金属矿山

王伟澄, 黄明清, 刘青灵, 高　忠, 唐绍辉

2024, 53(8): 1.

摘要 ( 78 )

PDF (3082KB) ( 154 )

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矿岩自然崩落过程中初始崩落与持续崩落的作用机制影响崩落时空演化规律。为了研究拉底方向与拉底高度对自然崩落法矿山初始与持续崩落过程的影响,采用FLAC3D 数值模拟,开展斑岩型厚大铜矿拉底推进方向垂直或平行于最大主应力方向、拉底高度8~12 m 条件下的初始崩落条件、持续崩落条件、崩落体形态、崩落矿量的规律研究。结果表明,累积拉底面积与崩落高度呈二次函数关系;在发生初始崩落后,累积拉底面积与累积崩落矿量呈指数函数关系。当拉底方向一定时,崩落高度随着拉底高度的增大而增大,且拉底高度大时有利于提早诱发初始崩落与持续崩落,累积崩落矿量整体呈增长趋势。拉底方向垂直最大主应力时比平行于最大主应力时更易诱发初始崩落、持续崩落。研究结果揭示了拉底参数对矿岩初始与持续崩落的影响机制,可为硬岩矿山自然崩落法的基础研究提供依据。

赋存于软弱围岩下残矿回采方案优选

原绅师, 聂兴信, 远　洋, 孙锋刚, 罗小新, 娄一博

2024, 53(8): 10.

摘要 ( 45 )

PDF (2420KB) ( 131 )

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通过对不同位置的残留锶矿矿体特点的深入分析,针对顶柱采用房柱空场嗣后充填法、间柱采用阶段空场嗣后充填法的方案进行了研究,以确保对稀有金属锶矿的安全高效回采。同时,结合数值计算,进一步优化了残矿回采方案。研究结果表明:采用预留0. 5 m 厚护顶矿层柱、1 m 厚保安矿柱的回采方案,能够有效实现锶矿的安全高效回采;-150~-70 m 中段除去护顶矿层后顶柱总可采储量10 957 t,除去预留保安矿柱剩余间柱可采储量27 930 t;房柱空场嗣后充填法对顶柱进行回采,其回收率约85%,利润约3 000 万元;阶段空场嗣后充填法对间柱进行回采, 其回收率约80%,利润可达7 000 万元。通过合理配置顶柱和间柱的厚度既确保了矿体的稳定性又提高了回采的效率,极大地提高了经济效益。这一方案在解决软弱围岩下金属矿回采难题方面具有显著的借鉴意义。

矩形节理界面对花岗岩—混凝土组合体轴压细观力学行为影响

李庆文, 钟宇奇, 潘创创, 聂帆帆, 李　玲, 李涵静, 刘艺伟

2024, 53(8): 19.

摘要 ( 41 )

PDF (8034KB) ( 122 )

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岩体表面施工时会形成可观的随机不规则节理界面,而界面又是影响岩石—混凝土组合体稳定的关键。基于水平光滑界面的花岗岩—混凝土组合体材料单轴压缩试验,采用颗粒离散元程序PFC2D 进行建模与参数标定,考虑不同节理倾角与高宽比的矩形节理界面,利用正交设计方法,开展不规则矩形节理对花岗岩—混凝土组合体轴压力学行为的细观模拟研究。结果表明:随着节理倾角的增加,组合体峰值应力与弹性模量呈现出“V”字的变化趋势,节理倾角的增加对应力—应变曲线有着显著的影响,而角度一定时高宽比的增加会改变同角度时的峰值应力与应变;节理倾角的增加会改变裂隙的数量与分布区域,组合体的最终破坏模式也随着倾角的改变从压缩破坏逐渐转变为剪切滑移破坏,且贯通主裂隙集中在矩形节理的角点处,沿角点处向外扩展导致模型的最终破坏;建立了考虑高宽比、节理倾角的本构方程。

水软化作用下页岩微观结构和力学性质演化特性

罗攀登, 赵　兵, 冯禹菲, 张妹珠

2024, 53(8): 29.

摘要 ( 57 )

PDF (1602KB) ( 131 )

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在雨水或者地下水的浸泡下,页岩力学性质会大幅度降低,容易导致泥石流、隧洞塌陷、滑坡等灾害。以页岩为研究对象,通过微观岩石力学试验研究了水软化作用下页岩的微观结构和力学特性演变规律。研究结果表明:在浸水10 d 后,页岩表面粗糙度平均值和最大值分别增至259. 1 nm 和561. 9 nm。页岩主要由石英、绿泥石、伊利石和钠长石组成,其中绿泥石为层状硅酸盐。在水软化作用下绿泥石发生崩解并且释放晶层间膨胀力,导致页岩样品粗糙度增加。随着浸水时间的增加,高、中、低3 类强度矿物的弹性模量逐渐减小;低强度矿物的黏聚力呈现下降趋势,从16. 7 MPa 降低到6. 0 MPa,而内摩擦角随浸泡时间轻微波动,其平均值为42. 5°。

锚固界面剪切力学特征及参数优化试验研究

田　欣, 路燕泽, 陈彦亭, 于庆磊, 王社光, 曹永胜

2024, 53(8): 35.

摘要 ( 57 )

PDF (4306KB) ( 122 )

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为加强软岩巷道支护性能,改善锚杆支护设计及其参数,针对锚固系统中界面力学特征以及失效破坏模式进行试验探究,并利用FLAC3D 数值模拟方法,以锚固剂、锚固长度为研究参数,对围岩变形、锚杆受力以及塑性区分布规律进行分析、探究,确定科学合理的软岩巷道支护参数。试验研究表明:钢筋—锚固剂界面剪切力学性能,随锚固剂由M20 砂浆材料换为高纤维含量ECC-2%材料,其界面峰值剪切应力上涨了122%;当锚固剂—岩石界面黏结强度足够高时,影响其稳定性的主要因素即为岩石自身抗拉强度和内聚力;当采用锚固剂类型为ECC-2%且锚固长度为2. 2 m 的支护参数时,巷道顶板位移变形量、两帮位移、塑性区范围较优化前的方案分别降低了12. 9%、29. 15%、 20. 0%,锚杆最大轴力提高了95. 5%。研究结果为软弱围岩支护参数的优化提供了科学依据,并且对于类似工程的支护设计和优化具有参考价值。

不同裂隙几何特征岩石强度智能预测研究

王　娟, 吴禄源, 袁　超

2024, 53(8): 45.

