金属矿山

夏　冬, 邵国梁, 李小光, 姚纪明, 李富平, 杨天鸿

2024, 53(6): 1.

摘要 ( 106 )

PDF (2637KB) ( 294 )

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河北省为北京市、天津市的生态屏障,生态敏感性强。该省矿产资源丰富,历史上的乱采乱挖、无序开采等导致大量的责任主体灭失矿山迹地遍布全省,这与生态环境保护间的矛盾显得异常突出。在收集相关资料的基础上,总结了河北省矿产资源的赋存状况、责任主体灭失矿山迹地的分布特征、生态环境破坏现状及生态修复现状,揭示了河北省责任主体灭失矿山迹地生态修复存在的主要问题,并基于河北省不同区域的生态功能定位,提出构建“环境地质致灾机理模式—地质灾害隐患的治理与消除—优化生态修复技术方案—地质灾害、修复效果动态监测与评价”4 个环节的生态修复理论框架,依据各生态功能定位区的作用、区位特征、气候、土壤等要素,分析总结了适用于不同区域生态修复的技术与实施方案,并以具体的案例开展了修复工程分析。

倒梯形巷道顶板全长锚索联合支护技术研究

孙立虎, 王雁冰, 王　敏, 于冰冰

2024, 53(6): 14.

摘要 ( 85 )

PDF (3315KB) ( 418 )

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针对长城五矿1902S 回风巷倒梯形煤巷的高地应力产生的围岩稳定性差,支护体失效的问题,在实地调研施工现场后,结合FLAC3D 数值模拟分析原方案的支护失效体制,并提出“全长锚固锚索+组合支撑钢墩柱+W 型钢带+钢筋锚网+钢带”的联合支护技术,从顶板围岩的变形量和帮部相对移近量两方面来分析矿压显现规律。结论如下:原方案锚杆锚索的组合支护体应力偏分布,不能解决倾斜顶板帮角处出现的应力集中现象,全长锚索支护对应顶板离层和应力集中位置,并采用支撑钢墩柱对顶帮角处进行补强支护,矿压监测数据显示,该技术明显改善了顶板的围岩稳定性,有效地减轻了帮部的压力和变形,锚索的承拉效果明显强于锚杆,为解决不规则巷道的顶板支护提供了重要的实践经验。

金川二矿区3 个中段协同开采巷道变形破坏特征研究

郁　标, 杨金维, 寇永渊, 王文杰

2024, 53(6): 23.

摘要 ( 82 )

PDF (2735KB) ( 232 )

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为研究金川二矿区3 个中段协同开采巷道变形破坏特征,通过现场调查、数值计算及理论分析,对二矿区3 个中段协同开采巷道位移变化规律、应力分布特征、塑性破坏范围以及巷道变形破坏原因进行研究。结果表明: 金川二矿区3 个中段协同开采过程中,中间中段巷道变形破坏最显著,下部中段次之,上部中段最小;不同中段巷道变形破坏具有区域性,上部中段与中间中段巷道中部变形破坏明显,下部中段巷道东西部变形显著;各中段巷道变形破坏呈明显非对称性,巷道近扰动侧边帮变形破坏较远扰动侧边帮更显著;协同开采扰动、地应力及矿岩条件是导致协同开采巷道变形破坏的主要因素。研究结果可为金川二矿区3 个中段协同开采巷道安全控制提供一定理论依据。

尾矿水浸泡对砂岩结构及力学特性影响研究

李　铭, 杨　斌, 胡　军, 夏治国, 罗　昌

2024, 53(6): 31.

摘要 ( 59 )

PDF (2916KB) ( 224 )

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尾矿水长期浸泡会对岩石稳定性造成潜在影响,可能引发一系列危害。为研究尾矿水溶液的溶蚀作用对砂岩力学性能和微观结构的影响,采用自来水和尾矿水对砂岩进行90 d 浸泡,随后进行离子浓度测定和单轴压缩试验。利用扫描电镜和能谱仪对砂岩试样的微观形貌以及表面元素进行分析,建立尾矿水对岩石溶解的数值模型。研究结果表明:与天然试样相比,自来水浸泡后试样的强度和弹性模量分别降低了16. 38%和18. 5%,而尾矿水浸泡后其强度和弹性模量分别降低了24. 42%和25. 42%。尾矿水呈弱碱性,与砂岩的主要成分石英钠长石(NaAlSi3O8)和钾长石(K(AlSi3O8))发生化学反应,生成大量的Na+ 和K+ 离子,溶液中离子浓度分别增加了40. 17%和19. 8%,导致砂岩表层微观结构破坏、孔隙和裂隙增大,从而使得弱化效果更加显著。研究成果为理解尾矿水对砂岩浸水弱化机理提供了有益参考,并为尾矿工程安全研究、分析、测评提供科学依据。

爆破荷载损伤下喷射混凝土孔隙结构及三轴力学性能试验研究

张景丽

2024, 53(6): 38.

