Abstract:

为解决深部进路开采扰动对巷道围岩稳定性影响的问题,以三山岛金矿为工程背景,结合FLAC3D数值模拟与现场监测数据,对比分析了不同进路参数和回采顺序下分段平巷与采场主穿巷道围岩破坏演化规律,并依据巷道位移及应力分布特征,对开采方案进行了优选.结果表明:进路开采扰动影响下,巷道顶板位移随开采进程的推进呈四阶段非线性增长,采场主穿巷道的位移普遍大于分段平巷,且不同开采方案顶板位移的最快增速阶段存在差异.采场主穿巷道及分段平巷的帮部应力集中程度均高于肩部,其中,分段平巷右侧应力增速明显大于左侧,呈现非对称特征.另外,采用上向进路开采时,采场主穿巷道应力会发生明显的阶段性突变,采用下向进路开采时,应力增长则较为平缓.进路宽度由4m 增大到5m 时,巷道应力及位移增幅较小,而进路宽度由5m 增大到6m 时,进路宽度变化对巷道稳定性影响显著.因此,综合巷道稳定性与开采效率分析,5m 下向进路开采方案更契合现场安全生产要求.现场监测结果进一步验证了参数优化的可靠性,研究结果可为深部巷道布置及稳定性控制提供参考.

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针对深部富水复合顶板条件下沿空留巷围岩控制难题,开展了支护设计与应力分析研究.通过分析复合顶板结构与富水环境对围岩稳定性的影响机制,指出了传统支护方式在控制持续变形及底板软化方面的局限性.提出了协同控制技术体系:采用长度为11.8m 的恒阻锚索进行三列垂直顶板支护,并结合双向聚能爆破切顶技术以阻断采空区侧向应力传递;在动压区设置“一梁四柱”式液压支架加强支护;在淋水段采用C20混凝土铺底与注浆锚索联合技术控制底板渗水软化.工程应用结果表明:该技术体系将围岩从剧烈变形至趋于稳定的时间缩短了40％以上;回风顺槽左帮最大累计收敛量控制在940mm 以内,底鼓量显著降低至660mm 以内.所提出的协同控制技术能够有效应对富水复合顶板的复杂地质条件,实现了沿空留巷的长期稳定控制.研究结果可为深部复杂地质条件下的无煤柱开采提供可靠的技术依据.

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针对深部高温矿井热害治理中动态掘进巷风温场时空耦合机制尚不明确的难题,构建了动态掘进过程三维非稳态传热模型,引入表征掘进速度的无量纲时间Fov与传统无量纲距离X ,建立温度场时空二元关系式Θ(Fov,X ),基于高斯牛顿法迭代反演得到掘进巷道无量纲温度的时空耦合关系,进一步揭示进风温度对热害调控的非线性作用机制.结果表明:无量纲温度随时间与空间的演化服从指数二次时变关系(平均相对误差MRE＝1.1％),温度梯度与距离呈正相关,与时间呈负相关;低温送风的初始降温效果显著,但长期通风后风流与围岩逐渐趋近热平衡,降温效率衰减26.3％,降温工程中需结合围岩热控制与局部制冷,以提高降温可持续性;进风温度降低会增强风温的非线性变化特征,使无量纲温度时空耦合模型的MRE 从1.10％(30℃)增至1.81％(20℃),但仍满足工程精度要求;近迎头区域风温响应最为敏感,当进风温度从20℃升至30℃时,近迎头区域总温升幅度较巷道出口区域高42.1％,以迎头风温阈值26℃为约束,得出了满足降温要求的动态设计进风温度Tdin(t).

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针对深部破碎围岩高品位矿体开采难题,以某铜金矿为工程背景,探索进路式充填采矿法的适用性.通过钻孔取芯、单轴压缩与巴西劈裂试验,结合Hoek-Brown及Mohr-Coulomb强度准则,获取了围岩与充填体的关键力学参数.随后,开展了上向与下向进路式充填采矿法的数值模拟研究,分析相应支护条件下的围岩位移特征,并结合技术经济指标进行优选.结果表明:上向法适用于矿岩稳固性较好至中等的矿体,而下向进路法更适用于矿岩极破碎、稳固性极差的矿体;两种进路式充填采矿法的围岩总位移量均较小,但受顶底板差异影响,位移分布不同.经济性对比显示,下向法采充成本较高(较上向法高4.01元/t),而其支护成本较低(较上向法低0.313元/t).综合考虑,推荐整体采用上向进路充填采矿法,仅在局部围岩高度破碎区域采用下向法开采.

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煤炭资源开采与利用过程中产生大量煤气化渣,其高效绿色处置是煤炭领域亟待解决的关键问题之一.通过正交试验系统,系统研究了煤气化渣膏体充填材料的工作性能与力学性能,并对比了其与现行标准规范的符合性.采用极差分析法确定最优配比为:渣膏比2.5∶1.5、灰掺比2∶2、浆料质量浓度76％,对应煤气化渣掺量为11.7％.采用静态浸出法对该材料进行了浸泡试验,检测不同龄期浸出液的水质指标.结果表明:浸出液各项指标后期趋于稳定,符合地下水Ⅲ类水质标准,满足地下水质量基本要求.利用F 值法进行水质综合评价,结果显示,不同浸泡天数的地下水质量等级主要为“良好”,虽随浸泡时间延长水质略有下降,但整体仍处于安全状态.与传统膏体充填材料相比,煤气化渣膏体充填材料成本降低16％,综合性能显著提升,为煤气化渣膏体充填技术的工程应用提供了重要依据,对实现煤基固废资源化利用与地下水质保护具有重要意义.

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针对中非铜(钴)成矿带部分地采矿山矿坑涌水量大、注浆堵水难等严重制约矿产资源安全开采的问题,以谦比希铜矿为研究对象,研发适用于该矿及类似大水矿山的高效封堵材料与工艺.选取非洲当地黏土、膨润土、某化学材料及国产超细水泥、尾砂5类材料进行室内试验,通过多组配比方案制备浆液,测试各浆液的物理化学性质(黏度、相对密度、析水率和塑性强度)、凝结时间及结石体抗压强度.结果表明,当地泥饼符合制浆要求,改性黏土浆液结石体7d抗压强度为0.11~0.69MPa,其黏度随水固比减小而显著增大,适用于大型地面帷幕、井筒帷幕等工程,可降低约30％的材料费用;当地膨润土满足制浆要求,水泥膨润土浆液结石体7d抗压强度为0.10~2.34MPa,在水固比≤2∶1时凝结时间随膨润土掺量增加而缩短,适用于深部难注岩层,在深部多层沙带区域较传统水泥浆可注性提高7倍;超细水泥浆液结石体28d抗压强度最高可达59.8MPa,其强度随水胶比增大而降低,适用于微裂隙及壁后注浆,可提升防渗性能,结石体抗压强度高;化学浆液通过调整GROUTEX掺量可实现瞬凝,结石体抗压强度达43.65MPa,适用于封闭不良钻孔,可实现瞬凝且强度大于43MPa,可防止井下揭露大水钻孔引发的突水事故;尾砂浆液析水率偏高,结石体7d抗压强度最高为9.7MPa,需进一步开展不同添加剂的改良试验.