摘要 ( 49 )

PDF (2327KB) ( 125 )

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基于不同裂隙几何特征岩石力学特性试验结果,综合考虑裂隙特征、围压、物理及力学参数之间的相互关系,构建了影响岩石强度特征参量数据库,利用随机森林算法建立了多特征参量影响下岩石强度预测模型,确立了岩石强度与参量的映射关系。结果表明:预测模型测试集和训练集准确率分别为76%和85%,岩石强度处于30~45 MPa 的Ⅲ类、46~60 MPa 的Ⅳ类预测效果最佳,样本预测准确率为100%;处于16~30 MPa 的Ⅱ类预测效果较好,预测准确率为80%;处于0~15 MPa 的Ⅰ类预测效果次之,预测准确率为71%。通过联合分布函数得出所选特征参量均具有一定关联性,可由简单物理试验和无损检测获取,且与岩石强度表现出较强的线性关系;模型分类训练计算表明围压和裂隙长度权重值分别为0. 294 和0. 263,是影响岩石强度较为关键的因素,其余参量重要度排序为纵波波速>泊松比>饱和质量>裂隙倾角>干燥质量>裂隙贯穿度>裂隙数量。

基于量化GSI 系统对地下岩体力学参数的估算

王社光, 于庆磊, 尹爱民, 贾淯斐, 杨志强, 马　宁

2024, 53(8): 53.

摘要 ( 35 )

PDF (1623KB) ( 117 )

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地下岩体力学参数的准确获取可以为破碎岩体支护设计、采矿方法优化提供一定数据支撑,对保护井下作业人员安全起着重要作用。为准确、便捷获得地下岩体力学参数,采用岩体结构等级SR、岩体结构面等级SCR 以及岩体完整性系数Kv 3 个指标,通过多指标交集定量化获取GSI 值,并结合地质强度指标GSI 与扰动参数D 之间存在的数理关系,量化扰动参数D,并应用Hoek-Brown 强度准则确定岩体力学参数。将实际地质调查结果与室内岩石力学试验相结合,估算某地下铁矿岩体力学性能指标,发现矿体力学性能明显弱于围岩约60%,表明需加强进路巷道以及矿岩边界处的支护强度,该估算方法对地下岩体稳定性优化设计具有重要的指导意义。

基于FLAC3D 的开采扰动下巷道稳定性研究

张　武, 赵兴东, 于文龙, 秦绍龙, 胡学平, 于梓丰

2024, 53(8): 59.

摘要 ( 57 )

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近矿体巷道围岩稳定性与开采扰动密切相关,本文以大柴旦矿业有限公司青龙沟北矿段深部西矿体及 3280 北风井回风巷道为主要研究对象,基于现场地质调查和室内岩石力学试验,对岩体质量进行分级和岩体力学参数进行估算;依据矿山生产计划,建立数值计算模型,分析位移规律及采动应力演化过程。结果表明:随着深部西矿体开采工作的进行,巷道变形整体较小,并向采场方向倾斜移动;随着开采深度增加巷道右帮、拱肩应力集中区域与顶板应力较低区域呈顺时针转动,在开采完5 个中段后后续矿体的开采对巷道周围应力分布影响较小;3280 北风井回风巷道及左侧斜坡道、二者间联络道出现了应力集中现象,针对千枚岩岩体质量较差应在全面了解该区域岩体质量后进行支护优化设计。

围岩松动圈理论在某矿巷道支护优化中的应用

帅　平, 陈俊智, 任春芳, 熊朝林, 卢林娟

2024, 53(8): 64.

摘要 ( 37 )

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云南某铁矿山深部巷道变形严重,巷道经多次反复支护后未达到理想支护效果,给矿山安全生产带来隐患。为优化巷道支护效果,确定合理的支护参数,基于围岩松动圈理论计算分析巷道支护现状,选取对支护影响较大的3 个因素设计正交试验,运用FLAC3D 软件进行数值模拟。结果表明:巷道变形破坏的原因为形成的围岩松动圈等级同支护参数间的不匹配所致;在锚杆长度、锚杆间排距、喷层厚度3 个因素中,喷层厚度对支护效果影响最大;在一定科学取值范围内,混凝土喷层厚度越大、锚杆长度越小、锚杆间排距越大,巷道顶板、两帮位移量越小,支护效果越好;最后,提出选用长1. 8 m 的锚杆、锚杆间排距1. 0 m×1. 0 m、喷射混凝土厚度100 mm 的最优参数对巷道进行锚网喷支护。

垮落带邻位矸石注浆渗流模型

熊咸玉, 欧阳一博, 戴　俊, 陈新年, 张　玲

2024, 53(8): 70.

摘要 ( 33 )

PDF (2953KB) ( 112 )

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为了提高垮落带邻位矸石注浆扩散范围的预测精度,基于渗流力学理论,考虑浆体性质、垮落带空隙结构及渗滤效应影响,构建垮落带邻位注浆渗流模型,分析浆体渗流三维非稳态扩散规律。引入浆体屈服应力随渗流距离变化的函数,推导出浆体扩散范围、堆积高度和注浆量计算公式,并进行数值模拟验证。研究结果表明:注浆渗流呈现低压扩散—纵向贯通—横向扩展的演化规律,其形态由椭圆体、圆柱体向截锥体变化。揭示了邻位注浆扩散机制,垮落带注浆扩散启停受屈服应力控制,当浆体屈服应力小于剪切应力时,浆体开始扩散。垮落带空隙率减小,渗流路径迂曲度增高,渗流阻力增大,浆体扩散距离减小。研究结果可为垮落带邻位矸石高效注浆提供理论参考。

中国XRT 智能预选抛废技术应用研究与实践

罗主平, 刘建华, 孙业长, 杨　婷, 杨　璐, 阳建国, 张文国, 周承丞

2024, 53(8): 79.

