剂、XC 捕收剂作铜捕收剂、硫酸铜作硫调整剂、丁基黄药作硫捕收剂,在原矿磨矿细度为-0. 074 mm 占 66%、粗精矿再磨细度为-0. 045 mm 占 71%条件下,针对含 Cu 0. 92%、S 16. 84%的原矿,闭路试验获得铜品位 19. 57%、铜回收率 85. 56%的铜精矿,硫品位 42. 02%、硫回收率 45. 58%的硫精矿 1 和硫品位 37. 10%、硫回收率 29. 96%的硫精矿 2,为该矿山的选矿工艺优化提供了技术支持。

海南某难选铁矿石磁选—浮选试验研究

王开扬, 颜统玉, 周廷波, 刘杰, 孙永升

2023, 52(12): 138-143.

摘要 ( 44 )

PDF (1663KB) ( 184 )

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针对海南某铁矿山不断开采、矿石品质下降的问题,提出采用铁矿石分质分选的新思路,开展了弱磁选富集磁铁矿、反浮选回收赤铁矿的工艺流程试验。结果表明:原矿经过磨矿( -0. 074 mm 占 54. 21%)—一段弱磁选 (79. 58 kA / m)—弱磁精矿再磨( - 0. 045 mm 占 63. 82%)—二段弱磁选(79. 58 kA / m) 获得铁品位 62. 42%、回收率 19. 28%的弱磁精矿,对一段弱磁尾矿经强磁选获得的强磁精矿与二段弱磁尾矿合并为混磁精矿,混磁精矿再磨至 -0. 045 mm 占 85. 52%,以淀粉为抑制剂、CaCl2 为调整剂、Ts-2 为捕收剂,经 1 粗 1 精 3 扫闭路反浮选,获得铁品位 60. 60%、回收率 36. 23%的浮选精矿。弱磁精矿和浮选精矿中铁矿物分别主要以磁铁矿和赤铁矿形式存在,主要脉石矿物皆为石英。

辽宁某低品位铁矿石磁重联合回收铁试验研究

郭志强, 叶方平, 廖国平, 谢美芳, 李承凯, 卢文华

2023, 52(12): 144-148.

摘要 ( 51 )

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辽宁某低品位铁矿石 TFe 含量 28. 38%,矿石矿物组成简单,高硅、贫铁,且含有少量铝,为原生矿石。采用“原矿粗粒级预先抛尾—预选精矿再磨再选—磁选精矿再重选提品位”的磁重联合工艺进行分选,考察了磁感应强度、磨矿细度、离心机转速等对分选指标的影响。结果表明:在弱磁抛尾磁感应强度为 0. 1 T,强磁抛尾磁感应强度为 1. 3 T,预选精矿磨矿细度为-0. 074 mm 占 85%,弱磁精选磁感应强度为 0. 1 T,强磁精选磁感应强度为 0. 8 T,离心机转速为 450 r / min 条件下,通过连续扩大半工业试验可获得综合精矿产率 31. 39%、铁品位 63. 30%、铁回收率 70. 03% 的指标,为我国贫铁矿回收利用提供了参考及试验依据。

铝酸盐荧光粉中绿粉与蓝粉的浮选研究

苏冕, 梅光军, 于明明, 雷泽锐

2023, 52(12): 149-153.

摘要 ( 43 )

PDF (1622KB) ( 167 )

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四川某铅锌矿选锌新型捕收剂工业试验研究

胡生福, 彭鑫, 冯媛媛, 周华荣, 吴明海, 许永伟, 赖春华

2023, 52(12): 154-157.

摘要 ( 51 )

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白云鄂博多金属矿含铌矿物赋存特征及矿相重构热力学分析

马宏伟, 陈洲, 孙永升, 祝昕冉, 高鹏, 李文博

2023, 52(12): 158-164.