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为解决某铜矿矿体正上方文物区及文物群受开采爆破振动影响的问题,对近地表开采爆破动力响应及参数优化开展了系统研究.首先,分析了地表文物区与矿体的关系,结合国内外爆破振动安全判据确定了最大允许爆破振动速度,并基于M.A.萨道夫斯基经验公式得出爆破安全允许距离内的最大单段爆破炸药量;然后,通过数值模拟对全生命周期开采中最靠近地表的1945m、2020m、2095m、2245m 四个中段进行爆破模拟,验证了最大单段爆破炸药量的合理性;最后,在井下代表性中段爆破时,于地表布置测点开展了爆破振动测试.结果表明,4个中段爆破的单段最大药量分别为745kg、390kg、172.5kg、10kg,均等于或小于允许的单段最大炸药量;2245m 中段爆破引起的地表振动速度峰值为0.5cm/s,大于其他3个中段,小于所允许的最大振速,爆破地震波对地表构筑物无影响.基于现场爆破振动数据构建了SSA-Elman神经网络Y 方向爆破振动预测模型,并与传统Elman神经网络模型进行对比,SSA-Elman神经网络模型预测值与实测值基本吻合,平均MAE 为0.01,验证了其准确性.研究成果为该铜矿其他中段爆破参数设计提供了依据.

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为满足当前非煤矿山风险分级管控与隐患排查治理双重预防机制信息化系统建设的需求,按照双重预防机制建设流程,基于“9＋X 风险辨识法”与“人本评估法”,采用“一平台、两端、三层次”的业务架构,开发了一套基于B/S架构的非煤地下矿山双重预防机制信息化系统.通过“平台＋终端”的数据协同,实现了矿山企业双重预防机制建设与管理工作的全流程精细化与智能化,有效推动了风险管控透明化与隐患治理扁平化.该系统在试点矿山推广应用结果表明,隐患排查治理达成率实现了100％,管理效率提升了90％,显著提升了矿山安全管理效能,促进了全员安全责任体系的落实,推动了安全管理的数字化转型,为非煤矿山企业安全生产标准化建设提供了有力支持.

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针对金属矿山深部开采面临的复杂岩溶水害威胁,亟须发展精细化帷幕截流治水技术及多维度效果评价方法.为提升水害防治效率并验证工程效果,以ZK铁矿为研究对象,结合物探与钻探超前识别岩溶通道,实施基于通道识别的精细化注浆工艺(动态调控压力2~4MPa、水灰比1∶1~0.6∶1);应用FEFLOW 软件模拟预测了帷幕截流前后地下水流场变化及矿井日排水量衰减效果(降至7984m3/d,堵水效率65％);构建出融合注浆量分析、水文监测、物探探查、检查孔验证及AHP定量评价的多维效果评价体系.结果表明:精细化注浆工艺有效封堵了复杂岩溶裂隙网络,矿区日均排水量由22984m3/d降至7770m3/d,减少15214m3/d,堵水效率达66.2％,接近于模拟预测值;AHP综合评价得分0.895(优秀级),其中排水率降幅(权重31.1％)和堵水效能贡献显著.该技术体系为类似金属矿山含水层保护与水害防控提供了理论支撑和可复制的技术范式.

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矿井工作面回采过程中对含水层产生扰动后易导致工作面涌水量增大,威胁矿井安全生产,对工作面涌水量进行准确预测,可以有效防止水害事故发生.对基于深度学习模型的工作面涌水量多特征预测方法进行了研究,结合涌水量数据特点及现场实际情况,选择“双含水层水位＋微震事件最大发生高度”作为特征数据,建立基于VMD-iCHOA-GRU 的矿井回采工作面涌水量多特征预测模型,同时在不同数量特征组合下、单目标情况下和不同工作面数据下进一步验证多特征模型的预测效果.结果表明:VMD-iCHOA-GRU 模型的涌水量预测结果的评价指标MAE、RMSE、MAPE 分别为53.56 m3/d、62.98m3/d、3.1％,均优于其他对照模型,其预测精度最高;多特征模型的预测精度均高于单因素模型和其他各类组合的单特征、双特征模型,且特征数据与研究目标间的相关性越强,越有利于提高预测精度;在不同工作面数据下该模型的预测效果均较好,验证了该模型具有相对稳定性和一定扩展性.研究成果为矿井回采工作面涌水量预测提供了新思路和新方法,对矿山防治水工作具有科学的指导意义和参考价值.

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随着露天矿开采规模扩张,边坡稳定性问题日益突出.精准预测边坡稳定性并提前防范,对实现露天矿安全高效开采具有重大意义.基于因子分析构建了鲸鱼优化算法卷积神经网络长短期记忆网络(WOA-CNN-LSTM)边坡稳定性预测模型.选取黏聚力、内摩擦角、边坡角、边坡高度、孔隙压力比和容重6个因素作为模型的判别指标,利用因子分析法消除6个指标间的相关性,降低数据维数,提取公因子.将提取的公因子作为WOA-CNN-LSTM 模型的输入,并将该模型应用于边坡工程实例中,验证模型的可靠性.结果表明,利用WOA 算法迭代更新寻找最优网络参数原理,对CNN-LSTM 网络进行优化,可有效克服CNN-LSTM 模型易陷入局部最优解、梯度下降影响边坡稳定性预测精度的问题,提高了模型的预测精度和泛化能力,同时为边坡稳定性预测提供了一种新思路.

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为保证露天矿山的安全运营,有必要对其所属边坡进行安全评价.以某矿山边坡为研究对象,采用有限元法建立边坡数值计算模型,分析边坡应力、位移和塑性区分布规律,并采用多种定量分析法计算边坡安全系数.结果表明,边坡最大位移、塑性区以及最小安全系数均靠近第三级边坡.以第三级边坡为评价对象,采用未确知测度理论构建单指标测度函数,借助熵权法确定指标权重,并采用距离判别法作为边坡安全等级的评价准则.研究结果表明,某露天矿山边坡评价等级为Ⅱ级,评价结果与数值模拟结果一致,证实了该矿山边坡处于较稳定的安全状态.对边坡风险区域进行加固监测后,露天矿山运营期间并未发生边坡事故,验证了未确知测度理论有限元法对边坡安全评价的可靠性和实用性.

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谦比希铜矿东南矿体赋存于浅变质岩地层中,围岩节理裂隙发育,在高地应力作用与长期采动扰动作用下,巷道易出现顶板破碎、锚杆松脱、锚网坍落等灾害.为解决现有管缝锚杆支护效果差、适应性不足的问题,针对矿体上、下盘破碎石英岩开展节理裂隙与岩石力学特性分析,基于典型巷道破碎变形特征,综合考虑不同锚杆类型的适用性与力学性能,提出采用树脂锚杆替代原有管缝式锚杆进行破碎围岩巷道支护,并运用3DEC数值模拟方法建立典型巷道模型,对比分析两种支护方案的位移控制效果与围岩响应特征.结果表明:综合RMR法、Q系统法、BQ法确定石英岩岩体质量等级为Ⅲ级;用树脂锚杆代替原有管缝锚杆进行支护,锚杆长度为2.4m,间距、排距均为1.2m;相比于管缝锚杆,采用树脂锚杆支护后,顶板下沉量下降8.4％,底板底鼓量降低4.4％,帮壁向内收敛变形得到显著改善,巷道整体稳定性提升.工业应用结果表明,树脂锚杆平均拉拔力为174.17kN,远高于设计值101.47kN,初支成本是管缝锚杆支护的2.75倍,补支率降至2.46％,补支成本降低约84％.研究结果可为同类巷道工程支护优化提供技术支撑与理论依据.