摘要 ( 63 )

PDF (1516KB) ( 530 )

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我国矿石资源普遍禀赋差,选矿成本高,但选矿工艺技术及设备研发水平较高。为了推动近年取得重大突破的高效大块预选设备———XRT 智能选矿机更好地服务矿山,提升矿山的生产力水平和经济效益,建设绿色生态矿山,在简要介绍了XRT 智能选矿机系统组成与分选原理、工艺技术的适用性及要求、工艺技术与设备的特点和优越性基础上,按矿种分类介绍了代表性矿山开展XRT 智能预选抛废研究与生产实践的情况。试验研究与生产实践表明:XRT 智能选矿机对矿种具有广泛的适应性,且具有分选客观、科学、精准、智能、节能、环保等特点;可以兼顾两种及以上目标矿物或元素的高效综合回收;应用工艺简单,对现场碎矿流程的冲击、干扰小;入选粒度粗,高度契合能抛早抛、能收早收理念;对薄、小、边、残、贫矿石资源的开发具有显著的扩能、降本、提质意义。并就XRT 智能选矿机的研发和工艺技术应用给出了7 点建议:解决分选粒度向上下拓展与分选效率、可靠性、稳定性和工艺的适应性问题,以实现多抛多收的目标;解决设备的大型化、系列化问题,以降低投资和生产成本,并方便现场配置和生产管理;研发三产品XRT 智能选矿机,为后续制定高效的选矿工艺和产品方案创造条件;制定全面、科学的矿废判定标准,以实现资源效益的最大化;支持并携手矿石选择性破碎技术共同发展,为预选创造更好的条件;科学制定包容其他预选抛废技术的高效抛废工艺,使抛废更彻底、工艺流程更简洁顺畅、技术经济指标更好;论证废石洗矿工艺替代筛分洗矿工艺或给矿洗矿工艺的科学性,以使全系统工艺流程更简单、生产环境更整洁、投资和生产成本更低。最后指出,除磁铁矿石外,其他铁矿石及非金属矿石的粗粒预选抛废,应用不断进步的XRT 智能预选抛废技术应是大势所趋。

基于机械解离活化的气化细渣炭灰分离浮选过程强化研究

孙华峰, 　牛福生　周　营　邢耀文

2024, 53(8): 93.

摘要 ( 38 )

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气化细渣作为煤化工行业典型的固体废弃物,其较高的未燃炭含量制约了资源化利用。浮选是气化细渣炭灰分离的有效方法,但未燃炭颗粒孔隙发达、炭灰组分相互粘连混合,致使传统浮选药剂消耗量大、效率低。为减小孔隙对气化细渣浮选的不利影响,采用棒磨和搅拌磨两种机械解离活化方式对陕西某气化细渣进行研磨处理,并通过扫描电镜、BET、压汞仪、总有机碳分析仪探究机械活化对浮选过程的影响机制。结果表明:在捕收剂煤油用量11 kg/ t、起泡剂MIBC 用量6 kg/ t 时,直接浮选可获得尾煤灰分64. 82%、可燃体回收率59. 92%的浮选指标,炭灰分离效果较差;在此基础上,使用棒磨机进行机械解离活化,浮选试验可使最佳尾煤灰分提高约15 个百分点,达到80. 09%, 可燃体回收率达到79. 95%,浮选指标优化显著;使用搅拌磨进行机械解离活化,浮选试验可获得尾煤灰分87. 48%、可燃体回收率90. 93%的优良指标,二者相比,使用搅拌磨进行机械解离活化,浮选试验不仅炭灰分离效果优于棒磨机,且其在减小粒径、破坏孔隙、减少药剂吸附效果等方面也优于棒磨机。因此,机械活化可显著提升气化细渣浮选的可燃体回收率及尾煤灰分,且搅拌磨的活化效果优于棒磨机,经10 min 研磨可获得90%以上的可燃体回收率;机械活化一方面实现了炭质组分与灰质组分的有效解离,另一方面破坏了1 000 nm 以上的较大孔隙结构,避免了浮选药剂在颗粒孔隙内的无效吸附渗透,增加了未燃炭表面疏水性的同时减少药剂消耗。

赞比亚卢安夏难浸铜矿石扼酸控杂浸出技术研究

刘亚平, 傅钰辉, 尹　君, 李　阳, 邓　洁, 孙春宝, 寇　珏

2024, 53(8): 100.

摘要 ( 57 )

PDF (1808KB) ( 130 )

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赞比亚卢安夏穆利亚希氧化铜矿石性质复杂,原采用常规加温搅拌浸出工艺处理,但浸出液中杂质离子含量高,影响了后续萃取—电积作业。为实现该矿石的高效清洁利用,开展了分支加酸扼酸控杂浸出试验研究。结果表明:在磨矿细度-200 目占70%、硫酸用量45 kg/ t、矿浆浓度40%、搅拌强度300 r/ min,浸出温度65 ℃的条件下, 对矿石进行常规浸出试验,铜的浸出率为80. 35%,铁的浸出率为8. 81%,锰的浸出率为39. 38%;采用分支加酸工艺, 在硫酸用量37. 5 kg/ t,各段加酸比例分别为30%、25%、20%、15%、10%、0,各段浸出时间均为40 min 的条件下,分支加酸浸出试验的铜浸出率为83. 29%,铁浸出率为7. 78%,锰浸出率为34. 86%。与常规加酸工艺相比,硫酸总用量减少了7. 5 kg/ t,铜的浸出率提高了2. 94 个百分点,铁和锰的浸出率分别下降了1. 03 和4. 52 个百分点;现场应用分支加酸技术,在铜浸出率不低于82%的前提下,吨铜硫酸用量降低0. 6 t,浸出液中铁离子和锰离子的浓度分别下降 0. 75 g/ L 和0. 70 g/ L;新工艺在不新增设备和药剂的情况下即可达到提铜降酸控杂的目的,有效降低了吨铜生产成本,提高了料液质量,可为实现同类氧化铜矿的高效清洁浸出提供新的研究思路。

抑制剂HS-1 在铜硫分离中的作用机理研究

王智聪, 徐宝金, 黄丽亚, 张　豪, 陈　波

2024, 53(8): 106.