摘要 ( 46 )

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为利用白云鄂博多金属矿铌资源,采用化学分析、矿物参数自动分析仪、扫描电镜等方法对多金属矿中铌矿物赋存特征进行系统研究。结果表明:矿石 Nb₂O₅ 含量 0. 40%。 Nb 主要赋存在铌铁矿、易解石、褐钇铌矿、铌钙石、烧绿石等 7 种矿物中;铌矿物普遍以细粒、微细粒包裹体嵌布,69. 59%的铌铁矿颗粒小于 0. 04 mm;多金属矿磨至 -74 μm 占 60%时,铌矿物单体解离度仅 17. 52%,与萤石、赤铁矿、碳酸盐、铁白云石、稀土紧密连生。利用双参数模型及 HSC 软件,对铌矿物的热力学进行分析,铌铁矿、易解石在氧气气氛下会氧化生成 Fe₂O₃、CeO₂,且铌铁矿与 CaO、 CaCO₃ 等发生反应的趋势大,可能转化为烧绿石等;在氢气气氛下,在 683~ 1 387 K 范围,铌铁矿会还原成 Fe、Nb2O5, 而 Nb2O5 无法被 H2 还原。

湖北某高硫铁矿石工艺矿物学研究

李超前, 李育彪, 黄雯, 王忠红, 刘曙, 李万青

2023, 52(12): 165-170.

摘要 ( 41 )

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湖北鄂州某铁矿资源丰富,并含有 Cu、S 等有价元素。基于工艺矿物学特性制定合理的选矿方案,有利于提高其综合利用效率。采用矿物自动定量分析系统( AMICS)、光学显微镜等测试技术考察了矿石物质组成、矿石结构构造、主要矿物嵌布特征和矿物粒度分布。结果表明,矿石 Fe、Cu、S 含量分别为 37. 18%、0. 01%、3. 20%;Fe 主要以磁铁矿的形式存在,S 主要以黄铁矿形式存在,Cu 以黄铜矿单一形式存在;矿石中主要脉石矿物为石榴石、钾长石、石膏和方解石;矿石主要呈块状构造、粒状结构;磁铁矿、黄铁矿主要呈粗粒嵌布,与脉石相互间嵌布关系密切,需通过细磨才能较好解离。依据工艺矿物学研究结果,推荐采用“干式磁选抛尾—磨矿—弱磁选选铁—浮选分离铜硫”的选矿工艺。

普通克里格法在草桃背铀矿床资源量估算中的应用

冯巧云, 马涛, 邓宇

2023, 52(12): 171-176.

摘要 ( 42 )

PDF (2058KB) ( 204 )

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草桃背铀矿床为赣南河草坑铀矿田的骨干矿床,目前已开采利用,根据铀矿资源总量预测,河草坑矿田有大量的铀资源尚待开发,其中最具找矿潜力的当数草桃背铀矿床。在收集整理草桃背铀矿床地质资料的基础上, 建立矿床地质数据库,利用 MinePlan3D 矿业软件隐式建模功能构建了矿床内细粒似斑状黑云母花岗岩、隐爆角砾岩、震碎花岗岩及安山岩等三维实体模型,从三维空间上直观地表达了火山机构内各岩石的分布形态,为探索红盆及今后火山岩型铀矿深部找矿提供了思路。利用剖面法构建了矿化域实体模型,采用普通克里格法对块体模型铀品位进行限制性插值,以铀克里格边际品位 0. 047%统计矿床资源量,并将其与原报告所用地质块段法的估算结果进行了对比,两种方法估算结果均在允许误差范围之内。根据品位—吨位关系图,提出了用铀克里格品位 0. 047%作为边际品位的单指标方案,为矿山后续进一步适应市场经济需要调整边际品位奠定了基础。

基于PSInSAR的平南锡基坑铅锌矿采空区沉降监测与分析

孟凡超, 吉长东

2023, 52(12): 177-181.

摘要 ( 62 )

PDF (1542KB) ( 207 )

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矿体开采引起的地表沉降是矿山主要地质灾害之一。为掌握采空区上方地表沉降规律,通过 PSInSAR 技术对平南锡基坑铅锌矿采空区地表沉降数据进行提取,对比 MSPS 软件沉降预测结果,并对采集数据进行了分析, 研究了该矿地表沉降规律。结果表明:① PSInSAR 技术对采空区沉降采集结果与 MSPS 软件的计算结果一致,证明了 PSInSAR 技术的合理性;② 随着开采的进行,地表沉陷呈现一定的周期性,且随着开采的逐渐稳定,周期间隔逐渐增大;③ 地表盆地监测结果表明,地表下沉呈现先快后慢的趋势,矿石开采后地表沉速度逐渐增大,随着应力场的调整,地表下沉逐渐变慢。

面向矿区地表形变的 GPS-InSAR 融合方法研究

陈月娟, 栗向蕾, 黄平平, 蔡秋欢, 谭维贤, 尹博

2023, 52(12): 182-188.