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掘进工作面是煤矿开采过程中瓦斯事故频发的区域,针对其浓度变化呈现出的强非线性及时空动态相关性特点,提出了一种融合科尔莫格罗夫阿诺德网络(KAN)与改进iTransformer的掘进工作面瓦斯浓度预测模型(KAN-iTransformer).首先,通过数据预处理和Spearman相关系数分析构建了瓦斯浓度预测相关特征数据集;其次,基于倒置Transformer结构将完整变量序列视为标记,并引入图注意力机制显式建模传感器网络的空间拓扑关联,增加了传感器之间动态依赖的有效建模;再次,利用KAN的可学习激活函数替代传统线性权重,提升了模型对多源监测参数间复杂非线性关系的表征能力;最后,提出了融合点预测与区间估计的分级响应机制,实现了瓦斯超限风险的超前动态分级响应.现场试验结果表明,改进KANＧiTransformer模型在单步预测中的MSE、MAE 和MAPE 分别为0.000307,0.012921 和2.321373％,明显优于iTransformer与Transformer两种对比模型;在多步预测中,改进KAN-iTransformer模型的MSE 为0.000913,较对比模型分别降低了63.7％与80.9％,展现出更好的长期预测性能,有效实现了掘进工作面瓦斯浓度的精准预测与动态预警.

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针对露天矿爆破粉尘治理成效不佳的问题,采用Fluent软件建立了露天矿台阶爆破流场几何模型,探究了不同风速条件下台阶爆破流场分布特征对爆破粉尘运移规律的影响,以确定水雾拦截技术的最佳爆破粉尘捕尘时间、水袋位置和水袋延迟激发时间.研究结果表明:风流在台阶处发生后台阶流动,形成高速湍流区和低速湍流区;随着风速增大,高速湍流区和低速湍流区的影响范围扩大,且贯通整个流场所需时间缩短,同时形成与台阶同高的结构涡流;风速一定时,在爆破冲击力、重力和稳定风流的综合影响下,爆破粉尘在短时间内发生显著的垂直向上与水平移动,随后其垂直向上移动受到制约,但其水平移动距离显著增加;当风速为2.4~4.4m/s时,粉尘在爆破后4s后的垂直移动和在爆破后6s后的水平移动显著,爆破后第4s的粉尘垂直移动距离约为30m,爆破后第6s的粉尘水平移动距离为22.6~23.5m,因此,确定最佳捕尘时间为爆破后4~6s,确定水袋的最佳位置为距离台阶坡底线15~24m,水袋延迟激发时间为Δt＝Tf－Ts.

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为系统揭示循环热扰动下围岩结构的多尺度响应机制,以山西某矿区致密砂岩为研究对象,构建了涵盖宏观物性演化、力学特性、微结构损伤与细观裂纹模拟的综合研究体系.试验结果表明,自然状态下砂岩的峰值强度为85.00 MPa,经8次0℃冷却循环后降至40.50MPa,降幅达52.35％;不同温度下,砂岩强度随循环次数均呈负指数型衰减规律.弹性模量在首次循环时即发生显著劣化,0℃条件下弹性模量降幅高达38.8％;经8次循环后,不同温度下弹性模量的整体降幅为39.3％~61.1％,破坏模式表现为“裂纹汇聚局部滑移结构松脱”的复合特征.扫描电镜结果揭示了热循环诱导的“粒间键断微裂扩展骨架解体”演化过程,基于离散元的细观模拟进一步捕捉了裂纹的起裂时序与拉剪分型特征,量化展现了结构损伤从边界向核心发展的演化路径.研究结果阐明了宏细观多尺度下温度循环诱发的岩石破坏过程,为矿井地热开发条件下的岩体稳定性预测与多场耦合模拟提供了理论依据.

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为探究不同加卸载速率下盐岩的能量演化规律与损伤机制,以国内某拟建盐穴压缩空气储能库的盐岩为研究对象,开展不同加卸载速率下盐岩试样的单轴循环加卸载试验,并采用力学试验、声发射监测与能量分析方法,探究其力学响应与损伤演化过程.结果表明:单轴循环加卸载条件下,盐岩呈现显著的黏塑性,加卸载速率越高,盐岩的抗压强度越低;随着加卸载循环次数增大,输入功持续递增,弹性能先升高后降低,耗散能持续增加并在后期占据主导地位;声发射活动与应力水平呈正相关关系,低加卸载速率下,盐岩内部以低能量、高频次的微破裂活动为主,高加卸载速率下,则呈现高能量、低频次的宏观裂纹扩展特征;盐岩的损伤演化可划分为初期缓慢、中期平稳和后期加速3个阶段,且加卸载速率越高,相同应力水平下盐岩的损伤程度越大.研究成果可为盐穴储能库注采速率优化、长期稳定性评估等提供参考.

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绿色矿山建设是矿业领域生态文明建设的核心抓手.在全面推进绿色矿山建设的背景下,探索可复制、可推广的制度化管理模式具有重要的理论和实践意义.采用制度借鉴和类比推理相结合的方法,剖析了非金属露天矿山采矿终了效果管控制度的核心内涵,系统分析了该管控制度的构建逻辑、实施路径与制度优势.研究结果表明:采矿终了效果管控制度弥补了矿产资源纵向管理传导体系中中间监管层次缺失的短板,通过以生态修复与土地再利用的终极状态为导向,系统指导矿山开采与修复全过程,推动矿山治理模式由后期治理向源头管控转变,标志着我国矿山治理范式实现了从被动响应到主动规划的根本性变革;借鉴国土空间控制性详细规划编制、实施及管理思路,创新性地提出构建专门针对矿山开采与修复全过程的采矿终了效果控制规划,为自然资源主管部门指导矿山各类方案编制提供管理依据与技术支撑;采用“一矿一策”方法研究济宁市不同类型非金属露天矿山的采矿终了效果,可有效指导矿业权科学配置、资源有序开采,促进矿山资源资产价值转化,协调资源开发与生态保护的关系,有力推动济宁市绿色矿山高质量建设发展.采矿终了效果管控制度可为全国范围内全面推进绿色矿山建设、助力构建美丽中国提供理论参考与实践借鉴.

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针对煤炭开采伴生的巨量煤矸石堆存所引发的土地侵占、土壤退化及环境污染问题,系统论述了煤矸石作为潜在土壤改良剂与矿区生态修复材料的资源化利用途径.煤矸石富含硅铝矿物、有机质及微量元素,通过微生物与水热活化改性技术处理,能够提升其中硅、钾、磷等关键养分的生物有效性,兼具环境友好与低能耗优势.研究结果表明,活化后的煤矸石能显著优化退化土壤的孔隙结构、增强其保水保肥性能、提升土壤有机质含量与肥力水平,并在促进土壤固碳方面发挥积极作用;在矿区生态修复方面,改性煤矸石成功应用于沉陷区复垦工程,同时可配制人工土壤,从而有效支撑植被重建与水土保持.利用改性煤矸石改良土壤和修复矿区生态系统,不仅为煤矸石的高值化、规模化利用提供了有效途径,在推动矿区生态重建、退化土壤改良及助力“双碳”目标实现方面也具有重要的实践意义.

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针对矿用新能源电驱装备在满载起步、坡道牵引、负载突变和长下坡制动等典型工况下测试验证不足的问题,基于PLC与上位机协同控制,设计了一套矿用新能源测功机电控系统.该系统可实现恒速运行、低速大转矩加载、负载突变模拟、VF分离分段控制、制动反拖及故障联锁保护等功能.以不同功率电机为对象开展台架试验,并结合某金属矿山新能源辅助运输装备进行现场应用验证.结果表明:系统恒速运行时,转速稳态误差在0.44％以内,转速波动在2.11１％以内;系统低速大转矩加载时,实际平均转矩与设定值偏差在2.22％以内,转矩波动在6.7％以内;负载突变工况下,系统最大转速降低为8.6％,制动反拖工况下,母线电压峰值低于保护阈值;急停、超速、过载等保护测试准确率达到100％,急停平均响应时间为0.12s.工程应用结果表明,该系统可为矿用新能源电驱系统出厂检验、检修复核和运维诊断提供了一种新的手段.