摘要 ( 51 )

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铜硫浮选分离过程中加入大量的石灰抑制黄铁矿会有诸多弊端,如矿浆发黏、管道结垢、发生“跑槽”、降低金银回收率等,因此开发新型抑制剂实现低碱度条件下的铜硫分离具有重大意义。HS-1 是一种用于硫化矿浮选的选择性抑制剂,为研究HS-1 在铜硫分离中的作用机理,以黄铜矿和黄铁矿纯矿物为研究对象,进行了纯矿物浮选、人工混合矿浮选、接触角测量、吸附量测试和红外光谱分析(FTIR)等工作。浮选试验结果表明,在矿浆pH= 7、丁铵黑药用量9 mg/ L、2#油用量20 g/ t 的条件下,当HS-1 用量为150 mg/ L 时可使黄铁矿回收率降低至20%以下,而黄铜矿回收率保持在85%以上;接触角测量和吸附量测试表明,HS-1 作用可以大幅度减少丁铵黑药在黄铁矿表面的吸附量,并使黄铁矿表面亲水,从而降低黄铁矿的可浮性;红外光谱分析表明,HS-1 可以选择性地与黄铁矿作用,减弱黄铁矿表面因丁铵黑药作用而产生的特征峰,同时生成新的吸收峰,阻碍丁铵黑药在黄铁矿表面的吸附。因此,HS-1 可以选择性抑制黄铁矿,实现低碱条件下的铜硫分离。

煤基费托合成油的催化氧化及对贫煤的浮选机理研究

郭　舟, 刘文刚, 刘文宝, 王永伦, 丁盛院

2024, 53(8): 112.

摘要 ( 43 )

PDF (1714KB) ( 111 )

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为提升煤基费托合成油(CBFTSO)的附加值并拓宽其应用领域,以环烷酸锰为催化剂,采用催化氧化法对其开展了改性研究。在此基础上,以山西某洗煤厂的浮选入料为研究对象,通过浮选试验确定了适宜的氧化反应条件,并借助气相色谱—质谱联用分析(GC-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X 射线光电子能谱(XPS)和接触角测试揭示了OCBFTSO(最佳氧化条件下的产物)与煤的作用机理。结果表明,CBFTSO 的最佳氧化条件为氧化温度 120 ℃、催化剂浓度0. 1%、氧化时间12 h;在OCBFTSO、起泡剂(杂醇)用量均为50 g/ t 时,可获得精煤产率86. 59%、精煤灰分8. 64%的分选指标,与CBFTSO 作捕收剂时相比,精煤产率提高了约2 个百分点,精煤灰分降低了约1 个百分点。机理分析结果表明,CBFTSO 中的正癸烷及4-叠氮庚烷通过反应(链引发等)使OCBFTSO 中出现极性基(酮基),该基团会与煤表面的C—O 和O—C 􀰗 O 基团结合,提升煤表面的疏水性;使用OCBFTSO 降低了精煤中高岭石和石英的含量,故具有良好的浮选选择性。

江西某钨尾砂中微细粒钨矿物的回收试验

杨博皓, 胡海祥, 余策恩, 黄　文, 黄英海

2024, 53(8): 119.

摘要 ( 38 )

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江西某钨尾砂Cu 含量为0. 10%、WO3 含量为0. 15%,脉石成分主要为SiO2。为了回收钨尾砂中的微细粒钨矿物,进行了浮选试验。结果表明:试样采用1 粗2 精1 扫闭路浮选流程脱硫、1 粗4 精1 扫闭路浮选流程浮钨, 脱硫阶段采用丁基黄药+乙硫氮为捕收剂,浮钨以碳酸钠为调整剂、水玻璃为抑制剂、苯甲羟肟酸为捕收剂,可获得 WO3 品位16. 98%、WO3 回收率36. 28%的钨精矿,S 品位19. 33%、Cu 品位10. 20%、S 回收率46. 94%、Cu 回收率 54. 43%的含铜硫精矿,再选可有效解决现场微细粒钨矿物的流失问题,研究结果可作为现场工艺改造的依据。

大兴安岭南段乌苏图如地区锡多金属矿地质特征及找矿潜力

闫红圃, 李瑞强, 刘文毅, 孙国峰, 张得恩, 张沁妍

2024, 53(8): 124.

摘要 ( 81 )

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大兴安岭地区是我国重要的锡成矿带之一,乌苏图如地区位于大兴安岭南段,西伯利亚板块和华北板块之间的增生造山带上,属突泉—林西华力西、燕山期铁(锡)、铜、铅、锌、银、铌钽三级成矿带。为查明该区成矿规律及找矿潜力,通过综合开展1∶5 万矿产地质调查、1∶5 万水系沉积物测量、1∶5 万高精度磁测及1 ∶1 万地质草测、1∶2. 5 万土壤测量、1∶1 万地化剖面测量、1∶1 万激电中梯剖面测量、激电测深、槽探等工作,对区域成矿地质特征及成矿潜力进行了研究。结果表明:① 区内以锡、铅、锌、铜、银等内生金属矿为主,新发现矿(化)点21 处;② 1 ∶5 万水系沉积物测量圈出化探单元素异常438 个,综合异常57 个;③ 1∶5 万高精度磁测圈定规模较大的磁异常34 个,区内矿(化)点多处于正磁异常区与负磁异常区之间的梯度带上,是寻找多金属矿的有利部位;④ 矿床成因类型为热液型和接触交代型,主要成矿期为华力西成矿期和燕山成矿期,燕山期为锡多金属矿的主要成矿期;⑤ 区内矿产分布严格受控于地质构造、岩体以及地层,在横向分布上呈NE 向带状展布,由北向南共5 个矿带;⑥ 提交各类找矿靶区16 处,其中以锡为主要矿种或伴生矿种的找矿靶区7 个。

融合SBAS-InSAR 与CS-SVM 的矿区地表残余沉降预测模型

刘增波, 徐良骥, 张　坤, 刘潇鹏, 曹宗友, 徐　阳

2024, 53(8): 133.