摘要 ( 59 )

PDF (2301KB) ( 217 )

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为探究爆破荷载作用对喷射混凝土孔隙结构及力学性能的影响,利用核磁共振(NMR)检测技术及三轴加载装置对爆破荷载损伤混凝土微观孔隙结构及宏观力学性能开展试验研究,分析不同围压和爆破距离对试件T2 谱分布、孔隙结构变化、孔隙率、压缩强度、起裂应力及扩容应力的影响规律。结果表明:① 喷射混凝土试件T2 谱呈3 峰型,且峰1 强度远高于峰2、峰3,爆破荷载作用后试件T2 谱峰值增大且向右偏移,T2 谱分布总面积增大,试件内部孔隙数目增加、直径增大。② 未损伤试件孔隙率为1. 63%,距离爆源80、140、200、260 mm 处试件孔隙度分别为 3. 78%、3. 01%、2. 55%、1. 89%,爆破荷载作用使得试件孔隙率增大,与爆源间距离的增大使得试件内部孔隙率增幅减小;试件内部微孔、中孔占比均在87. 01%以上,爆破荷载作用后损伤试件微孔占比降低,中孔、大孔、裂隙占比均升高。③ 围压的增大使得试件峰值应力、起裂应力及扩容应力均随之增加,围压增强了试件力学性能。④ 爆破荷载作用后试件峰值应力、起裂应力及扩容应力均存在不同程度降低,且与爆源间距离越小,试件应力降幅越显著,孔隙度增幅也越大。在锚喷支护及混凝土衬砌过程中要充分考虑到爆破应力波对喷射混凝土力学性能的影响,应提前做好预防措施。

多采空区干式充填与带式胶结充填力学性能数值模拟研究

缪玉松, 黄飞飞, 朱明德, 李昱锦, 王谦源

2024, 53(6): 46.

摘要 ( 66 )

PDF (5236KB) ( 213 )

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针对某萤石矿多采空区的工程概况,采用充填法治理采空区过程中提出了带式胶结充填体结构,运用 3DEC 离散元软件进行数值模拟计算,以空场法下采场的力学性能为基准,对传统废石干式充填与带式胶结充填2 种不同充填方式下采空区进行沉降位移场、塑性区、应力场分析。结果表明:空场法下5 号矿房顶板与左侧间柱出现塑性区贯通现象,有顶板坍落,间柱溃倒的风险;传统废石干式充填下5 号矿房顶板与左侧间柱塑性区面积大幅减少,但是由于废石自身重力作用顶板沉降量增加了12%;带式胶结充填下5 号矿房顶板与左侧间柱塑性区仅零星分布于受拉应力较大的临空面,顶板沉降量下降了4. 33%,5 号矿房上下盘收敛位移较空场法下降了12%。研究表明在不考虑充填成本的情况下,采用带式胶结充填治理多采空区,具有更优良的效果。

软岩硐室群蠕变模型选择与长期稳定性研究

孔　备, 韩立军, 董一辉, 郎永忠, 宋楷晨

2024, 53(6): 53.

摘要 ( 47 )

PDF (3565KB) ( 203 )

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硐室服务年限较长,围岩会随着时间的积累而产生蠕变,造成支护变弱甚至失效,从而影响矿山安全。为研究工程软岩硐室围岩的蠕变特性,以钟九铁矿井底硐室群为研究对象,首先采用ROCK1000-50VHT 型岩石高温三轴流变试验系统进行5、10、15 MPa 围压下的三轴蠕变试验,分析其蠕变和破坏特征。试验结果显示:闪长岩蠕变破坏在低围压下主要为剪切破坏,当围压逐渐增大时,会转变为劈裂破坏;在三轴应力条件下,闪长岩的蠕变会出现压密、弹性、裂隙扩展和破坏4 个阶段;当加载应力较低时,闪长岩在瞬时应变后会出现等速蠕变,随后轴向应变逐渐趋于稳定;但当加载应力较高时,岩体进入到等速蠕变阶段的时间变长,轴向应变不断增大。根据其蠕变特征选取Burgers 模型建立本构方程,经拟合后与蠕变试验曲线基本吻合,表明本构模型能够反映闪长岩蠕变力学特性。最后采用 Burgers 蠕变本构模型,基于FLAC3D 对硐室支护模型进行数值模拟。结果表明,现有支护方案可以保持硐室群的长期稳定性。研究对软岩硐室群支护时效性分析具有借鉴意义。

深部软岩硐室群施工相互影响及变形破坏分析

董亚宁, 金爱兵, 陈　成, 殷登才

2024, 53(6): 61.

摘要 ( 49 )

PDF (4957KB) ( 209 )

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地下矿山溜破系统服务年限长,其涉及卸载、破碎等多个大断面硐室。为解决硐室群施工过程中由于相互影响导致围岩变形破坏特征复杂的问题,以钟九铁矿-550~ -590 m 水平溜破系统硐室群为工程背景,基于弹塑性理论获取硐室围岩塑性区范围,并构建矿石和废石卸载硐室、下部溜井、破碎硐室和储矿仓8 个大断面硐室数值模型,分析单硐室施工和硐室群顺序施工过程中的围岩应力和变形时空分布特征,开展硐室群施工相互影响研究,并据此提出了变形控制方案。结果表明:随着溜破系统硐室群的顺序施工,废石破碎硐室、卸载硐室、储矿仓帮部最大变形呈线性增大趋势,帮部塑性区呈先增加后基本不变的趋势;已建设完成的硐室群会使后续施工硐室区域岩体质量变差,相比于施工单硐室,顺序施工至废石卸载硐室和废石储矿仓,其帮部变形分别增加了21. 7%和53. 4%,塑性区范围分别增加了32%和92%。研究成果可为钟九铁矿后续硐室施工和支护设计提供指导,对于类似矿山硐室群施工相互影响研究也有一定的参考意义。

多因素影响复杂空区群下残留矿柱回收模拟研究

江文武, 廖俊钰, 钟　海, 廖永斌

2024, 53(6): 71.

