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    2024年第44卷第5期
    • 朱晨迪,朱胜利,江科,刘东锐,刘佳奇,陆锦涛,张芫涛

      2024,44(5):1-8, DOI:

      Abstract:

      某钼矿前期采用留矿法回采,采场内残存了大量的顶柱以及间柱。为避免资源浪费,对矿柱的回采方案进行研究。通过对比各采矿方法的经济技术指标。确定在矿柱上部为矿体的情况下,采用分段充填采矿法回采间柱;在矿柱上 部为充填体的条件下,采用预留顶柱的分段充填采矿法回采间柱。建议矿山在上一中段未充填的条件下采用分段凿岩并段充填采矿法回采顶柱。根据选取的采矿方案,通过数值模拟分析,对采场长度以及预留顶柱厚度进行了优化,分析了不同结构参数的采场周边围岩及充填体内的应力和位移分布,确定了采场长度为50 m 且预留5 m 厚的顶柱较为合理。矿柱回采方案的应用,可为矿山创造约470.52万元的经济效益。

    • 杜键,刘秀敏,邵勇,陈从新

      2024,44(5):9-18, DOI:

      Abstract:

      合理布置采场进路能有效控制地压和减少进路的变形破坏,提高矿山安全生产水平和经济效益。在对金山店铁矿张福山矿区-400 m 阶段进路破坏详细调查的基础上,选取即将开采的-500 m 阶段代表性矿段,考虑构造应力及陡倾优势结构面影响,采用数值模拟手段研究了方位角变化时的进路稳定性规律。研究结果表明:进路方位角与最大主应力间的夹角越小,岩石剪切破坏区体积越小,岩石剪切破坏主要发生在进路顶部;进路方位角与陡倾优势结构面走向夹角越小,节理剪切破坏体积越大,节理剪切破坏主要出现在进路的斜上方或侧边且破坏区域一般垂直于节理面;陡倾优势结构面加剧进路变形,引起进路较大的拱顶和边帮位移,且边帮位移大于拱顶位移,从而引起进路断面的大偏转变形。研究结果能为同类型矿山的进路布置提供优化思路。

    • 刘超,王亮,张帅,唐鸣东,万孝衡,严立德,盛佳

      2024,44(5):19-24, DOI:

      Abstract:

      为探究爆破对采场人工假顶稳定性的影响,采用LS-DYNA动态分析软件,对中深孔爆破对4.75m 厚的人工假顶的扰动破坏进行了数值计算。结果表明,在应力波自孔底向孔口方向传播的过程中,爆破应力逐渐减小,且在人工假顶中的分布均匀,衰减较快。 顶部留设0.5 m 厚的保护层后,人工假顶绝大部分单元的最大有效应力值小于充填体的塑性破坏强度,表明爆破作用对人工假顶的破坏较小。在某铅锌矿进行了现场爆破试验,并在人工假顶关键位置布设位移监测点,结果表明,中深孔爆破后,人工假顶和采场边帮无垮塌和冒落现象,顶板沉降位移较小,爆破效果良好。

    • 张兵,杨世兴,龚武田,王建栋

      2024,44(5):25-30, DOI:

      Abstract:

      某铜矿采用分段空场中深孔爆破落矿,为了提高爆破质量,基于利文斯顿爆破漏斗理论开展了单孔系列、变孔距多孔同段爆破漏斗试验,并以试验结果为基础设计了中深孔爆破工业试验,最终确定了有利于降低炸药单耗、改善爆破 效果的合理爆破参数.爆破漏斗试验得到的药包临界埋深为0.964 m,最佳埋深为0.470 m,最佳爆破漏斗半径为0.429 m,孔间距与最佳漏斗半径的最优比值为1.64;优化后的中深孔爆破孔底距为2.6~2.8 m、排距为2 m;中深孔爆破工 业试验过程中,将部分炮孔排距增加到2.2 m,大块率并未提高,爆破效果良好,实际炸药单耗从0.47 kg/t降低到0.39 kg/t。

    • 展卫露,高天宇,蔡泽山,李正明,张海云

      2024,44(5):31-36, DOI:

      Abstract:

      合理的爆破参数不仅能够有效降低采矿损失率、贫化率,而且对提升回采效率,降低采矿成本意义重大。针对理论计算、工程类比等方式确定的中深孔爆破参数现场适用性不强的问题,通过岩石力学参数测试、现场工程地质调查等, 对锡铁山矿区的矿岩可爆性进行分析,矿岩的普氏系数为4.4,岩体基本指标BQ 为334.6,综合评价锡铁山矿岩属于易爆类型;通过选取与锡铁山岩体参数相近矿山进行工程类比,结合爆破漏斗试验结果,对锡铁山中深孔崩矿参数进行优化,孔底距由原来的1.3~1.5 m 调整为1.5~1.8 m,排距由原来的1.3 m 调整为1.4~1.6 m。现场工业试验表明:爆破参数优化后,采场爆破效果良好,炸药单耗由0.42 kg/t降低至0.38 kg/t,降幅为9.52%,每米炮孔崩矿量由4.42 t提升至4.86 t,增幅为9.95%。

    • 郇宝乾,宋家威,张万忠,柴青平,王雪松,徐振洋

      2024,44(5):37-44, DOI:

      Abstract:

      为了更好地满足矿区现场爆堆块度实时高精度检测的需要,提出了一种基于深度学习的爆堆块体分割模型TAUNet(Transformer Aspp UNet),该模型在UNet的编码器和解码器中融入Transformer的自我注意机制,利用其处理大型特征映射,改善全局信息的提取,恢复在编码器中跳过的粒度细节。在骨干网络特征提取阶段,加入了ASPP空洞卷积模块,增强了模型对块体局部特征的融合.在爆堆图像分割的基础上,采用爆堆分层的方法获取爆堆的块度空间分布信息。结果表明:(1)TAUNet分割模型具有良好分割性能,模型训练评价指标骰子系数、交并比、召回率分别达到97.12%、94.61%、96.2%,均优于主流的语义分割模型,对现场爆堆块体有着良好的分割效果;(2)通过爆堆分层的方法可知肇庆某矿山西采区315~300 m 平台的爆堆块度空间分布,87.15%岩块粒径分布在0~0.6 m,9.9%的岩块粒径分布于0.6~1.0 m,大于1.0 m的大块占2.95%。研究结果能够为爆破效果评价的精细化、智能化发展提供参考借鉴。

    • 胡建昌

      2024,44(5):45-52, DOI:

      Abstract:

      在采矿作业中,岩体爆破块度分布对装载、运输及破碎成本有很大的影响。目前已知的预测爆破块度的方法很多,但没有一种方法完全适用于无底柱分段崩落法的爆破块度评估,其主要原因是地下环境的多变性以及缺乏充分表征岩体的数据。随着钻进装备的智能化发展,随钻测量(MWD)系统已成为提供更多现场岩体信息的重要工具。在某矿区无底柱分段崩落法采场,采集了17个爆破循环共175个钻孔的MWD数据,照片完整记录了每个爆破循环的岩体碎片。利用MWD数据将爆破前的岩体形态分为5种类型,利用平均块度指数X50将爆破后岩体碎片分为4类,研究了岩体类型与爆破碎片的关系,提出了一个无底柱分段崩落法爆破碎片预测模型.结果表明:完整岩体倾向于产生更细的爆破碎片,在完整岩体和轻微破碎岩体中,装药和爆破过程面临的挑战和不确定性较小,因此,可以更好地预测相应的破碎程度;岩体不连续性和爆破碎片大小之间存在正相关性,因此,不连续岩体倾向于产生更大的爆破碎片。

    • 崔红艳,张子禄,胡静,张荣国,王桐,王勇

      2024,44(5):53-58, DOI:

      Abstract:

      爆破振动速度是爆破设计需要考虑的的重要因素之一,然而在爆破振动速度预测中,BP神经网络超参数的确定依赖经验公式且具有主观性。为克服这种局限性,并提高振动速度预测精度,采用超参数优化算法TPE对BP神经网络进行超参数优选.以最大段起爆炸药量、炮孔深度、水平距离、垂直距离和炸药单耗参数作为输入量,建立了隐含层数量神经元数量为31个的BP神经网络(TPEGBP)预测模型,该模型的爆破振动速度平均预测误差为2.35%,最大误差为6.29%,与基于经验公式确定超参数的BP神经网络模型和传统的BP神经网络模型相比较,平均预测误差分别降低了23.26个百分点和4.24 个百分点,说明参数网络优化后TPE-BP预测模型能更好地拟合振动数据,其预测结果更接近真实值,可为爆破参数设计提供参考依据,从而有效地控制爆破振动。