摘要 ( 57 )

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煤矿开采地表残余形变可能对地表建(构)筑物、道路、地下管线等基础设施造成潜在威胁,有必要对其进行准确预测。融合SBAS-InSAR 监测方法,提出了一种布谷鸟搜索算法改进支持向量机回归(CS-SVM)的预测模型,利用2017 年11 月—2020 年6 月的60 景Sentinel-1A SAR 影像对安徽省某矿7221 工作面进行开采沉陷长时序监测,获取了该工作面回采过程中与停采后2 a 内地表年均形变速率与累计形变。结果表明:该工作面最大年均形变速率为-56 mm/ a,最大累计沉降为151 mm。利用水准测量数据对InSAR 结果进行验证,两者残差均小于5 mm,证明了两者具有较好的一致性。为比较优化前后SVM 预测模型的精度,引入平均绝对误差和均方根误差进行精度评价。结果显示:优化模型的2 种误差均在4 mm 以内,相比传统模型,误差分别降低了59%和60%,预测精度明显提高。研究反映出,所提模型具有较好的预测能力,可为废弃煤矿区防灾减灾提供参考。

燃料受限条件下矿区无人驾驶卡车路径最优化策略研究

张宏伟, 高亚男, 王　宇, 刘　磊

2024, 53(8): 140.

摘要 ( 35 )

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近年来,随着智能技术广泛应用,无人驾驶卡车作为新型矿区运输设备,因其具有安全可靠、精准高效等优势而被广泛应用于矿区物流中。然而,在实际矿山应用中,卡车的燃料供应十分有限,在一定程度上限制了无人驾驶卡车的运营距离和行驶时间。因此,寻找一种优化燃料消耗并提高运输效率的路径规划策略显得尤为重要。提出了一种优化燃料消耗的无人驾驶卡车路径规划策略,旨在优化燃料消耗并实现更高效的运输。建立了一个矿区车辆路径燃料消耗优化模型,该模型将燃料消耗与车速、卡车功率等因素联系起来,并考虑了矿区地形、道路条件以及各个加油站的位置和燃料存储容量等限制因素。在此基础上,通过改进的遗传算法搜索最优解,并通过交叉验证和灵敏度分析测试其优化的准确性。为了验证该策略的有效性和可行性,在一条典型的矿区路径进行了实际测试。测试结果表明:在相同的燃料供应下,与其他智能算法相比,所提出的优化燃料消耗的无人驾驶卡车路径规划策略可以有效降低燃料消耗,并且能够更高效地完成运输任务。此外,在不同的燃料供应情况下,该策略也能够根据实时条件变化进行快速优化,并得出最优解,具有一定的实用价值和应用前景。

基于多尺度特征匹配的矿井排水系统故障诊断算法

郭激光, 常树峰, 张文锋, 王　亮, 田坤云

2024, 53(8): 146.

摘要 ( 38 )

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矿井排水系统的高效运行对于煤矿生产具有重要意义,然而,故障的发生会导致排水系统运行异常,进而影响生产安全和效率。提出了一种基于多尺度特征匹配的矿井排水系统故障诊断算法。该算法首先通过传感器获取到实时的矿井排水系统数据,并对其进行预处理和特征提取。然后,采用多尺度特征匹配方法,将数据特征映射到不同的尺度空间中。在每个尺度空间中,通过构建特征匹配模型,将当前数据与已知的正常运行数据进行比对,以判断是否存在故障。为了提高故障诊断的准确性和鲁棒性,引入集成学习方法,通过集成多个尺度空间的特征匹配结果,并利用投票机制进行综合决策,最终确定矿井排水系统的故障类型和位置。研究表明:所提算法在矿井排水系统故障诊断方面具有良好性能,与传统方法相比,该算法能够高效地检测故障,有助于及时准确地发现和解决矿井排水系统问题,对于确保矿井安全生产具有一定的意义。

基于自适应Retinex 算法的煤矿低光照图像增强研究

葛君超, 王利鹏

2024, 53(8): 152.

摘要 ( 55 )

PDF (2097KB) ( 119 )

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针对煤矿井下图像由于光照不均以及粉尘等因素影响,造成采集图像亮度、对比度不足等问题,提出了一种基于自适应Retinex 算法的煤矿低光照图像增强算法。首先将图像分解为光照图和反射图,并采用Unet 网络提取多尺度图像特征,引入控制因子抵消多尺度带来的影响,有效提高了图像质量。然后将图像梯度作为调节因子,自适应调整多尺度算子,并引入重构损失和去噪模块抑制图像增强过程中产生的噪声。试验结果表明:所提算法在峰值信噪比和结构相似性方面优于部分现有算法,充分证明了该方法的有效性。

低信噪比微震P 波到时拾取与干扰信号剔除方法及应用

李思佑, 闭水劲, 董陇军, 张义涵, 杨清伟, 裴重伟

2024, 53(8): 158.