摘要 ( 51 )

PDF (2732KB) ( 203 )

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对于有着断层切割、多矿脉等因素影响下的某钨矿Ⅰ号矿脉6~8 线保安矿柱的回收问题,采用理论分析和数值计算分析了该矿山采空区的稳定性以及残留保安矿柱的回采可行性。在此基础上提出了3 种残留矿柱回收方案并进行对比分析研究。研究结果表明:矿柱周边的采空区相对稳定,矿柱自身内部的应变能得到了释放,回收带来的地压灾害风险降低,其发生变位性破坏导致自身的整体刚度降低,矿柱控制地压活动的作用效应随之减弱,可以考虑对该矿柱进行安全回采。残留矿柱回采出矿后,被断层切割的残矿回采区与原左右两侧采空区之间的间柱应力集中更加明显,也出现了较大面积的剪切破坏塑性区,说明残矿回采时可能有剪切破坏的风险,而对保安矿柱两侧被断层影响的采空区进行部分充填可以有效地抑制应力集中现象,减弱边帮的松脱趋势,有效减小残矿回采区上、下盘沿断层滑移趋势,可以实现对残留保安矿柱安全经济的回收。

下向充填法钢筋混凝土假顶布筋参数及最优吊点位置研究

胡　胜, 张　兵, 王贻明, 梁权宇

2024, 53(6): 79.

摘要 ( 39 )

PDF (2385KB) ( 210 )

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人工假顶构筑方案的合理性是急倾斜破碎矿体实现下向充填法安全高效充填回采的关键和核心环节。本研究以某铜矿钢筋混凝土人工假顶为研究对象,基于薄板理论和弹性力学并结合实际下向进路充填回采工艺,建立人工假顶等效力学模型,解析钢筋混凝土人工假顶布筋参数:30 m 长沿脉进路假顶至少需布置底筋104 根;同时采用斜吊筋吊挂于底筋距离边帮0. 8 m 的位置,设计上下盘帮吊筋间距为500 mm,则上下盘斜吊筋各60 根;吊筋的最优悬吊位置为距端部0. 2~0. 25 人工假顶跨度的位置,此处吊筋受力合理且较为经济。本研究为钢筋混凝土人工假顶布筋设计及吊筋悬吊方案提供了计算思路及工程参考。

大空区低成本充填处理方法研究与实践

林景尚, 王谦源, 陈宁青, 王海龙

2024, 53(6): 85.

摘要 ( 61 )

PDF (4012KB) ( 229 )

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针对老空区充填处理一般投资较大、成本较高的技术难题,结合某铁矿大空区充填处理实际,利用原地面大空区观测孔和既有充填系统,设计建设了一套简单、实用、投资较低的地面辅助泵送充填系统,并配套发明设计了一套翻板式活门搅拌机取料装置;研究发现了泵送充填上坡管路的严重震动现象,提出了混凝土墩固定管路的减震方法;通过研究分析大空区的充填特点,提出了薄饼充填结构模型思想,认为大空区充填体强度设计较高既无必要,也起不了多大强度作用,据此提出了降低充填体强度和充填灰砂比的设计建议。

冰碛土体化学浆液注浆扩散模式与距离影响机制研究

樊　锴, 孙　伟, 李争荣, 冯兴隆, 王少勇

2024, 53(6): 89.

摘要 ( 41 )

PDF (2401KB) ( 204 )

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采用注浆法对土体进行固化的工程中,浆液在土体中的扩散距离是评估注浆效果的重要指标。为了探究化学浆液在冰碛土体中的扩散情况及其影响因素,通过自研的室内注浆实验装置,改变注浆压力,记录注浆时间、注浆量、浆液扩散距离等参数的变化,探究化学浆液在冰碛土体中的扩散距离影响机制。研究结果表明:① 浆液的最大扩散距离主要取决于劈裂缝隙的扩散状况,最小扩散距离则与出浆口附近浆液的渗透距离有相关;② 实验中注浆压力对浆液实际注入量的影响很小,不同注浆压力下的浆液注入量最大差异只有0. 15 kg 左右,且无明显规律;③ 浆液扩散模式以劈裂扩散为主,其次是渗透扩散,随着注浆压力的增大,渗透扩散的占比逐渐增大;④ 浆液的扩散距离主要受到注浆压力的影响,随着注浆压力增大而增大,注浆压力大于1. 2 MPa 时,扩散距离增幅有所提升。上述研究结论可以为冰碛土体的化学浆液注浆施工提供一定的理论依据。

微波辐射深井砂岩升温损伤特征与钻进效果对比研究

陈登红, 鲁德沛, 王智鹏, 汪朝家

2024, 53(6): 94.