摘要 ( 53 )

PDF (1611KB) ( 184 )

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煤炭资源高强度的开发与利用容易导致开采沉陷,威胁矿区安全生产。多源监测数据融合是实现矿区地表形变高效监测的关键手段。针对 GPS 与 InSAR 技术在地表形变监测时存在的不足,提出一种融合 GPS 与 InSAR 数据的遗传-克里金插值方法对矿区地表形变进行监测。融合 GPS 与 InSAR 数据进行克里金插值,寻找最佳变异函数模型计算研究区的年平均形变速率;随后通过遗传算法对变异函数模型的参数进行寻优,进一步提高插值模型的精度;最后以 GPS 站点的实测数据,对模型的性能进行验证和评价。结果表明:融合 GPS 数据的遗传-克里金插值算法可有效提高地表形变监测的精度。研究成果有望提高地表形变监测的效率,对矿山地质灾害防治与地面保护工作具有一定的参考价值。

矿区配电网自动化EPON通信的可靠性分析

赵元苏, 曹福凯, 郭蕊

2023, 52(12): 189-195.

摘要 ( 49 )

PDF (1409KB) ( 187 )

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京工业职业技术学院信息工程学院,北京 100042;2. 华北理工大学冀唐学院,河北唐山 063210) 摘要矿区配电网自动化运行对矿山企业安全生产至关重要。针对现有的矿区配电网自动化通信网络在可靠性设计和网络系统容灾能力等方面的不足,研究了网络链路冗余度对矿区配电网自动化网络可靠性的影响,并构建了基于以太无源光网络(Ethernet Passive optical Network,EPON)的矿区配电网自动化网络可靠性模型。在此基础上,提出了基于树形、总线形和环形的矿区配电网自动化 EPON 网络冗余结构,并推导出相应的网络可靠性数学评估模型。基于 MATLAB 的算例计算结果表明:矿区配电网自动化中 EPON 通信网络的可靠性与灾害强度、网络覆盖半径及网络结构密切相关,灾害强度与网络覆盖半径越高,网络可靠性越低;采用冗余结构的 EPON 通信网络的可靠性优于无冗余网络,其中双总线形冗余结构的可靠性最高,双环形冗余结构的可靠性居中,而树形冗余结构的可靠性最低。研究成果可为矿区配电网自动化通信网络的可靠性评估提供理论依据。

临湖铁矿开采采场围岩裂隙演化规律及防治水技术研究

苏成志, 齐跃明, 景佳俊

2023, 52(12): 196-203.

摘要 ( 56 )

PDF (3340KB) ( 207 )

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压占资源的安全开采是当前矿区生产的难点之一。以往对于水体、建筑物、铁路下的矿产安全开采研究以煤矿居多,而铁矿山的研究甚少,特别是水文地质条件复杂地区。为解放被地表水体压占的铁矿资源,在深入分析水文地质条件的基础上,以某临湖铁矿为例,利用“下三带”理论、塑性力学公式和岩石力学模拟等,对铁矿矿段开采进行应力、位移分析及导水裂隙带预测,探究了含断层矿层开采造成的采场围岩裂隙演化规律以及断层的导水能力变化情况。结果表明,上盘岩层底端因为断层而出现应力集中现象,最大应力达到 11. 53 MPa。围岩应力在采掘扰动作用下发生较大范围改变,造成底板破坏带最大达到 1. 91 m。而断层带及其附近隔水性能变化极小,未造成工作面与湖水沟通。提出采用矿井充填、隔水层再造以及底板注浆改造等方式来防治临湖铁矿水害。研究成果可以为该铁矿水害防治及后续开采方式优化提供依据,同时也为类似矿区提供借鉴。

溶蚀白云岩含水层注浆浆水两相运移特征LBM模拟研究

周禹良, 袁东锋, 杨雪, 李斌

2023, 52(12): 204-210.

摘要 ( 49 )

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为了研究溶蚀白云岩含水层注浆过程中浆液驱替地下水效应,采用格子玻尔兹曼方法( LBM)研究了浆水两相运移规律。利用溶蚀白云岩岩样微纳米 CT 扫描图像,采用图像处理和阈值分割法识别其中的导水孔隙,运用三维重构技术获得溶蚀白云岩导水通道三维数字模型,为浆水两相流模拟提供复杂的几何文件。采用 Shan-Chen 模型描述浆水相互作用,基于溶蚀白云岩导水通道三维数字模型,采用 LBM 模拟了导水通道中浆水两相运移扩散特征, 获得浆水两相饱和度演化规律。结果表明浆液扩散具有明显的选择性,连通性较好的孔隙为浆相主要运移通道,浆相最先达到出口。孔隙中部流速明显大于孔隙壁面附近流速,孔隙壁面摩擦对流体流动产生明显的抑制。被束缚的地下水降低了试样整体渗透性,后续浆液沿着已经驱替形成的优势通道运移扩散,降低了注浆驱水效率。孔隙壁面附近残余地下水将造成浆液固结体与孔隙壁面之间难以有效接触,是注浆堵水的薄弱部位。研究成果可为溶蚀白云岩注浆堵水提供技术参考。