摘要 ( 43 )

PDF (2997KB) ( 111 )

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针对低信噪比和复杂微震信号P 波准确拾取困难的问题,基于P 波震相到达的时频特性,提出了一种协同离散小波变换(DWT)、自适应积分峰度拾取法(PAI-k)和赤池信息准则(AIC)的P 波到时拾取技术,同时,依据波形局部相似原理对微震信号中的潜在干扰波形进行自动剔除。为验证所提方法的有效性,开展了不同信噪比波形的到时拾取模拟研究和甘肃金川二矿区采场主动震源定位试验。结果表明:相较于传统方法,提出的方法在不同信噪比水平中的P 波初至点拾取准确性均为最高,其中,低信噪比下的拾取准确率超过了80%。此外,采用该方法处理的P 波到时数据,采场内主动震源的平均定位误差为6. 6 m,有效提升了复杂噪音环境中的定位精度。

缓坡上游式尾矿库固结变形及稳定性的离心模型试验

帅奕垚, 刘文连, 徐鹏飞, 汤明高, 眭素刚, 余大明

2024, 53(8): 166.

摘要 ( 33 )

PDF (7358KB) ( 116 )

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尾矿库溃决事故一旦发生,会给人类生命财产安全和生态环境造成严重的影响。为了探究尾矿库边坡闭库后的固结变形特点及其稳定性,以马家田尾矿库为工程背景,开展了天然和饱和2 种工况下的尾矿库边坡离心机模型试验。通过孔压及土压传感器获得了孔压和土压响应规律,并采用高速摄像机记录坡体加载全过程的变形影像,结合PIV 测速技术分析了坡体的固结变形规律。试验结果表明,2 种工况下的尾矿库边坡皆以固结变形为主,不会发生局部或整体失稳,仅有少量浅层的尾粉土因渗流作用被冲走。其中,天然工况的最大固结变形速率为2. 11× 10-4 m/ s,完成固结需要的时间为1 475 s。饱和工况的最大固结变形速率为1. 03×10-4 m/ s,完成固结的时间为2 106 s。在固结变形过程中,孔压随固结排水逐渐消散,土压之间的相对大小因水分的变化而发生改变,总体随离心加速度平稳增加,未出现应力突变现象。因此需要做好尾矿库的排水,可减少尾矿库的固结时间,从而进一步降低尾矿库失稳风险。

基于MatDEM 的露天转地下房柱法开采覆岩与边坡失稳规律研究

耿加波, 兰　祥, 李小双, 唐世斌, 周令剑

2024, 53(8): 177.

摘要 ( 31 )

PDF (4095KB) ( 108 )

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随着露天矿山转入地下开采,研究二次扰动后覆岩与边坡系统的稳定性显得尤为重要。以江西某大型露天转地下房柱法开采矿山为研究背景,使用MatDEM 离散元软件建立了数值模拟模型,计算并分析了房柱法开采扰动下覆岩与露天边坡的位移、应力以及动能等参数的变化规律。结果表明:随着开采空区形成,采场覆岩形成了以开采区域为中心的椭圆形应力降低区,该区域岩层发生了显著的破坏,并且沿着开采推进方向移动。采场顶板的应力变化随开采进程表现出应力集中—应力增大—应力重构—应力平衡4 个阶段。地下开采使得采场覆岩以及露天边坡产生了较大位移,覆岩的岩移面积和岩移动能均较边坡的更大,覆岩的变化表现出更加敏感的特性。研究结果可以为相似矿山的开采设计提供借鉴。

具有锚固缺陷的锚固锚杆结构动态拉拔性能数值试验研究

陆书灿, 于水生, 张鸿森, 赵庆祥

2024, 53(8): 183.

摘要 ( 33 )

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为探索动荷载作用下锚固缺陷对锚固锚杆结构粘结滑移性能的影响,分析锚固界面的粘结性能及损伤机理,阐明加载速率、锚固缺陷长度对锚杆受力的影响规律,本研究对含有锚固缺陷的锚固锚杆结构进行动态数值试验研究。结果表明:锚固锚杆结构粘结强度随加载速率的增大而增加,随锚固缺陷长度的增加而减小;当加载速率为 5 000 mm/ s 时,锚固锚杆结构的动态强度增长因子为3. 01,具有明显的加载速率效应。在锚杆拉拔过程中,随锚固缺陷长度的增加,锚固锚杆结构的峰值载荷呈现递减趋势,而界面剪切力呈增加趋势。不同加载速率下,随锚固缺陷长度的增加,锚固锚杆结构峰值荷载位移逐渐降低,锚固界面粘结强度也随之逐渐降低,锚固界面失效面积增加。

航测点云数据在矿山修复工程量复核中的研究与应用

垢元培, 张　鸽

2024, 53(8): 191.

摘要 ( 37 )

PDF (4262KB) ( 118 )

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矿山生态修复项目中工程量复核是工程质量的全方位保障,也是项目竣工验收的基础和前提。针对矿山生态修复项目工程量特点和复核工作需求,以边坡喷播面积、台阶土石方挖填方量和平场覆土量等3 项复核指标为研究对象进行工程量复核工作研究。本项目以无人机航测点云数据为研究基础,利用点云数据优势,结合矿山生态修复项目地形及工程特点,采用经验贝叶斯克里金法和优化的分区域三角网模型建立了完善的复核模型。通过与散点法和DSM 法进行数据精度对比分析,得出本研究方法精度高且能够满足快速精确的复核工作需求,具有良好的应用推广价值。

矿工安全行为的群体演化和干预策略研究: 基于多智能体仿真分析

王新平, 申　宇, 苏　畅, 孙林辉, 袁晓芳

2024, 53(8): 197.