摘要 ( 44 )

PDF (3307KB) ( 218 )

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为了研究微波辐射深井砂岩升温损伤特征与钻进效果,采用恒源煤业标高-940 m 回风辅助石门取芯的深井砂岩为研究对象,分析其深井砂岩在相同输入能量微波辐射后温度、质量、纵波波速及钻进实验后的机械钻平均转速、扭矩随不同路径处理下的变化规律。研究结果表明:在模拟试件单面辐射时,高功率短时间(1. 4 kW,214 s)比低功率长时间(1. 0 kW,300 s)微波辐射后质量变化、试件前侧后表面最高温度变化更大,且波速差值和损伤因子随试件表面温度升高而增大;微波辐射前后测量试件对应5 个标记点位置处的纵波波速,发现波速差值和损伤因子较大的地方主要集中在试件表面升温最高的地方;在对比有无受限变形条件下钻进实验效果分析开展了A 组微波未辐射、有受限变形(路径1),B 组微波功率为1. 0 kW、微波辐射时间为300 s、有受限变形(路径2),C 组微波功率为1. 0 kW、微波辐射时间为300 s、无受限变形(路径3),D 组微波功率为1. 4 kW、微波辐射时间为214 s、有受限变形(路径4)4 种路径的处理方式,得到钻进效果从优到差的路径依次为:路径3>路径4>路径2>路径1;分析得到在相同输入能量有受限变形条件制约下,功率在1. 4 kW 微波辐射下钻进效率是功率在1. 0 kW 微波辐射下的1. 3 倍左右,而有受限变形条件制约下,微波辅助钻进法的效率是无微波辐射常规法的8. 5 倍左右,即有受限变形条件制约下机械钻进较为困难。研究成果为较弱吸波能力深井砂岩的损伤路径优化及低能耗高效率破岩提供了借鉴与参考。

铜钼分离中辉铜矿抑制剂筛选及其作用机理研究

宛　鹤, 卫　龙, 卜显忠

2024, 53(6): 105.

摘要 ( 50 )

PDF (1940KB) ( 238 )

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针对铜钼分离过程中辉铜矿难抑制,常引起钼精矿铜超标的问题,从抑制剂与辉铜矿表面亚铜离子具有较强键合能力的角度,筛选了9 种抑制剂并探索了其对辉铜矿和辉钼矿浮选行为的影响,采用吸附量、接触角、动电位、XPS 等检测手段进行了铁氰化钾抑制辉铜矿的机理分析。研究结果表明:9 种药剂对辉铜矿抑制由强至弱的大致顺序为铁氰化钾、亚铁氰化钾、乙二胺四乙酸二钠、硫氢化钠、双氰胺、巯基乙酸铵、氨基乙酸、硫氰酸铵、L-天门冬氨酸,其中铁氰化钾抑制效果最好,且对辉钼矿的可浮性影响不大;铁氰化钾能够有效吸附于辉铜矿表面,引起辉铜矿表面疏水性和电负性大幅度下降;添加铁氰化钾后,辉铜矿表面的CuO 组分大量减少,生成了Cu(OH)2 且Fe3+ 和 Fe2+的相对含量分别为18. 36%、81. 64%;铁氰化钾的作用机制为铁氰化钾水解释放出的大量铁氰酸根竞争吸附于辉铜矿表面,生成铁氰酸亚铜沉淀,并随着氧化还原反应生成了亚铁氰酸亚铜和氢氧化铜等沉淀,这些亲水性沉淀牢固地吸附于辉铜矿表面从而抑制辉铜矿。

酒钢镜铁山铁矿分级预选试验研究与产业化应用

阎　超, 孙洪硕, 展仁礼, 王　欣

2024, 53(6): 112.

摘要 ( 43 )

PDF (1885KB) ( 210 )

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酒钢镜铁山桦树沟V 矿体矿石品位低,脉石与铁矿物嵌布、连生关系密切,混杂有废石的矿石直接送至选厂处理存在生产成本高、破坏桦树沟不同采场采掘平衡等一系列问题。为了解决这些问题,采用分级分选工艺开展了大、小块矿预选抛废试验。结果表明:15~3 mm 和30~15 mm 粒级均采用2 次强磁预选抛废,15~3 mm 粒级抛废率24. 50%、废石铁品位4. 75%、精矿铁品位29. 64%、精矿铁作业回收率95. 06%,30~15 mm 粒级抛废率20. 88%、废石铁品位9. 84%、精矿铁品位27. 40%、精矿铁作业回收率92. 61%,铁品位分别提高6. 10 和3. 67 个百分点;100~30 mm 粒级采用X 射线智能预选抛废,作业抛废率20. 68%、废石铁品位12. 55%、精矿铁作业回收率89. 15%,铁品位提高了2. 96 个百分点。基于系统的试验,现场建成了年处理115 万t 矿石的组合预选生产线,较好地解决了现场的问题。该项目的成功对弱磁性难选铁矿石的高效预选抛废具有示范作用。

海水体系中蒙脱石对黄铁矿的抑制机理研究

赵佳龙, 冯　浩, 李育彪, 王　硕

2024, 53(6): 117.

摘要 ( 46 )

PDF (2024KB) ( 211 )

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　为探究海水体系下蒙脱石对黄铁矿可浮性的影响,进行了不同蒙脱石占比条件下纯水和海水体系中黄铁矿的浮选试验,并通过矿物表面电位及三相泡沫结构测试,海水组分分析和DLVO 理论计算等,研究诸因素对黄铁矿的抑制机理。结果表明:弱酸和弱碱性条件下,纯水体系中的蒙脱石具有抑制黄铁矿上浮的作用,海水体系则进一步强化了对黄铁矿的抑制,导致黄铁矿几乎不可浮;黄铁矿和蒙脱石在海水中的矿物表面电位更小,蒙脱石更容易罩盖在黄铁矿表面;弱碱性环境下,黄铁矿在纯水中的浮选回收率为95%,而在海水和蒙脱石占比30%的条件下,黄铁矿的回收率仅为5%,说明海水可强化蒙脱石抑制黄铁矿。研究结果有助于指导用海水解决铜硫浮选分离工业实践抑制剂成本高及铜硫分离困难等问题。

四川里伍铜尾矿中铁闪锌矿和磁黄铁矿的高效分离回收试验

傅开彬, 李　贺, 付华洪, 刘泽铭

2024, 53(6): 123.