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为提升矿用挖掘机发动机在高强度复杂工况下的故障预测准确性与稳定性,构建了基于灰狼优化算法(GWO)优化支持向量机(SVM)的故障预测模型.通过采集潍柴WP14T型矿用挖掘机发动机实时运行过程中的关键工况参数,使用异常值检测与剔除、数据标准化等手段进行数据预处理,并采用皮尔逊相关系数法进行特征选择,构建结构合理、特征信息完备的样本集.利用灰狼优化算法对支持向量机中的惩罚因子与核函数参数进行自适应全局寻优,以提升模型的非线性学习和泛化能力.设计故障预测试验,在多种典型故障工况下开展对比验证,结果表明:GWO-SVM 模型在多类故障预测中表现出更高的准确性和更强的鲁棒性,在测试集上的预测准确率高达92.8％,较传统SVM 提高了9.9个百分点,在少样本干扰及数据波动条件下仍能保持稳定输出.

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为建立立式螺旋搅拌磨机工作性能预报模型并确定合理的模型输入自变量,从粉磨机理出发,采用单变量分析法系统研究了影响磨机工作性能的关键因素.首先,采用离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合方法建立螺旋搅拌磨机数值仿真模型,分析搅拌过程中研磨介质与矿浆的动力学特性,验证仿真模型的可靠性;然后,基于验证后的数值仿真模型,系统分析工艺参数(转速、介质填充率及矿浆质量浓度)与空间结构参数(底隙、侧隙及螺旋升角)对磨机工作性能(碰撞能、驱动扭矩及能量利用率)的影响规律,明确各因素与粉磨性能指标间的定量关系;最后,采用灵敏度分析法研究各因素影响性能指标的程度.研究结果表明,在满足粉磨效果的前提下,磨机空间尺寸设计与工艺参数选取均存在设计最优值,可达到粉磨性能与能量利用率的平衡点;空间结构参数对磨机能量利用率、碰撞能及驱动扭矩的影响程度强于工艺参数,其中螺旋升角是影响塔磨机粉磨性能的关键参数,可作为塔磨机性能预报模型的核心输入变量.

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为揭示颗粒运动机制及入料参数对滤饼水分分布的影响规律,基于欧拉多相流模型与煤泥颗粒多尺度特性,构建了板框压滤机三维动态压滤数值模型,系统探究了颗粒相、液相运动过程及颗粒沉积过程,分析了煤泥质量分数和滤室厚度对滤饼水分分布的影响.研究表明,细颗粒(＜0.1mm)受流体曳力主导,压滤初期(0~120s)出现流线弥散与“穿滤”现象,并在滤布表面形成体积分数占比接近80％的致密外壳;粗颗粒(≥0.1mm)以重力沉降为主,在滤室中下部聚集构成支撑骨架.入料煤泥质量分数对滤饼结构影响显著,低入料煤泥质量分数(30％)下细颗粒和粗颗粒分层,导致滤饼中上部出现“夹心”水分聚集;煤泥质量分数为40％时可实现颗粒均匀分布与高效脱水;煤泥质量分数＞50%时,因水流携带力减弱,颗粒同步沉降形成整体致密但水分分散的滤饼.此外,滤室厚度超过38mm 时,滤饼外层致密化与内部排水压力不足共同诱发滤饼中心出现“夹心”现象,且该现象随着滤室厚度的增加向滤室轴线偏移.研究成果可为压滤工艺参数优化提供理论依据.

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针对煤矿井下复杂环境导致液压支架防护板检测精度低、小目标漏检严重的问题,提出了一种改进YOLOv8n检测算法(CMH-YOLO).CMH-YOLO 算法首先在浅层网络引入SPDConv空间深度转换卷积模块,将空间信息编码到通道维度,以保留小目标细节特征.设计了轻量化C2f_MSA多尺度注意力模块,融合大核可分离注意力的长程依赖建模和高效通道注意力的自适应特征选择,使浅层网络能够同时捕获远近不同尺度的防护板特征.针对井下高粉尘环境造成防护板表面特征模糊和局部遮挡,构建了C2f_DRFE粉尘鲁棒特征增强模块,通过多尺度空洞卷积扩大感受野,从周围未遮挡区域获取信息,并配合可变形卷积自适应避开粉尘密集区域.同时,引入BiFPN 双向特征金字塔网络替代传统PAN-FPN,进一步提升模型的检测性能.最后,采用Inner-IoU 损失函数,利用辅助边界框机制提升边界框回归精度.在包含20045张标注图像的煤矿液压支架数据集上进行了试验验证,CMH-YOLO 算法的mAP ＠0.5达到97.9％、mAP ＠0.5:0.95达到81.4％、精确率达到93.8％,召回率达到94.5％,较基准模型YOLOv8n分别提升1.7个百分点、1.8个百分点、2.7个百分点和1.6个百分点,在提升检测精度的同时保持了模型轻量化.该算法有效解决了极端环境下小目标识别、多尺度适应与粉尘干扰等问题,为煤矿液压支架安全监测提供了可靠的实时监测方案,对预防顶板事故和保障矿工安全具有重要工程价值.

Abstract:

高海拔山地因地形地质条件复杂、生态环境脆弱、传统交通基础设施薄弱,严重制约了当地矿业经济的发展.为研究高海拔山地矿山运输方案,以西藏墨脱石锅原矿运输为研究对象,针对其高附加值、易碎损的特点,从技术可行性、经济性、安全性及环境适应性4个维度,对无人机运输、简易索道运输和胶带运输3种矿石运输方案进行对比分析.研究结果表明:在高海拔山地矿山运输这一特定场景下,无人机运输凭借其优异的地形适应能力、高时效性、低货物破损率及低环境影响扰动,可实现点对点运输;由于墨脱石锅原矿产能有限,无人机运输方案在前期基础设施投资与单位运输成本方面均优于简易索道和胶带运输方案,综合优势显著,是解决墨脱石锅原料出藏难题的较优方案;但无人机运输受空域限制与气象条件影响显著,空域申请周期长,管理严格,且该区域气象条件复杂,需严格执行飞行安全规范.

Abstract:

针对在超高海拔矿山严苛驾驶环境下,现有防疲劳预警系统精度不足95％、易受干扰等问题,研发了基于视觉与脑电(EEG)特征融合的疲劳检测系统.采用FastICA算法去眼电伪迹,提取脑电波能量比值及样本熵;应用YOLOX进行人脸检测,结合改进的PFLD算法提取眼状态、哈欠及头部姿态特征;设计了一种基于DＧS证据理论与SVM 的多源信息融合决策算法,有效整合视觉与脑电特征的概率分类结果.秘鲁拉斯邦巴斯超高海拔矿山的应用表明,基于多源信息融合的检测系统的检测准确率显著提升至97.6％,并能可靠捕捉关键疲劳特征.融合视觉与脑电特征可显著提升超高海拔环境下疲劳检测的精度与鲁棒性;D-S证据理论与SVM 融合算法是实现97.6％高精度的关键;该系统为高海拔矿山的运输安全提供了可靠的技术支撑,可降低事故风险约15％,同时,为极端环境下的防疲劳研究提供了新思路.

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露天矿山无人驾驶矿卡在运输过程中,其感知系统易受风沙、扬尘等恶劣天气影响,导致关键目标的检测与跟踪能力下降,进而引发目标漏检、误检以及停车等后果.为提升扬尘影响下无人驾驶安全高效感知技术水平,采用深度学习算法、点云数据处理技术及多传感器融合方法,提出了无人驾驶矿卡扬尘智能感知模型及方案,并开展了试验验证.在此基础上,确定了无人驾驶运行扬尘分级策略和依据,并将训练好的模型在测试集上进行评估.结果表明,预测平均交并比指标达到87.3％,其中灰尘类别的交并比达到了90.7％,表明感知模型对灰尘类别具有较高的识别精度,能够充分满足矿区无人驾驶对扬尘场景识别的需求.无人驾驶扬尘智能感知方案有效地提升了露天矿无人驾驶环境下的车辆感知能力,点云去除率达95％以上,提高了对环境的感知准确度和敏感度,为无人驾驶矿卡的安全运营提供了有力保障.