基于BWOA-SVM的尾矿库风险评价

荀曦, 郑欣, 于雁武, 许开立

2023, 52(12): 211-219.

摘要 ( 59 )

PDF (1742KB) ( 200 )

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为及时掌握尾矿库风险状态,降低尾矿库溃坝造成的人员伤亡、财产损失和环境污染,建立尾矿库风险评价模型具有十分重要的现实意义。首先,构建尾矿库风险等级评价指标体系,确定指标分级标准;其次,利用博弈论将层次分析法和熵值法结合起来确定指标组合权重;再次,利用 rand()函数生成伪随机数作为模型训练数据库,将权重与训练数据对应组合,建立物元可拓模型计算尾矿库所属风险等级;最后构建 BWOA-SVM(改进鲸鱼算法( BWOA) 优化的支持向量机(SVM)模型)模型对风险等级预测,对该模型进行训练,得到模型预测准确率为 98%,与传统 SVM 相比提升了 44. 9%。采用山西东沟尾矿库数据验证模型的可行性,将尾矿库数据输入训练好的模型中得到该尾矿库等级为Ⅱ级,与实际情况相同,验证了所提方法的可行性,通过该方法可以确定尾矿库的风险等级,从而为尾矿库风险分级管理提供依据。

尾矿库溃坝对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估

邓金鹏, 宋英华, 胡少华, 李墨潇, 周虹延, 闫崭

2023, 52(12): 220-226.

摘要 ( 49 )

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溃坝尾砂泥石流是介于水和一般自然界泥石流二者之间的一种颗粒相对均匀的砂—水混合物浆体,具有高势能、流速快的特性,易对下游高速公路造成巨大威胁,因此开展溃坝尾砂泥石流对下游高速公路的损伤评估, 对于保障尾矿库下游高速公路安全具有重要意义。本研究基于尾矿库溃坝数值模拟并结合泥石流领域的损伤和滑动破坏研究,建立了溃坝尾砂泥石流对下游高速公路桥梁的损伤和滑动破坏评估模型。首先,进行尾矿库溃坝数值模拟确定高速公路桥墩前溃坝尾砂泥石流的流速和深度变化;然后,将流速和深度数值模拟结果代入计算公式对高速公路损伤和滑动破坏进行定量评估;最后得出评估结果。以铜山口尾矿库为例开展工程应用,研究结果表明:尾矿库溃坝后高速公路桥墩损伤满足要求,桥墩基础损伤评估中计算出局部冲刷最大深度为 4. 456 m,大于桥墩基础顶部距离地面的高度 4 m,一部分桥墩基础将受到侵蚀破坏;桥梁滑动破坏评估中计算出桥墩抗滑动稳定性系数为 1. 02, 低于规范限制 1. 2,高速公路桥梁存在横向滑动风险。

基于UAV-RGB的矿区植物分类及其叶绿素含量时空变化分析

陈凯, 雷少刚, 杨星晨, 史运喜, 陈树召

2023, 52(12): 227-233.

摘要 ( 49 )

PDF (4297KB) ( 186 )

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相比于高光谱遥感和多光谱遥感,在无人机上搭载 RGB 相机,不仅操作简单,而且成本低廉。但是,目前基于无人机 RGB 相机进行矿区典型植物分类的研究较少。另外,开采沉陷对地表植物叶绿素含量的时空扰动规律尚不清楚。为解决上述问题,本研究融合 RGB 影像的光谱信息、纹理信息和点云的 3D 特征,使用神经网络、支持向量机、随机森林 3 种机器学习分类算法,实现了对采煤沉陷区典型植被的分类。基于多期影像的分类结果和植被指数, 分析开采沉陷对典型植物叶绿素含量的时空扰动规律。研究表明,最佳的分类算法为支持向量机。多特征融合可以显著提高分类精度,相比于只用光谱特征,多特征融合后的总体分类精度提高了 9. 45%。总体分类精度可达 90%, Kappa 系数为 0. 906,可满足矿区植被调查的需要。通过分析针茅和柠条叶绿素含量的时空变化,发现采煤对拉伸区植被的影响最大,其次是压缩区和中性区。拉伸区应作为生态修复的重点区域。地裂缝是生态修复的重点对象。与针茅相比,柠条能更好地适应采煤引起的干扰,可作为生态恢复的先锋物种。

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

朱丽丽, 王一光

2023, 52(12): 234-239.