摘要 ( 68 )

PDF (1661KB) ( 224 )

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为综合回收四川里伍铜矿选铜尾矿中的有价元素锌、硫,采用优先浮选试验筛选了铁闪锌矿和磁黄铁矿的高效活化剂、捕收剂等,并进行了闭路试验。结果表明:试验样采用1 粗4 精2 扫选锌、1 粗3 精3 扫选硫闭路工艺流程处理,可获得锌品位45. 62%、锌回收率85. 83%的锌精矿,硫品位39. 98%、硫回收率75. 67%的硫精矿,锌精矿达到七级产品质量要求,硫精矿达到二级产品质量要求,较好地实现了铁闪锌矿和磁黄铁矿的浮选分离。

某低品位铅锌铜多金属硫化矿富集与分离试验研究

郑海雷, 高起方, 龚明辉, 赵志

2024, 53(6): 130.

摘要 ( 49 )

PDF (1858KB) ( 208 )

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云南某低品位铅锌铜多金属硫化矿铅品位0. 61%、锌品位3. 28%、铜品位0. 25%,伴生Au、Ag 品位分别为0. 09、18. 04 g/ t。矿石嵌布粒度较细,共生关系复杂。为高效开发利用该低品位矿石,进行了系统的浮选试验。结果表明:矿石采用铜铅混合浮选—铜铅分离—锌浮选工艺处理,获得了铜品位21. 97%、铜回收率80. 85%、金品位 1. 60 g/ t、银品位189. 00 g/ t、铅品位1. 80%的铜精矿,铅品位76. 22%、铅回收率88. 72%、金品位0. 75 g/ t、银品位 1 433. 00 g/ t、铜品位1. 87%的铅精矿,锌品位52. 18%、锌回收率93. 03%的锌精矿,主要有价成分铅、锌、铜的分离与富集效果较好,金、银一定程度富集在铜精矿、铅精矿中;铜精矿锌含量偏高与黄铜矿、闪锌矿间的嵌布关系异常密切有关;原矿Au、Ag 品位低,且在矿石中分散程度高是造成金银综合回收指标偏低的原因。

云南某贫细硫化铜矿石选矿工艺优化研究

田小松, 赵志强, 赵　洵, 梁泽跃, 戴惠新

2024, 53(6): 138.

摘要 ( 56 )

PDF (1657KB) ( 217 )

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云南某低品位细粒嵌布的铜矿石铜、硫品位分别为0. 161%和9. 704%,有价铜矿物嵌布粒度细,铜硫分离富集难度较大。为实现该硫化铜矿石资源的高效开发利用,在选厂原选矿流程及原矿工艺矿物学研究基础上,进行了系统的磨浮试验。结果表明:矿石采用磨矿—1 粗2 扫铜硫混合浮选—混浮粗精矿再磨—1 粗3 精2 扫铜硫分离浮选闭路流程处理,可获得铜品位14. 69%、铜回收率63. 15%的铜精矿,硫品位29. 16%、硫回收率75. 10%的硫精矿, 试验铜精矿品位较现场提高近3 个百分点,铜回收率提高15 个百分点以上,显著优于现场生产指标,达到了理想的综合回收铜硫效果。研究结果可作为工艺流程优化的依据。

内蒙古霍布林查干铅锌银多金属矿床地质特征及找矿前景

王世权, 任利平, 胡红雷, 陈俊魁, 吕宪河, 李　东

2024, 53(6): 145.

摘要 ( 56 )

PDF (2953KB) ( 212 )

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霍布林查干铅锌银多金属矿床位于内蒙古东乌珠穆沁旗东部,构造属兴蒙造山带中部、大兴安岭成矿带西侧。为研究矿区成矿背景及找矿潜力,在矿区采用1 ∶10 000 地质填图、土壤化探测量、激电测量、槽探和钻探工程等方法开展地质勘查及研究工作,并对矿区地质特征、矿床地质特征及成因进行了详细探讨。研究表明:① 霍布林查干铅锌银多金属矿为构造热液型矿床,容矿地层为侏罗系玛尼吐组和白垩系白音高老组;② 矿化带赋存于NW 向断层F1、F3 内,其中,S1 矿化带圈定了8 条矿体,S2 矿化带圈定了2 条矿体,矿体在空间上成脉状大致平行排列,合计铅锌资源量达中型规模;③ 矿石由闪锌矿、方铅矿组成,矿石结构、构造类型多样;④ 矿床与物化探异常关系密切,成矿范围内铅锌银元素往往浓集中心明显,异常发育中带、内带,激电呈高极化率、低电阻率特征。在上述分析的基础上,结合矿床地质特征、地球物理特征、找矿标志等,分析了区域找矿前景,并初步圈定了4 处找矿靶区,认为各靶区成矿潜力均较好,值得进一步开展工作。该矿床的发现弥补了满都宝力格—红旗村一带金属矿空白,充分说明在朝不楞—乌拉盖断裂带(F5)以东地区仍具有非常大的找矿潜力。

基于分段Knothe 时间函数的开采沉陷预计模型优化及应用

苗　伟, 安士凯, 徐燕飞, 薛　博

2024, 53(6): 153.