摘要 ( 52 )

PDF (1916KB) ( 108 )

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随着我国多数矿山企业正实现从“系统智能化”向“智能系统化”的跨越,矿工群体逐渐呈现知识化、年轻化的特征。为推进矿工安全行为管理,结合后悔理论构建了包含情绪反应的矿工安全行为决策模型,并制定了考虑矿工风险偏好异质性的互动规则,通过多智能体仿真的方法,探讨了正念和警示两类事前干预策略下矿工群体安全行为的演化路径。结果表明,仅靠处罚这一事后控制手段并不能有效促进矿工选择安全行为;在事前干预策略中, 正念策略比警示策略更有利于促进矿工的安全行为,且这两种策略具有协同效应。此外,矿工之间的互动强度会影响安全行为决策,连结的邻居数量越多,邻居更新越快,矿工会越倾向选择不安全行为。最后,在陕西榆林某矿山企业开展了现场实验,实证检验了正念策略和警示策略对矿工安全行为的激励作用。

基于改进遥感生态指数的尾矿库及周边区域生态环境质量分析

何　柳, 赵　月, 刘　伟, 陈隽敏, 张　刚, 高　佳, 杨富淋, 孟　丹

2024, 53(8): 206.

摘要 ( 33 )

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以广西武宣三里沙安尾矿库及周边区域为研究区,整合实测数据与遥感数据,在兼顾尾矿库及周边区域植被、地表湿润程度、地表温度及地表裸露度和建筑用地信息的基础上,考虑了选矿厂、尾矿库及周边区域的土壤重金属污染情况,将土壤重金属污染指标纳入遥感生态指数RSEI 中,从而构建改进的遥感生态指数IRSEI,并结合移动窗口算法与主成分分析模型,构建了一种改进的遥感生态指数IRSEI_mw。结果表明:增加内梅罗综合指数有利于更精细地对金属矿区及周边区域的生态环境质量进行评估;相比于整体研究区,尾矿库内部生态质量整体较差,整个研究区内RSEI、IRSEI 及IRSEI_mw 的均值分别为0. 53、0. 52 和0. 58,尾矿库内三个生态指数的均值分别是0. 29、0. 27 和0. 22;相比RSEI 及IRSEI,IRSEI_mw 指数计算的区域生态质量结果的区分度有所增加,尾矿区内生态质量等级为差的区域范围大幅增加,尾矿区外部等级为优的面积大幅增加。总体而言,IRSEI_mw 指数可有效量化尾矿库及周边区域生态环境质量,有利于更精细地对金属矿区及周边区域的生态环境质量进行评估。

尾矿的特性、灾害及其资源潜力

王　昆, 张　峥, KAREN A. HUDSON-EDWARDS, 杨　鹏, 诸利一, 杨修志, 陈志翔

2024, 53(8): 216.

摘要 ( 55 )

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尾矿是矿石磨细选别后残余的固体废弃物,尾矿物理化学特性及尾矿库的常规地表堆存共同导致尾矿库存在较大的安全与环境风险。低品位矿体高强度开采趋势下,我国尾矿年排放量维持在10 亿t 以上的高位,累计堆存规模超200 亿t,细粒尾矿堆存方式、潜在灾害防治及综合利用面临新挑战,采选新技术装备及政策利好因素推动尾矿资源潜力亟待释放。因此,以尾矿物理化学特性、排放堆存方法、溃坝灾害、尾矿资源潜力为主线,综述了尾矿物理化学特性、尾矿堆存形式、尾矿溃坝灾害防治等方面的研究进展,系统梳理了尾矿空区充填、尾矿制备材料、尾矿二次利用、超积累植物提取金属元素、尾矿固碳等资源综合利用方法,可为研究者及工业界系统全面地重新审视尾矿废弃物特性、尾矿库灾害防治、矿产可持续开发利用提供启示。

金属矿规模化开采爆破污染物与爆破质量协同控制技术研究

侯华山, 顾新宇, 门雁翔, 吕现波, 谭豪男, 陈宜华, 杨　青, 李春英, 王晓南

2024, 53(8): 228.

摘要 ( 40 )

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金属矿地下规模化开采爆破量大,释放高浓度CO 和粉尘等污染物的炮烟对矿山生产安全带来不利影响。加大通风量和喷雾等常规炮烟治理措施效率低、通风时间长,严重影响生产效率。针对井下爆破质量与污染物协同控制的生产要求,以某铁矿采场为试验点,通过多组现场试验和Fluent 模拟相结合的方法研究水炮泥布置方式对爆破块度和炮烟中CO 浓度的影响,得出了水炮泥的协同控制布置方法。试验表明:① 采用1 卷水炮泥—炮塞—炸药的布置方式,炮烟污染物浓度减少20%~30%,同时爆破块度集中在6~ 10 cm,与未使用水炮泥的爆破质量基本相同; ② 炮孔底部增设1 卷水炮泥连接炸药布置,CO 浓度峰值降低35%左右,污染物控制效果较1 卷水炮泥提升较小,但爆破岩块集中在10~12 cm,爆破质量明显降低;③ 水炮泥数量的增加能有效提升污染物控制效果,缩短通风时间,但水炮泥同时吸收炸药爆轰带来的冲击力,减少矿岩体受压,使爆破块度增大,影响爆破质量。

露天矿破碎站卸料口粉尘运移规律研究

赵一迪, 聂兴信, 谢怡霄, 赵林海, 李宗利, 陈星吉

2024, 53(8): 235.

摘要 ( 34 )

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为揭示露天矿破碎站卸料过程的粉尘运移规律,优化降尘措施,以国内某露天矿破碎站为对象,实测粉尘浓度,收集粉尘并测定粉尘粒径与接触角,了解粉尘基本特性,并运用Fluent 软件建立破碎站卸料口几何模型,模拟卸料过程的粉尘运移规律,探究粉尘浓度与粒径、质量流率之间的关系。结果表明:卸料口周围的全尘浓度为43. 9~ 526. 7 mg/ m3,呼尘浓度为3. 6~32. 3 mg/ m3,污染严重;落尘样品的中值粒径为23. 016 μm;粉尘与水的初始接触角为 41. 28°,湿润性较强;卸料过程中,卸料口周围区域的粉尘浓度与粉尘粒径成反比,当粉尘平均粒径为2. 5 μm 时,监测面平均粉尘浓度最高,为538 mg/ m3;粉尘浓度与质量流率成正比。根据粉尘运移规律,提出安装卷帘、加设除尘器、使用微纳米气泡水为喷雾介质进行喷雾降尘,模拟分析了除尘器在入口风速为-16、-20、-24 m/ s 时的除尘效果,结果发现,风速为-20 m/ s 时的降尘效率为94%,治理效果最佳。研究结果可为矿山企业制定降尘方案提供参考依据。

聚合氯化铝对矿渣-锂渣碱激发胶凝材料的水化及微结构影响机理研究

陈忠发, 严　峻, 鲁　亚, 徐　伟, 施麟芸

2024, 53(8): 244.