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为解决纤维增强尾砂胶结充填体(FRCTB)抗压强度预测精度不足的问题,基于文献收集的364组试验数据,提出一种基于加权残差机制的改进Stacking集成学习模型.模型采用6种异质基学习器与4种元学习器构建集成框架,使用河马优化算法(HOA)对基学习器参数进行全局寻优;通过5折交叉验证获取基学习器预测结果,并依据预测误差为各基学习器分配自适应权重;提取残差特征作为元学习器输入,设置6种单一模型作为对照开展横向预测精度对比;最后引入可解释性分析探究关键影响因素.结果表明:单一模型中,轻量梯度提升机综合性能最优(决定系数为0.8870);以支持向量回归(SVR)为元学习器的HOA-R-Stacking模型的性能最佳(决定系数为0.9470),其平均绝对误差和均方根误差较最优单一模型分别降低34.53％和33.94％.可解释性分析表明:纤维含量是影响FRCTB抗压强度的关键因素之一.研究成果为FRCTB抗压强度预测提供了有效技术手段,有助于提升充填体稳定性、降低矿山充填成本.

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鉴于湍流场特性及工艺参数对颗粒絮凝行为的影响,采用CFD-PBM 耦合方法,建立了基于局部湍流动能耗散率和矿浆黏度修正的颗粒絮凝动力学数学模型.在流场速度和絮团平均粒度分布试验验证的基础上,研究了给料体积浓度对深锥浓密机内絮凝行为的影响.结果表明,给料井内环形挡板上方湍流动能耗散率高于下方区域约两个数量级,且挡板下方湍流动能耗散率随着给料体积浓度的增加先增大后减小;絮团平均粒度随给料体积浓度的增大先增大后减小,中等给料体积浓度(10％)条件下絮团平均粒度较大;适当增加给料井长度可提升微细矿物颗粒的絮凝效果.研究结果可为湍动絮凝动力学建模及絮凝浓密工艺参数优化提供指导.

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为解决现有诊断方法难以捕捉矿山土壤质量的长期变化规律、复垦效果评估滞后、土壤质量诊断结果缺乏可解释性等问题,提出了一个基于Swin-Unet与梯度加权类激活映射(Grad-CAM)可视化技术的改进矿山复垦土壤质量动态诊断模型(IPSSUG模型).该模型通过Swin-Unet提取土壤图像原始特征,借助挤压和激励网络模块抑制噪声并突出关键特征;同时采用剪枝算法优化模型结构,降低计算复杂度;最后利用梯度加权类激活映射提高诊断结果的可解释性. 试验结果表明,PSSU 模型土壤质量诊断的准确率和精确率分别为96.11％、97.63％;IPSSUG模型识别速效钾含量的决定系数为0.983,土壤污染区域的识别率为98.40％,试验数据均优于对比模型,充分证明了该模型的可行性与优越性.此外,通过IPSSUG模型量化了主要影响因素与土壤质量指标的关联程度,提高了土壤质量诊断结果的可靠性,为矿山复垦土壤质量诊断研究提供了新方法.

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工艺矿物学分析表明,我国南方某低品位铅锌硫化矿中的有价矿物为方铅矿、闪锌矿和伴生的银矿物,其他金属硫化物以磁黄铁矿和黄铁矿为主.为实现铅、锌、银资源的高效综合利用,针对该矿石开展系统浮选试验,通过磨矿细度、铅浮选及锌浮选条件试验,确定了适宜的磨矿条件和药剂制度.采用铅锌优先浮选流程,铅、锌浮选均采用一次粗选、二次精选和一次扫选的流程结构.闭路试验结果表明,在磨矿细度为－0.074mm 占56.6％条件下,获得了铅品位为65.08％、铅回收率为91.32％、银品位为1323.80g/t、银回收率为79.28％的铅精矿,以及锌品位为41.70％、锌回收率为85.96％的锌精矿.该工艺实现了低品位铅锌银硫化矿中有价元素的有效回收,对同类资源的开发利用具有借鉴意义.

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阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)是矿业制砂领域应用最为广泛的絮凝剂,在其生产过程中掺入化合物的现象较为普遍,会造成APAM 絮凝性能劣化的问题.通过开展絮凝沉降试验,系统评估氯化钠(NaCl)等5种化合物掺入对APAM 絮凝性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及化学滴定等技术表征掺杂APAM 特性,结合成本效益分析量化掺杂行为的经济性影响.结果表明:APAM 在质量浓度为0.1％、掺量为24g/t时絮凝效果最佳;高掺量化合物(≥30％)会严重劣化APAM 的絮凝性能,其中NaCl掺量为50％时,污泥絮体中值粒径从95.3μm 降至41.3μm,降幅达56.7％,沉降时间延长至原来的2倍以上,导致废水处理效率显著下降;建立的固含量测定ＧFTIR-XRD-化学滴定联用检测体系可特异性识别掺杂成分.经济性分析显示,NaCl掺量为50％时,可使APAM 生产成本降至6150元,利润率为48.75％,研究结果可为制砂厂絮凝剂质量控制及水处理系统优化提供技术依据.

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在“双碳”战略目标深入实施的时代背景下,数字化转型与绿色创新协同发展成为矿业企业可持续发展的关键路径.以2015—2024年我国矿业行业A股上市公司为研究样本,系统考察了数字化转型对矿业企业绿色创新效率的影响效应与作用机制,并从地区层面验证了数字化转型同群效应的存在性及其对绿色创新效率的外生影响.研究结果表明:数字化转型对矿业企业绿色创新效率具有显著的提升作用,这一结论在经过内生性处理和稳健性检验后依然成立;在作用机制方面,数字化转型可通过优化资源配置效率、增强信息透明度及降低供应链集中度等途径,推动矿业企业绿色创新效率的提升,这种提升作用在供应链上游企业、国有企业和重污染企业中更为显著;矿业企业数字化转型存在明显的地区同群效应特征,且该效应可以显著促进矿业企业绿色创新效率的提升.

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在广泛寒区工程中,岩体的冻融破坏是一种无法忽视的自然灾害.为探究冻融环境对寒区岩体工程稳定性的影响,以寒区红砂岩为对象,开展不同冻融次数(0,10,20,30次)和不同饱和(0、20％、40％、60％、80％、100％)岩石的单轴压缩试验,并对岩样进行SEM 微观结构分析.研究表明:随着冻融循环次数和饱和度的增加,红砂岩的裂纹闭合应力σcc、起裂应力σci、损伤应力σcd、峰值应力σc和抗冻系数Kfm 均逐渐降低,内部损伤逐渐加剧;红砂岩试件破坏形态由斜剪破坏和张拉破坏逐渐向""X""形破坏转变,并伴有少量碎块剥落;循环往复的冻融作用致使岩石内部原有微裂隙扩展和新裂纹出现,揭示了砂岩在不同冻融条件下的损伤演化特征.研究成果可为寒区岩体工程的稳定性及岩石的力学性质研究提供一定参考."