    • 付吉顺,郑树衡,马驰,王艺,郭国龙,王培涛,陈天奎

      2024,44(5):59-65, DOI:

      Abstract:

      为了解溜井井壁在储矿、卸矿两种状态下的侧压力分布特征及差异,以海南石碌铁矿2# 主溜井为研究对象,基于Janssen公式建立了井壁压力与标高的关系,同步建立了溜井动态、静态压力监测平台,模拟溜井贮矿段储料及放矿过 程,监测压力变化特征,分析了静态及动态压力分布及差异,讨论了Janssen公式应用的局限性及问题,并结合研究结果提出了关键性建议。结果表明:随着测量高度的增加,井壁静态侧压力逐渐减小,动态压力值大于静态压力,动态井壁侧压力呈先增加后减小的趋势,在测点高度为1.26 m 时达到峰值为16.289 kPa,储料面附近最小,3.073 kPa.“超压现象”造成了动、静压力之间的显著差异性.Janssen公式基本能够描述井壁静态侧压力与测量标高的关系,但存在一定的局限性,源于卸矿冲击夯实作用、上覆矿岩压实作用、底部结构及矿岩压力等,这些因素造成储料内部压力、容重等参数小范围动态变化,造成Janssen公式模型产生计算误差.此外,在使用Janssen公式计算动态压力值时,应注意超压系数是一个与测点高度相关的动态值;提出标高为22~26 m 范围使用内套钢板混凝土井壁修复方式、储料高度应在30 m 以上、控制矿岩块度、匀速卸矿等工程管理建议,以确保2# 主溜井贮矿段长期稳定运行。研究结果对溜井井壁磨损评估具有一定的理论意义,同时有助于保障溜井矿岩运输连续性,提高溜井使用寿命。

    • 郑伯坤,石勇,黄腾龙,彭亮,郑博洋,尹旭岩,周晃,江科

      2024,44(5):66-73, DOI:

      Abstract:

      为解决钾盐尾矿尾盐与老卤难固结以及固结成本高等难题,开展了传统常规胶凝材料与尾盐的强度配比试验,分析尾盐的固结特性,根据尾盐的特性,研发了两种新型胶凝材料,并探究了新型胶凝材料在不同灰砂比和质量浓度下与尾盐的固结强度。研究结果表明,以氧化钙作为胶凝材料,当灰砂比较大时,其与尾盐混合后的固结效果差,试块抗压强度低,而随着灰砂比的降低,试块的最佳强度可达到1.20 MPa;氧化镁可以显著提升尾盐充填体的强度,试块28 d强度最高可达22.06 MPa;粉煤灰和钢渣作为胶凝材料时,尾盐和老卤无法实现固结,不宜作为尾盐的胶凝材料.1# 新型胶凝材料与尾盐混合固结后试块的强度偏低,最高强度仅达到1.20 MPa,不能满足充填体的强度要求,但其能降低充填体表面的粗糙程度;2# 新型胶凝材料在灰砂比为1∶8且料浆质量浓度为72%时,试块的28 d强度可以达到3.17 MPa;与氧化镁相比,当试块强度达到2.00~3.00 MPa时,胶凝材料的充填成本降低了50%以上。

    • 孙晓刚,师宏旭,景泮印,陈怀东

      2024,44(5):74-84, DOI:

      Abstract:

      金属矿山断层在采动作用下极易发生滑移破坏,严重威胁矿山安全生产. 基于FLAC3D 数值模拟,针对金属矿采动诱发断层滑移破坏的影响因素开展研究。结果表明:断层面上剪切位移及剪切应力具有明显的空间性;基于断层滑移危险指标可以定量评估断层滑移的不同风险范围;爆破扰动的次数、强度的增加以及频率的减少使断层滑移中风险范围不断增加,造成危险可能性也越大;采动因素对断层滑移高风险范围的显著性由低到高依次为:倾角、扰动次数、扰动强度、内摩擦角、扰动频率、矿体厚度。其中,矿体厚度和爆破扰动频率是影响采动过程中断层失稳活跃程度的主要因素。研究结果可为金属矿采动作用下的断层安全防控提供理论和技术支撑。