摘要 ( 40 )

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淮南矿区煤层埋深达800~1 200 m,开采影响传播时间长,在使用原始分段Knothe 时间函数模型预计该地区地表沉陷动态过程时,存在的不足为:预计的地表沉陷无启动阶段,下沉速度达到最大时对应的地表沉陷值并不等于最大下沉值的1/2,时间因素影响系数(c)以及地面点最大下沉速度对应的时刻(τ)无法实现自适应取值。通过理论研究以及资料分析,应用地表沉陷启动时间t0 以及修正模型对Knothe 时间函数模型进行优化,并结合淮南矿区地质特征以及概率积分模型相关理论构建了c、τ 求解模型,提出了适合淮南厚冲积层矿区的分段Knothe 时间函数优化模型。以淮南某矿1613(3)工作面为例,采用所提优化Knothe 时间函数模型、原始分段Knothe 时间函数模型、分段 Knothe 时间函数模型分别进行了地表沉陷预测。结果表明:以地表点的实测值作为参考,所提出的优化模型在预计地表形变时,预计标准差为295. 8 mm,总体精度较原始分段Knothe 时间函数提高了49%,较分段Knothe 时间函数提高了53%,证明了所提优化模型的优异性。

基于集成神经网络和改进极限学习机的矿井移动机器人故障检测

郑伦川, 梁新元, 袁乖宁

2024, 53(6): 159.

摘要 ( 45 )

PDF (1503KB) ( 215 )

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矿井移动机器人作为一种自主运动的智能设备,广泛应用于采矿、输送和装载等工作中。然而,由于其在恶劣环境下运行,往往长时间无法得到检修维护,导致故障频发,影响了井下安全高效生产。如何及时准确地对机器人进行故障检测,提高其可靠性和生产效率成为一个亟待解决的问题。提出了一种基于集成神经网络和改进极限学习机的矿井移动机器人故障检测方法。该方法融合了多个神经网络模型,并通过改进极限学习机算法来提高检测精度和效率。首先,基于集成学习思想将传统卷积神经网络、递归神经网络和自编码器等多个预训练模型集成为一个更强大的检测模型。其次,在极限学习机的基础上引入了自适应权重调整策略,提高了算法的自适应能力和准确性。将所提出的方法在某矿山数据集上进行了试验,结果表明:该方法在检测区分度较低或异常数据较多的情况下性能优异,有助于实现高精度和高效率的故障检测。

基于CLAHE-PCA 的矿井低照度图像增强研究

苗作华, 张　立, 徐厚友, 王梦婷, 段宏山

2024, 53(6): 165.

摘要 ( 55 )

PDF (3429KB) ( 196 )

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地下矿山巷道环境往往面临光线不足,难以通过获取其暗通道图像判断岩体剥落等异常情况。针对矿井巷道暗通道图像对比度低的问题,提出了一种基于CLAHE-PCA 的图像增强算法。首先使用CLAHE 算法将获取的矿井巷道原始暗通道图像做对比度增强处理,然后使用自适应Gamma 算法对亮度低的图像予以增加对比度矫正;将矫正后获得的灰度图转为RGB 图像,通过PCA 对其进行平滑处理,以便更多地还原暗通道图像的细节。以峰值信噪比、结构相似性、平均梯度和信息熵等作为评价指标,对试验结果进行验证。结果表明:该方法能够有效处理低对比度的矿井巷道图像,处理后的图像结构相似性达到93%,鲁棒性强,同时能够更多地还原图像的细节。

基于Archard 模型与DEM 仿真的高压辊磨机磨损演化规律研究与优化

范　威, 水　沛, 谢传东, 高　霖

2024, 53(6): 173.

摘要 ( 41 )

PDF (2599KB) ( 222 )

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高压辊磨机在破碎物料时,颗粒间的挤压和剪切会引起辊面的磨损。研究结合离散元方法(DEM)与 Archard 磨损模型,对表面网格进行了划分,并精确模拟了高压辊磨机柱钉的磨损形态。结果表明,磨损模拟结果与实测结果高度一致,即沿磨辊出现碗形磨损,中心区域最严重。对磨辊结构和进料装置的优化表明,在定辊端部增设挡板,可以有效解决柱钉的不均匀磨损和边缘漏料问题,实现了磨损离散系数的降低(下降75%)和挤压区料压的增加 (增长28%),提升了辊压机的粉磨效率和柱钉的使用效率。该研究成果为优化传统高压辊磨机提供了思路。

金属矿山高浓度充填管道磨损规律与防控技术

王小林, 张　润, 邱　征, 郭进平, 吴爱祥

2024, 53(6): 181.