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我国铁矿资源日益枯竭,其存在贫细杂等难选特质.传统阴离子捕收剂药剂用量大、药剂制度复杂、活性差.为解决这一问题,采用工业废胺经过加工后的表面活性剂(YTDB)作为阳离子捕收剂,对石英和赤铁矿进行了单矿物浮选试验以及矿物吸附机制的研究.结果表明,当十二胺(DDA)作为捕收剂时,在pH＝7、捕收剂用量为10mg/L的条件下,可以得到石英的回收率为78.36％,赤铁矿的回收率为12.57％,此时浮选差异性最大;当YTDB作为捕收剂时,在pH＝7、捕收剂用量为15mg/L的条件下可以得到石英的回收率为91.27％,赤铁矿的回收率为12.67％,此时浮选差异性最大,YTDB在浮选指标上明显优于DDA,并一定程度上节省了药剂用量.通过测试药剂与矿物作用前后的红外光谱、表面张力以及Zeta电位,发现YTDB在石英表面发生了吸附作用.

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为定量评价絮凝剂的絮凝效果及絮团孔隙结构的变化规律,引入分形理论,分析了ZYD、JYC-1、JYC-2和ZYZ四种絮凝剂的分形维数及絮凝效果.利用三维重构和CT切片分析了不同絮凝剂内部的孔隙结构,揭示了尾砂絮凝沉降机理.通过开展静动态絮凝试验,确定最优絮凝剂类型及工艺参数,并推导料浆底流质量浓度与泥层高度之间的关系.结果表明:ZYZ型絮凝剂的分形维数最大,为1.8423,絮凝沉降效果最佳;ZYZ型絮凝剂形成的絮团尺寸较大,沉降速度较快,且形成了较好的导水通道,浓密效果显著;通过静动态絮凝试验,确定了矿浆质量浓度20％、絮凝剂单耗20g/t为最佳絮凝工艺参数,计算出若尾砂底流质量浓度要达到70％,需要沉降的泥层高度为731mm.现场工业应用表明,浓密机放砂平均质量浓度为70％,泌水率≤2％,料浆流动性好,充填效果良好.

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为解决有色金属企业绿色发展能力指标之间的不相容性及指标赋权过程中未能充分考虑主观性与客观性的问题,提出了一种基于博弈论组合赋权改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估模型.首先,通过文献分析和咨询专家,构建了有色金属企业绿色发展能力评估指标体系;其次,分别采用遗传层次分析法和CRITIC法计算评估指标主观权重和客观权重,并依据博弈论理论计算综合权重;最后,运用非对称贴近度准则替换最大关联度准则,建立基于改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估模型,并进行实例研究.研究结果表明,评定等级与上一年的偏向程度均一致,验证了基于改进物元可拓模型的有色金属企业绿色发展能力评估具有一定可靠性和准确性.

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为充分发挥工业固废原料的碱激发反应活性,确定反应程度和形成的凝胶类型,优化提升碱激发胶凝材料的力学性能和耐久性,概述了Ca、Fe、S、Cl、Mg等元素对工业固废基碱激发胶凝材料的力学性能、耐侵蚀性能及微观结构的影响。结果表明,Ca、S在AACMs体系中的协同作用使反应过程复杂化,无钙/低钙AACMs的抗酸性能良好,而富钙AACMs容易在酸攻击下发生脱钙反应使得结构强度变弱;与富含硅铝钙元素的材料相比,较高的铁含量对AACMs的抗压强度和耐侵蚀性具有不利影响;ACCMs的抗氯离子渗透能力与其骨架的氯离子结合能力、体系内是否含有氯以及孔隙结构有关,同时碱性阳离子对ACCMs的氯离子结合能力和抗氯离子渗透能力也有显著影响。最后,探讨了碱激发胶凝材料所面临的问题及未来发展方向,可为进一步开展工业固废基碱激发胶凝材料的相关研究提供借鉴和参考。

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细粒含量对土体静态液化特性的影响机制较为复杂,且深受土体性质的影响.鉴于长江上游的攀枝花地区存在大量铁尾矿库,深入理解其静态液化特性对于确保尾矿库的安全至关重要.因此,为探究不同细粒含量对攀枝花地区铁尾矿静态液化特性的影响,采用固结不排水三轴试验,对细粒含量为0、20％、40％、60％、100％的铁尾矿进行研究,主要分析细粒含量对铁尾矿应力应变行为、静态液化潜势和临界状态线的影响.试验结果表明:细粒含量对铁尾矿的静态液化特性具有显著影响;铁尾矿抗液化能力随细粒含量增加表现为先增加、后减小、再增加的复杂趋势,在该过程中存在两个阈值,其阈值会随着围压的增加而减小;由临界状态线可知,攀枝花铁尾矿在细粒含量为60％时最易液化.研究可为深入理解攀枝花地区铁尾矿库的静态液化特性提供参考.

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充填配料系统的计量误差是影响充填体质量关键因素,为揭示由计量误差引起的质量分数和泵送剂掺量波动对充填材料工作性能影响的主效应、交互效应、显著性、规律和机理,并确定工业施工标准,基于水泥水化机理和泵送剂作用原理,利用响应面和方差分析法开展力学性能、流动性能和流变性能实验设计和实验结果分析。结果表明：(1)质量分数和泵送剂掺量的±1%波动主效应显著影响充填材料28d强度、稠度、塌落度、扩展度和平均黏度,交互效应显著影响28d强度、稠度和平均黏度,影响规律有正相关、负相关和先负后正；(2)质量分数和泵送剂掺量波动会导致充填料浆内自由水比例发生变化,从而影响充填材料工作性能；(3)质量分数波动范围应保持在78-79%,泵送剂掺量波动范围应保持在1%-2%。研究结果为充填配料系统建设和配料设备精度调校提供理论依据,具有重要工业生产指导意义。

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"针对矿用挖掘机发动机故障类别不均衡,导致故障诊断精度不高的问题,提出了一种改进的鲸鱼算法(WOA)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的矿用挖掘机发动机智能故障诊断方法.首先,利用递归特征交叉验证消除法(RFECV)对采集的挖掘机发动机故障数据的特征进行提取,删除不相关的特征.其次,采用Focal-Loss改进LightGBM 的损失函数,提出一种改进的WOA对LightGBM 的超参数寻优,构建新的诊断模型.最后,利用某矿山挖掘机发动机故障数据进行验证,并与常见的集成模型、调优框架和诊断算法进行对比分析.结果表明:所提出的矿用挖掘机发动机故障诊断模型IWOA-LightGBM 的准确率和F1分数分别为98.08％和98.53％,诊断性能较好,可为矿山机械设备的智能诊断提供参考."

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本文以尾矿和粉煤灰等固体废弃物为主要原料，通过添加不同含量的镉利用微晶玻璃制备技术成功制备出了CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS)系矿渣微晶玻璃，通过DSC、XRD、SEM和拉曼光谱等手段对掺杂镉的微晶玻璃析晶特性进行了表征；同时，对密度、抗折强度、热膨胀系数、维氏硬度毒性浸出试验（TCLP）进行了讨论。结果表明，随着镉含量的增加，析晶峰的半高宽逐渐增加，促进了微晶玻璃的析晶，但是主晶相并未发生明显改变；微晶玻璃内相关元素因为镉的加入发生了解聚效应，改变了玻璃的显微结构。除此之外，玻璃的抗折强度和维氏硬度呈强化趋势，通过TCLP检测，镉的浸出率最高为0.03037mg/L，远低于国家规定的危险废物最高浸出浓度。因此，添加镉制备微晶玻璃是一种解决固体废弃物资源化利用和无害化处理的可行办法。

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为解决阻化剂防火技术在应用过程中阻化材料渗透性差、渗流范围难以监测等技术难题,在研究的阻化材料中添 加具有渗润作用及荧光示踪作用的罗丹明B。通过接触角测定试验、真三轴煤体渗流试验、热重分析试验,对增润阻 化材料进行了渗润性能和阻化性能的相关测定。研究发现:添加罗丹明B可提高原有阻化液的渗润性能,并且仍具有优 良的阻化性能。当罗丹明B添加量在0.1‰时,其渗润、阻化性能最优,接触角相较于未经处理的煤样降低了40.56°,渗透率提高70％左右,干裂温度提升80.13 ℃,着火温度提高40.2℃.研究结果对渗润范围的快速表征及原位阻化工艺的发展具有积极的促进作用。