摘要 ( 38 )

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为提高锂渣的综合利用率,探究了聚合氯化铝掺量对矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块力学性能、水化性能及微观结构的影响,并利用XRD、SEM、MIP 和水化量热仪测试了不同聚合氯化铝掺量下矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块的水化产物、微观形貌、孔径结构和水化放热量,分析了其作用机理。结果表明,掺入聚合氯化铝能够提高矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块的水化反应程度,尤其对早期水化反应程度的提高更为明显,并且缩短了矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块水化诱导期结束时间,促使加速期的温峰出现时间逐渐提前,与SL-0 相比,SL-3 加速期的放热峰值提高了46. 1%;矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块在水化过程中主要生成大量钙矾石(AFt)和 C-(A)-S-H,随着聚合氯化铝掺量增加,净浆试块的孔隙率和平均孔径减小,净浆试块结构变得致密,与SL-0 相比, SL-3 的平均孔径和孔隙率分别下降16. 1%和8. 9%,这是因为聚合氯化铝水解产生的铝羟基配合物以较高电荷和较大分子量发挥了电中和及黏结架桥作用,可对液相离子进行吸附和络合,从而促进矿渣-锂渣碱激发胶凝材料净浆试块的水化,生成更多水化产物,使得净浆试块的结构更加致密。

木质纤维碱激发地聚物胶凝材料的制备及力学性能研究

刘　旋, 万明宇, 施国栋, 许荣盛, 李成龙, 江　涛, 宣文竹

2024, 53(8): 252.

摘要 ( 32 )

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地聚物因其较低的碳排放、优异的耐久性和力学性能日益受到关注,但其普遍存在收缩大、易产生脆性破坏现象,限制了其推广和应用。为改善地聚物的收缩性,提高其强度,研究了木质纤维含量对粉煤灰—矿渣地聚物物理性能和力学性能的影响,并对其微观组织进行了分析。研究结果表明,木质纤维含量达12. 5 kg/ m3 时,地聚物试块养护28 d 干缩量为0. 58 mm,相较于不添加木质纤维的地聚物胶凝材料试块降低了52. 5%;木质纤维地聚物胶凝材料试块的抗折强度、抗压强度均随木质纤维掺量的增加先增大后减小,当木质纤维掺量为10 kg/ m3 并养护28 d 时, 其抗折、抗压强度最大,分别为6. 3、79. 8 MPa,抗折、抗压强度分别达到了普通混凝土试块的C60、C80 标准;掺入木质纤维可以显著提升地聚物胶凝材料试块的抗收缩性和力学性能,主要得益于其内在水分调节能力,在地聚物基体水化反应需要水分时释放储存的水分,维持反应连续性并促进产物形成,同时,高比表面积的木质纤维易与地聚物基体紧密结合,并使其成为增强相,从而在提高材料的抗收缩性和力学性能中发挥关键作用。

铁尾矿—硅锰渣—赤泥协同制备超高性能混凝土力学性能研究

杨圣飞, 李海艳, 滕　斌

2024, 53(8): 259.

摘要 ( 39 )

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选用铁尾矿粉、硅锰渣粉和赤泥作为矿物掺合料代替部分普通硅酸盐水泥,协同制备了2 种不同水胶比的超高性能混凝土,研究了掺入铁尾矿—硅锰渣—赤泥的超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)的力学性能,探究了铁尾矿粉掺量对UHPC 的抗弯强度、劈裂抗拉强度和抗压强度的影响。结果表明:① 水胶比较低的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度影响较大,对劈裂抗拉强度影响较小;② 水胶比较高的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度的影响与对劈裂抗拉强度的影响基本一致;③ 随着铁尾矿粉掺量增加,水胶比为 0. 20 和0. 25 的超高性能混凝土抗压强度降低,硅锰渣—赤泥组超高性能混凝土28 d 抗压强度最大降低幅度分别为 19. 2%和22. 9%。上述分析进一步反映出:① 铁尾矿粉在超高性能混凝土中的掺量不宜超过矿物掺合料总量的 40%;② 铁尾矿粉的掺加不利于超高性能混凝土的早期抗压强度提升,但适量掺加铁尾矿粉(20%)有利于超高性能混凝土后期抗压强度增长;③ 三参数模型系数相对于铁尾矿—硅锰渣—赤泥超高性能混凝土的抗压强度和养护龄期关系相对集中,拟合相关系数较高。

铁尾矿掺量对混凝土单轴强度的影响规律研究

刘宏泰, 李　薇, 李俊生, 焦宇浩, 任文渊

2024, 53(8): 265.

摘要 ( 44 )

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为了探讨铁尾矿掺量对混凝土单轴强度的影响规律,测试了不同铁尾矿砂掺量下混凝土3、7、28 d 龄期下的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗弯强度,并用强度变化率来评价铁尾矿掺量对混凝土强度的影响。研究发现在标准龄期时,抗压强度与抗拉强度在铁尾矿掺量0~50%区间内小幅降低,而抗弯强度在此范围内略微增强。最后通过回归分析,建立了强度与铁尾矿掺量、龄期的拟合预测公式,同时确立了抗压、抗弯以及抗拉强度的拟合关系, 拟合关系式的相关性良好。由此可直观地展示铁尾矿掺量对混凝土强度的影响,进而实现对铁尾矿砂混凝土强度的预测,为铁尾矿替代混凝土用砂的固废利用方式提供试验基础和技术支撑。

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