摘要 ( 75 )

PDF (2940KB) ( 211 )

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金属矿高浓度充填能有效消除尾矿库和采空区危害,但充填管道磨损问题也成为制约充填效率的因素之一。基于对管道磨损类型的划分,从颗粒性质、料浆性质、料浆—管壁接触条件、管材性质和管道所处外部环境5 个方面综述了充填管道磨损的影响因素;基于理论分析和现场实测归纳了5 种不同形式充填管道的磨损规律,以此总结了充填管道磨损的防控技术。现有研究结果表明,不满管流时,充填管道最主要的磨损形式是冲蚀磨损,料浆流速的影响最显著;满管流时,磨蚀和腐蚀对管道磨损起重要作用,料浆浓度的影响最显著。垂直管道中,料浆—空气交界面处磨损最严重,提高满管率并采用等倍线设计可有效控制其磨损。水平直管和倾斜直管底部磨损最严重,水平弯管的底部和垂直弯管外侧为易磨部位。使用新型管道结构和耐磨管材,提高料浆均质性,优化充填骨料级配,改进充填作业制度,全面监测管网压力,革新管道磨损数据获取手段,采用数值模拟技术深入揭示管道磨损规律等措施,可直接或间接对充填管道磨损防控起到积极作用。研究结果可为矿山充填管道磨损控制提供指导。

基于优化极限学习机模型的边坡稳定性预测研究

陈家豪, 张　燕, 杜明芳, 黄海荣

2024, 53(6): 191.

摘要 ( 48 )

PDF (1855KB) ( 199 )

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边坡稳定性预测对工程安全及地质灾害防治极其重要,目前机器学习在边坡稳定性预测较广泛,例如BP 神经网络、支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)等。但传统的ELM 模型在预测边坡稳定性时存在易陷入局部最小值、难以选择合适学习率的问题,针对此问题,提出了一种基于主成分分析法(PCA)和爬行动物搜索法(RSA)并行优化极限学习机(ELM)的边坡稳定性预测模型。此模型利用PCA 算法对数据进行降维,减少数据的冗余性,并利用RSA 算法优化ELM 模型的输入层权值和隐含层偏置,极大地提高了模型的预测精度和预测效率。将传统的ELM 模型、RSA-ELM 模型、PCA-SVM 模型及PCA-RSA-ELM 4 种模型进行对比,从而得到PCA-RSA-ELM 模型在边坡稳定性预测这类问题上的精确性更高,为边坡稳定性预测分析提供新的思路,对防灾减灾及保护国民经济安全具有重大意义。

考虑边界约束影响的充填挡墙厚度确定方法及应力分布规律研究

程爱平, 杜澳宇, 尹　东, 石　劲

2024, 53(6): 199.

摘要 ( 41 )

PDF (6316KB) ( 189 )

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不合理的边界加固方式会导致充填过程中挡墙边缘抗弯能力弱化进而影响采场安全。基于此,为了确定合理的充填挡墙厚度,探讨边界约束对充填挡墙稳定性的影响,将挡墙结构简化为4 类薄板模型。以第一强度准则为判断依据,提出了不同边界约束模式下充填挡墙厚度确定方法。结合大冶铁矿工程实际,探讨了不同边界约束模式下充填挡墙应力分布规律,并通过解析几何和数值模拟对本文理论模型进行了验证。研究结果表明:① 挡墙最小厚度与充填高度、充填料浆容重呈正相关关系,与挡墙抗拉强度呈负相关关系,增加挡墙抗拉强度有利于挡墙稳定性;② 挡墙内外侧拉伸应力分布存在明显差异,外侧呈X 型分布,内侧呈O 型分布,边界抗弯能力弱化会导致拉伸区域拓展,增加挡墙边界弯矩可以有效防止挡墙破坏;③ 数值模拟获取的应力分布规律与解析几何分析结果高度一致, 进一步验证了本文充填挡墙厚度确定方法的可靠性,结果可为类似采场充填挡墙参数优化提供参考。

基于降雨量数据的程潮铁矿涌水量时序性预测模型

范明星, 任高峰, 吴文博, 鲁习奎, 李吉民, 张聪瑞

2024, 53(6): 212.

摘要 ( 46 )

PDF (1685KB) ( 153 )

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无底柱分段崩落法开采必然形成大范围的地表塌陷区,所分布的导水裂隙将导致大量的地表降水向下渗透,引起巷道涌水量骤增,程潮铁矿现已进入-500 m 开采水平,大气降雨与崩落法开采所引发的裂隙持续动态发展之间的相互作用机制十分复杂。因此,为科学准确地预测井下涌水量,本研究提出了一种以降雨量为输入数据的涌水量灰色GM(1,2)时序性预测模型。以程潮铁矿2019—2021 年的降雨量、涌水量实际数据为训练样本,充分考虑崩落法开采对上覆岩体的持续影响,引入时序性系数K 对模型进行优化,最终建立的灰色GM(1,2)时序性预测模型与传统的GM(1,2) 预测模型相比,预测精度平均提高了7. 79%。运用该模型对2022 年的涌水量进行预测检验结果表明,其旱、雨两季的预测精度分别为93. 51%、93. 58%,预测效果较好。研究成果是通过地表降雨量数据直接预测矿山井下涌水量数据的一种有效方法。

多尺度调控纤维增强水泥基充填膏体流动性与强度试验研究

申骏超, 宋光远, 何文雷

2024, 53(6): 229.