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基于厚硬顶板直覆型沿空巷道冲击失稳问题，以山东某矿63上06工作面沿空巷道为工程背景，采用现场实测、理论分析、数值模拟相结合的研究方法，分析直覆型顶板破断特征、释能机制及沿空巷道冲击失稳能量判别准则，阐明厚硬顶板直覆型沿空巷道冲击失稳机理。研究结果表明:厚硬顶板直覆采场“板-壳”覆岩结构失稳演化具有周期长、覆岩运移控制范围广及顶板破断动载突出的特征，相比一般巷道，厚硬顶板直覆型巷道受动载扰动影响更加突出；受直覆型厚硬顶板大范围悬顶影响，“板-壳”覆岩结构运动将会增加沿空巷道超前静载，同时会向下传递剧烈动载，两者共同作用使直覆型厚硬顶板破断产生超强动载，从而引起巷道发生冲击失稳；现场实例表明，直覆型厚硬顶板初次破断尺寸为58m，破断释放能量3.5×１107 J，传递至巷道的能量为8.9×105 J，周期破断尺寸为28m，释放能量为1.7×107 J，传递至巷道的能量为4.36×105 J，小于63上06沿空巷道临 界冲击能量1.25×106 J，表明常规条件下直覆型厚硬顶板初次破断或周期破断不会诱发巷道冲击失移；提出了“工作面匀速或低速开采＋直覆厚硬顶板深孔爆破预裂＋强化超前支护”的综合防控对策，并在煤矿现场进行了工业性试验。研究成果可对类似工程地质条件下厚硬顶板直覆型沿空巷道冲击失稳防控提供一定参考。

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采用 FLAC3D软件模拟分析了采空区矿柱的稳定性,发现充填治理采空区后,矿柱的稳定性显著改善.首先采用挖机干式回采＋造浆后管道输送的方式,将老尾矿库尾矿与破磨后的矿石一同进入再磨流程;然后通过增加深锥浓密系统和混凝土拖泵提高尾砂利用率,增加充填距离,优化改造现有充填系统;最后采用环形中深孔爆破回采顶底柱,以切割天井为自由面深孔爆破崩落回采间柱,遥控铲运机完成出矿.经过１a的现场工业试验,老尾矿再选获得 Au回收率为57％,年增净利润3471万元;矿柱回采率为70％~80％,新增2.4万t矿石量和97kg金属量,新增利润2965万元,经济效果显著.

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近年来,随着浅部矿产资源的消耗殆尽,我国地下金属矿山正向1500 m 以深以及年产1000 万t/a以上深井大规模开采方向发展.提升系统是矿山深部开采所必需的关键设备,现有的竖井提升技术难以满足我国深井大规模开采的需求.对摩擦式提升、多绳缠绕提升两个主要深井大规模提升的关键理论与技术装备研究现状进行了综述,并对各自技术优势与特点进行了剖析,提出连续提升、通过采选充一体化减少提升量、降低提升载体的重量占比是未来应对深部大规模开采提升需求的重点研究方向和发展趋势,以期为金属矿山深井大规模开采的提升系统提供新的解决思路和方法.

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深部超长工作面应力环境复杂,开采扰动诱发强矿震,威胁矿井安全开采.为探究超长工作面开采过程中矿震的时空响应特征及不同能级、不同区域的震动波传播规律,以麦垛山煤矿130608超长工作面为例,基于井下微震监测台网布置,采用理论计算、数据分析的方法深入分析.研究结果表明:超长工作面的微震事件主要分布在生产班及工作面超前100~300 m 区域,相同震动波传播速度下,微震能级越大,传播距离越大,而相同震动波传播距离下,微震能级越大,传播速度越大;相比较下,位于采空区震源处的震动波震动速度和衰减系数最大,超前工作面顶底板岩层区域震动波传播最快;进一步确定了震动波传播的主控因素和不同能级下震动波传播的衰减公式,并提出震动波传播的危险性判别方法,确定了震动波传播的危险速度为0.018 m/s,危险距离为120 m.

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为了有效地选别回收巴西某多金属铜矿石的中铜矿物和铁矿物,利用化学多元素分析、光学显微镜和矿物自动分析仪(MLA)等手段,对矿石的矿物组成、矿物赋存状态、矿物嵌布特征和解离特性进行了系统的研究.结果表明,矿石铜品位0.8％、铁品位25.39％;矿石中铜矿物以斑铜矿、黄铜矿为主,含少量辉铜矿孔雀石,矿石中硫化铜矿物集合体的粒度粗细不均,但细粒占比较高;铁矿物以磁铁矿为主,赤铁矿、菱铁矿和钛铁矿的含量较低,磁铁矿的粒度较粗,其中＋0.074 mm粒级占73.56％;脉石矿物主要有紫苏辉石、镁铁闪石、黑云母、斜长石、镁铝尖晶石、绿泥石、钙铝榴石、石英等.当磨矿细度为－0.074 mm粒级占70％时,硫化铜矿物集合体的解离度为66.94％,磁铁矿的单体解离度为81.97％.针对该矿石建议采用优先选铜,尾矿磁选回收铁的工艺对铜、铁进行综合回收.

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采场结构参数的合理选取对机械化程度较低、工艺改造困难的浅孔留矿法尤为重要.为确定浅孔留矿法采场结构参数,提出了联合岩体质量分级、Mathews稳定图法、数值模拟和现场可操作性评价等多种技术方法耦合的综合评价体系.以四川巴中某磁铁矿为工程背景,选取Q系统分类法和修正BQ分类法为Mathews稳定图法和数值模拟提供相应参数支撑,通过撬顶、平场和通风工序耗时评价Mathews稳定图法和数值模拟得出的极限采场结构参数.结果显示,开采矿体厚度为15 m 矿体时,基于Mathews稳定图法和数值模拟分析得到采场极限尺寸为15 m×50 m×50 m(倾向长×走向长×采场高),经撬顶、平场和通风等工序可操作性评价,采场极限尺寸优化宜为15 m×40 m×50 m.经实践验证,采场结构参数综合评价体系得出的采场结构参数可满足浅孔留矿法循环作业的安全性和连续性要求,经济效益明显提升.

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矿产资源绿色开发为当今矿业关注的重点和难点,胶结充填采矿法已成为目前广泛推广应用的技术之一,但缺少充填系统低碳等级评价体系.为准确评价矿山充填系统的低碳性,引入未确知测度模型,选取了10个影响指标,构建了单指标未确知测度函数,确定了基于测度函数的各指标的组合权重.通过将4座矿山指标实测数据代入测度函数中,计算了单指标测度矩阵,结合权重向量,计算了多指标综合测度,确定了山东某矿山全尾砂膏体充填系统的低碳等级为Ⅱ级,新疆、内蒙古和四川3座矿山的粗尾砂膏体充填系统低碳等级均为Ⅲ级.在此基础上,利用建立的低碳性评价模型对湖南某铅锌矿全尾砂膏体充填系统指标参数进行了优化并推广应用.结果表明,通过优化充填胶凝材料灰砂比、增大输送管径、加强易磨损区弯管耐磨度及定期翻转管道等措施,可以将低碳充填系统评分由68.23增至81.62,评分增长程度为19.62％,评价等级由Ⅲ级提升至Ⅱ级.研究成果对低碳充填系统研发和建设具有良好的借鉴意义.