摘要 ( 57 )

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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、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰— 石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为 15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为 30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从 0 增加至 8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势, 并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。

镁矿渣水泥基材料的浆—骨界面作用机制研究

胡瑛莉, 胡景宣

2023, 52(12): 240-244.

摘要 ( 41 )

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镁矿渣水泥基材料的浆—骨界面是最薄弱的结构,是影响宏观力学性能的一个重要因素。通过揭示界面结构作用机制有助于深入了解镁矿渣水泥基材料的微观特性。制备了养护龄期分别为 3、7、14、28 d 的镁矿渣水泥浆体以及纯水泥浆体,通过开展电子扫描显微镜(SEM)和 X 射线衍射试验(XRD)分析了养护龄期对浆—骨界面结构的影响,并对比分析了有无掺料的水泥浆体的化学成分变化。研究表明:由 SEM 图像显示的不同龄期的浆—骨界面结构形貌可知,随着养护龄期增加,骨料和浆体不断混合形成浓稠状,骨料和浆—骨界面的孔隙被水化产物填充,整体更加密实。从物理角度出发,浆体和骨料能够胶结成团的原因为:① 由于骨料表面粗糙多孔的特点产生的咬合作用增大了浆—骨界面的摩擦力和黏聚力;② 浆—骨界面发生的“水气交换”反应减小了孔隙间距尺寸。从化学角度分析,对镁矿渣浆体和纯水泥浆体进行碱化处理,根据水化沉淀物的 XRD 衍射结果,发现两者的硅酸二钙( C₂S)和硅酸三钙(C₃S)峰值差别不大,Ca(OH)₂ 峰值有所下降,这是因为镁矿渣发生火山灰反应消耗了大量的 Ca(OH)₂。

电解锰渣协同钢渣制备矿山充填材料及性能研究

冯政, 邬忠虎, 杨玉翰, 曾炽

2023, 52(12): 245-251.

摘要 ( 44 )

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针对电解锰渣( EMR)与钢渣( SS)资源化利用以及 EMR 含重金属,对环境造成严重污染的问题。以 EMR 和 SS 为原料,氢氧化钠为激发剂,制备电解锰渣 / 钢渣基矿山充填材料。研究了 EMR 与 SS 不同配比对浆液流动度、凝结时间、抗压强度的影响;利用 XRD、SEM、EDS 手段探讨充填材料的微观特性;毒性浸出试验考察重金属的固化效果。结果表明:EMR 添加量的增加降低了浆液流动度和凝结时间,并且有利于形成更多的胶凝产物来填充孔隙,降低孔隙率,提高抗压强度。在 EMR 与 SS 质量比为 5 ∶2 时,56 d 抗压强度最大,为 16. 3 MPa。水化产物主要为钙钒石、C—(A)—S—H 和 N—A—S—H 复合凝胶。毒性浸出试验表明所制备的充填材料不会产生重金属和氨氮污染,锰离子以 H₂Mn₈O₁₆·2. 4H₂O 形式得到稳定。

铝电解废渣资源化回收及无害化处理技术研究现状与展望

李振, 武奥环, 王建城, 卢文义, 李强强, 张联升

2023, 52(12): 252-262.

摘要 ( 53 )

PDF (1724KB) ( 222 )

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铝在工业生产中占有重要地位,但电解铝过程中产生的炭渣、铝灰、大修渣等物质的堆存和填埋造成了资源浪费和环境污染,因此对其进行资源化回收和无害化处理具有极其重要的意义。从铝电解废渣的特性出发,分析了其来源、成分及危害性,梳理了浮选法、化学法、湿法、火法在资源回收以及火法、真空热还原—石灰固化法在无害化处理方面的研究现状,指出了目前各技术存在的主要问题并对未来的发展方向提出了建议,旨在为铝电解废渣的资源化回收及无害化处理技术提供新思路,促进电解铝行业的绿色可持续发展。

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