摘要 ( 44 )

PDF (1758KB) ( 159 )

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为改善水泥基充填膏体的力学性能,采用玻璃、聚丙烯及聚丙烯腈3 种纤维作为改性材料,探讨了纤维类型、掺量对水泥基充填膏体力学及流动性能的影响规律,并揭示了纤维对充填膏体力学性能的增强机理。结果表明:充填料浆的坍落度随纤维掺量增加逐渐降低,但纤维类型变化对料浆坍落度的影响并不显著;充填体抗压强度随着纤维掺量增加表现出显著的增加趋势,并且纤维种类变化对抗压强度的影响并不显著;随着纤维掺量增加,试样28 d 抗拉强度表现出增大趋势,并且28 d 抗拉强度的增加幅度远高于28 d 抗压强度增幅;聚丙烯腈纤维对抗拉强度的提升效果最高、聚丙烯纤维次之,玻璃纤维对抗拉强度的提升效果最弱;玻璃纤维表面附着明显的水化产物,说明纤维与砂浆之间会形成明显的黏聚力,进而能够显著改善充填膏体的宏观力学性能。

尾矿资源化利用制备水泥注浆料的无侧限抗压强度预测

耿　楠, 吴明春, 李　显, 樊亚男

2024, 53(6): 242.

摘要 ( 42 )

PDF (4426KB) ( 155 )

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尾矿资源化利用制备水泥注浆料可实现尾矿的可持续性。为准确预测尾矿资源化利用制备水泥注浆料的无侧限抗压强度,基于K 近邻回归、支持向量回归、随机森林、Gradient Boosting(GB)和Light Gradient Boosting Machine( LightGBM)算法,建立了无侧限抗压强度的预测模型。首先,收集了738 组尾矿资源化利用制备水泥注浆料的无侧限抗压强度的试验数据,建立了无侧限抗压强度数据库,试验参数包括尾矿化学性质、水泥强度、水泥尾矿质量比、质量浓度、养护时间和无侧限抗压强度。随后基于该数据库,建立了K 近邻回归、支持向量回归、随机森林、GB 和 LightGBM 模型,选取了3 个统计指标评估模型性能,并对比模型的精度和误差。结果表明:水泥与尾矿的质量之比与无侧限抗压强度的相关性最大,而在尾矿的化学性质中,二氧化硅含量对无侧限抗压强度的影响最大。在训练集和测试集上,支持向量回归模型的预测性能最好(决定系数R2 分别为0. 99 和0. 98),且约99%数据的误差在1 MPa 范围之内;GB 模型的R2 分别为0. 98 和0. 96,而K 近邻回归模型的R2 分别为0. 98 和0. 83。总体而言,支持向量模型的预测性能要优于GB 模型、随机森林模型、LightGBM 模型和K 近邻回归模型,表明支持向量回归模型可准确地预测以及评估尾矿资源化利用制备水泥注浆料的抗压强度。本研究为尾矿在混凝土以及水泥等领域的资源化利用提供了基础。

基于集成学习的铁尾矿取代水泥的强度活性指数预测模型对比研究

金家胜

2024, 53(6): 252.

摘要 ( 39 )

PDF (2184KB) ( 160 )

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为准确预测铁尾矿取代水泥的强度活性指数(简称铁尾矿强度活性指数),基于试验数据,对不同集成学习方法建立的铁尾矿强度活性指数预测模型的预测性能进行评估,并与其他单一的机器学习预测模型进行对比。预测模型中所考虑的参数有水固比、颗粒尺寸、二氧化硅含量、氧化铁含量、氧化镁含量、氧化铝含量、氧化钙含量、三氧化硫含量、其他化学成分含量和铁尾矿掺量。结果表明:集成学习方法中,极端梯度提升模型的预测性能及精度最好,其次是直方图梯度提升模型、梯度提升模型,均要优于单一的机器学习模型(支持向量机模型和线性回归模型)。随机森林模型的预测精度优于线性回归模型,但稍逊于支持向量机模型。在实际应用过程中,可尽量选择含有三氧化硫、氧化铝、氧化镁和氧化铁的铁尾矿,因为相比其他物质,含有此类物质的铁尾矿有益于取代水泥,从而增加铁尾矿的强度活性指数。研究可为铁尾矿在基于水泥基材料领域的应用奠定基础。

基于宏-微观测试方法的铁尾矿-沥青界面黏附研究

崔亚宁, 司春棣, 李　松, 郭　彬, 崔巧萱

2024, 53(6): 261.

摘要 ( 43 )

PDF (2068KB) ( 151 )

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铁尾矿作为一种新材料加入沥青会产生新的界面,其与沥青的界面黏附性直接影响沥青混合料的路用性能。为揭示铁尾矿-沥青界面黏附的作用机理,通过X 射线荧光光谱仪、X 射线衍射仪、扫描电子显微镜等对铁尾矿砂的化学组成和微观形貌进行分析,运用改进的煮沸试验对沥青在铁尾矿表面的黏附率进行定量分析,并利用分子动力学模拟计算铁尾矿-沥青界面的黏附能,最后基于灰色关联法分析微观测试结果与宏观黏附率的关联度。结果表明:铁尾矿砂、石灰岩和玄武岩的主要化学成分、矿物组成差异较大,铁尾矿砂金属氧化物含量较高,表面存在金属光泽,棱角丰富,铁尾矿与沥青的界面黏附能及沥青在铁尾矿表面的黏附率介于石灰岩和玄武岩之间,微观测试结果与宏观黏附率的关联度排序(从大到小)为表观形貌、CaO+MgO 含量、钠长石含量、界面黏附能,可见此铁尾矿与沥青黏附性较好,满足工程要求。研究结果可为铁尾矿在沥青面层的应用奠定基础。

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