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为了探究煤岩组合体受载失稳破裂和能量演化及损伤力学行为,基于数字图像相关(DIC)技术并结合自制“L”形试验模具,制备不同厚宽比的岩煤岩组合体试样并开展了多组单侧限压缩力学试验,探究煤岩组合体的力学特性和宏观破裂特征,基于薄板压曲理论,构建煤壁理论力学模型并分析煤岩组合体煤壁稳定性,进一步研究组合体能量动态演化规律及其损伤本构关系.研究表明:组合体的应力应变曲线主要分成4个阶段:初始压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段;随煤层厚度增加,组合体峰值强度和弹性模量逐渐降低,而峰值应变逐渐增加;试样破裂主要出现在煤层临空侧,当煤岩厚宽比小于1时,裂纹沿加载方向贯通整个煤层,而煤岩厚宽比大于1时,裂纹转移至煤层与顶板的交界面,呈小块状破坏;组合体煤壁失稳的临界应力随煤层厚度的增加而增加;随煤层厚度的增加,煤岩体的储能极限随之增加,能量释放系数先减小后增加,厚宽比等于1为拐点;基于Weibull统计分布密度函数,构建单侧限荷载下煤岩组合体的损伤本构关系,试验结果验证了本构关系的可行性.

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为解决沿空掘巷大煤柱资源浪费、小煤柱护巷困难的难题,以宏能煤业花草滩煤矿2104工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟与工程实践相结合的研究方法,对倾斜煤层开采扰动下小煤柱的合理宽度进行研究,给出梯形巷道沿空掘进高强复合加固支护方案.结果表明:基于岩体极限平衡理论得出煤柱宽度计算公式,并根据矿井实际数据得出煤柱宽度应大于3.35 m;巷道开挖后,侧向支承应力峰值会运移至煤体深部,其位置会随着煤柱宽度的增加而逐渐远离采空区,煤柱垂直应力峰值会随着煤柱宽度呈现先增加后减小,最终逐渐稳定的趋势;留设煤柱宽度为5 m 时,巷道变形稳定,变形量小,煤柱承受的围岩应力减小,煤柱中心无塑性区贯通.现场实践表明,留设5 m 煤柱,在采动影响段巷道采用“对穿锚索双向固定＋一梁三柱补强支护”的方案,在沿空掘巷段布置穿层锚索深部锚固的支护方案,沿空梯形巷道变形较小,可满足安全生产的需要,经济效益显著.

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分析了中国矿山安全中存在的问题,认为矿山生产环境、矿山技术设备和矿山生产管理是影响矿山安全的3个主要方面。提出运用先进的科学技术方法和建立健全高效的安全管理机制来加强矿山安全生产。

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为研究采煤机滚筒载荷特性,并实现载荷预测,以山西高河矿E2312工作面为工程对象,利用离散元多体动力学(DEM-MBD)双向耦合技术,构建截割耦合模型.数值模拟与工程试验的平均扭矩误差较小,证明通过双向耦合技术研究滚筒载荷的可靠性;利用希尔伯特黄变换(HHT),分析各载荷的时频特性,研究不同运动参数下总载荷时频特性;基于长短期记忆(LSTM),以数值模拟的载荷为输入样本,实现载荷预测.结果表明:采用DEM-MBD-HHT-LSTM 模型,可实现载荷特性研究和预测.通过时频特性分析发现,滚筒不同运动状态下各载荷具有辨识性和关联性;采用LSTM 算法预测载荷的准确度由高到低依次为总载荷、截割载荷、牵引载荷、侧向载荷.研究结果可为采煤机自适应调速策略提供参考.

Abstract:

针对中金岭南公司统计工作的难点,以及原有统计软件单机运行、集成性差、工作效率不高的状况,结合多元化经营的实际情况和精细化管理的要求,提出并设计开发了基于网络的中金岭南统计工作新平台,从技术上和流程上为企业统计工作实现精细化管理提供了有力支持。

Abstract:

微细粒煤泥具有粒度细、质量小、比表面积大的基本特征,针对传统浮选回收率低、选择性差的问题,提出了高剪切锯齿调浆强化微细粒煤泥浮选工艺,考察了锯齿调浆器结构参数对煤泥浮选效果的影响.通过捕收剂分散度测试、捕收剂吸附量测试、煤泥絮凝体粒径测试,探索高剪切调浆技术强化微细粒煤泥浮选机理.结果表明:对于锯齿调浆器,锯齿与隔板间的缝隙大小是影响浮选效果的关键结构参数,其他结构参数对浮选效果影响较小;同样操作参数条件下,高剪切锯齿调浆器最多可提升精煤可燃体回收率6.36个百分点,同时精煤灰分普遍低于普通调浆器;随着搅拌转速上升,捕收剂油滴分散度更高,有效提高了捕收剂在煤泥表面的吸附;对比普通调浆器,锯齿调浆器提高煤泥絮凝体粒径的能力更强,有效增加了浮选颗粒与气泡的碰撞效率.

Abstract:

生产矿山的配矿环节受多种条件的制约，作者在考虑各种配矿受限条件的基础上，用混合型整数线性目标规划方法研究了用于露放和地下矿编制短期生产配矿计划的数学模型，并论述了数学模型的解算方法。

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半连续工艺系统因其环节数量多，环节之间的配合及设备类型对系统生产能力的影响甚大。本文主要研究半连续工艺系统中环节配合与设备选型的问题，以提高系统作业效率及总产出能力。

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巷道工程的稳定是矿山生产的关键,巷道的变形破坏制约着矿山的生产,特别在高应力破碎软岩矿区,这一问题尤为严重。针对金川矿区的复杂地质构造条件,对影响巷道工程稳定的客观因素(地应力、地质构造、地下水、岩体时间流变效应等)和人为因素(开采扰动、爆破、巷道空间布置、支护方式等)进行了综合分析,提出了巷道优化布置和支护的合理建议,为矿山进行合理的巷道工程设计和施工提供科学依据。

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地形是区域自然环境的重要组成部分,数字地形分析为人们研究地表演化过程提供了全新的技术支持。基于1∶10000比例尺DEM数据,在数字地形分析的基础上,对平朔露天煤矿区原始地貌和人工堆垫地貌的高程-平面面积、高程-地表面积和地表水系结构进行了对比研究。结果表明,人工堆垫地貌较原始地貌高度增加20~100 m;面积随着高程变化而变化,相同高程情况下人工堆垫地貌的表面积要比原始地貌大。人工堆垫地貌较原始地貌的面积在海拔1475,1425和1350 m处变化幅度大;矿区地貌景观特征发生了巨大的变化,人工堆垫地貌呈塬面水平梯田形,顶上平坦,坡面为凸形;人工堆垫过程引起原始地貌地表水系的自相似性遭破坏,人工堆垫地貌出现了环形和放射状水系,现代水系格局尚未定型。

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从矿产资源开发利用的背景、方式与效应等方面,比较了我国西部与国外落后地区矿产资源开发利用的相同和不同之处,并得出对西部矿产资源合理开发利用的启示。

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为了加快地下矿山建设速度，扩大开采规模，提高经济效益，我国有色、冶金、黄金和化工等系统的众多地下矿山采用了进口或国产铲运机共900余台进行采场出矿和掘进出碴。在所使用的铲运机中，有64％为进口产品，不仅价格昂贵，且因关键件未国产化，无备件来源，导致数百台报废。80年代中期以来，长沙矿山研究院与有关企业合作，先后研制成功几种斗容2m3以下质量较好的小型铲运机，占领了国产铲运机70％以上的市场，解决了过去铲运机主要依靠进口的局面。但是，随着我国无轨矿山规模的扩大，原使用斗容2m3以下的小型铲运机已不能满足生产需要…