    • 李奥立,王沉,苟仁涛,李子臣,黄文

      2024,44(5):85-91, DOI:

      Abstract:

      针对青龙煤矿21606工作面上部坚硬顶板难以垮落造成工作面支架支撑压力过大的问题,运用理论计算、数值模拟、现场实测的手段,分析了工作面切顶前后的覆岩运移特征及切顶后的工作面支架来压情况,开展现场工业试验,验证了支架前方切顶技术卸压效果。结果表明:采用切顶技术能够切断坚硬顶板之间的联系,根据强制放顶断裂力学模型计算出了切顶后的第1层基本顶的初次断裂步距为27.3 m,第2层基本顶的初次断裂步距为50.3 m,相较于未切顶条件下,分别减小了4.3 m、8.3 m;采用数值模拟分析了上覆岩层的运移规律,得出最佳切顶高度为15 m;切顶后工作面支架平均支撑压力由36 MPa减小为36.5 MPa;切顶后工作面基本顶在开采50 m 后完全破断;根据来压规律,得出切顶技术实施间距为50 m。支架前方切顶卸压技术对减少工作面的煤壁片帮、增加采空区侧顶板垮落量、降低工作面支架压力等方面都有较好的效果。

    • 杨凯,刘健

      2024,44(5):92-97, DOI:

      Abstract:

      为研究地面钻井抽采对采空区煤自燃危险区域的影响,以某矿综采工作面为研究背景,现场利用束管监测系统和SF6 示踪气体,测定了采空区遗煤自燃危险区域和采空区漏风情况,并通过数值模拟研究了有无地面钻井情况下采空区自燃危险区域分布和地面钻井不同抽采量对采空区氧气浓度分布的影响.研究结果表明,采空区氧化带最大宽度为72.2 m,计算得出每日最小推进度为1.08 m;通过示踪气体测定风巷测点与地面钻井测点SF6 最大浓度之比为8∶1.数值模拟结果显示,地面钻井抽采使得采空区自燃危险区域范围增加,并且随着抽采量的增加,自燃危险区域随之扩大。

    • 乔威豪,安葳鹏,赵雪菡,吕常周

      2024,44(5):98-105, DOI:

      Abstract:

      为提高煤与瓦斯突出预测的准确率和效率,提出了一种基于数据预处理的多策略改进烟花算法(IFWA)优化极限学习机(ELM)的煤与瓦斯突出预测模型。 首先,针对于非线性多维特征数据,使用灰色关联度分析(GRA)进行特征选取,利用主成分分析(PCA)进行特征约简,将数据预处理后的数据指标作为模型的输入;其次,引入引力搜索算子和混合变异策略改进烟花算法(FWA)易陷入局部最优的问题;最后,利用IFWA 对ELM 的输入层到隐含层的权重和偏差进行优化,构建最优的煤与瓦斯突出风险预测模型。结果表明,IFWA-ELM 模型的RMSE 和R2 可达0.074,0.968,与ELM、GA-ELM、PSO-ELM 和FWA-ELM 模型相比均有所提升,IFWAGELM 模型对煤与瓦斯突出危险等级预测的准确率可达100%,具有更好的收敛速度和预测精度.研究成果可为煤矿瓦斯突出多数据融合预测提供可靠的理论依据。

    • 田坤,赵炬,吕兆海

      2024,44(5):106-113, DOI:

      Abstract:

      为了探究煤中孔隙结构参数与煤自燃着火温度之间的相关性,利用液氮吸附试验测试了4种不同变质程度煤样的孔隙结构与孔径分布,利用热重试验得到了煤的自燃着火温度和着火能力,利用Pearson相关系数法计算了煤的着火温度与孔隙结构关键参数之间的关联性。结果表明,随着煤变质程度的增加,煤孔隙的吸附能力、比表面积和孔体积均先降后增,介孔占比逐渐减小,大孔占比逐渐增加;随着煤变质程度的增加,煤的质量曲线和失重速率曲线向高温区移动,着火温度逐渐增长,自燃能力减弱。Pearson相关系数法的计算结果表明,比表面积、2~10 nm、10~20 nm 和>50 nm孔径占比与着火温度的相关系数分别为-0.853、-0.895、-0.910和0.921。煤中的大孔含量越低、介孔含量越高,煤的比表面积越大,与氧气接触更加便捷,着火温度越低,煤自燃能力越强.基于相关系数法的结果,建立了煤孔隙结构与着火温度的多元线性回归模型,得到预测值与真实值的相关系数R2 为0.853,拟合度较高,模型可用于预测煤的着火温度。

    • 甘建,王海川,王德明,鲍庆国,田志伟,徐超航,朱小龙

      2024,44(5):114-123, DOI:

      Abstract:

      为提高煤尘防治效率,通过表面张力、Walker沉降、扫描电镜、红外光谱等方法测试了十二烷基聚氧乙烯醚硫酸铵(ALES)、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(SLES)和十二烷基硫酸钠(SDS)3种表面活性剂溶液对煤尘的润湿性能及其在煤尘表面的吸附能力。构建了ALES、SLES、SDS分子模型和LRC模型,采用分子动力学模拟软件对分子结构进行几何优化和退火优化后,计算了不同表面活性剂在煤表面的静电势(EP)、氢键、密度分布,探究了水解离子、特殊基团对润湿煤尘的影响.结果表明:ALES溶液比SDS、SLES溶液具有更强的润湿和吸附煤尘的能力,这主要得益于ALES的水解阴、阳离子可渗入至低阶煤表面27?、35? 处,渗透能力较强;SDS 的水解阴、阳离子具有较大的EP 值,分别为-0.17759 a.u.、0.326 26 a.u.,使其周围水分子受到约束而难以在煤尘表面扩散;NH4+和EO 基团使氢键缔合的数量增加,增强了ALES的吸附能力,改善了其对煤尘的润湿效果。研究结果可为煤尘灾害的防治提供依据。

    • 刘学生,李国庆,李学斌,谭云亮,陈艾,范德源

      2024,44(5):124-134, DOI:

      Abstract:

      针对动载荷作用下围岩与托盘间作用力瞬间增加造成的托盘弯折、撕裂,支护失效等问题,设计了一种新型抗冲大 变形托盘。根据黏性阻尼系统理论,建立了动载荷作用下新型抗冲大变形托盘的振动力学方程,并使用Abaqus有限元数值模拟手段对比分析了不同冲击能量(2.5 kJ、5.0 kJ、7.5 kJ、10.0 kJ)下3种不同类型托盘的动力学响应特征。理论分析结果表明:新型抗冲大变形托盘具有较好的抗动载能力,且随着阻尼比增加,抗动载能力逐渐增大。模拟结果表明:在相同的动载荷作用下,与平托盘和拱形调心托盘相比,新型抗冲大变形托盘冲击力作用时间分别减少了39.29%和53.21%,残余应变量分别减少了72.35%和76.60%,能量吸收率分别增加了69.00%和3.45%,托盘最大变形量分别增加了514.5%和139.5%,抵抗动载能力大幅度提升。在不同动载荷作用下新型抗冲大变形托盘应变均较小,表明托盘主要依靠内部元件相互作用吸收冲击能量,而不是结构的不可逆变形,可以保证托盘的在动载荷作用下的结构完整性。

    • 陈龙, 李利, 孔德中, 崔道品, 刘勤志

      2024,44(5):135-141, DOI:

      Abstract:

      我国西南煤矿在开采过程中覆岩裂隙发育显著,开采扰动较强,围岩控制难度较大。为研究含裂隙岩石破坏机理,改善西南矿区围岩控制效果,采用单轴压缩试验结合DIC技术研究了裂隙倾角、裂隙数量等对类岩石试件力学特性、表面变形场、裂隙扩展路径的影响。结果表明:裂隙倾角由0°和90°变化至45°的过程中,岩石单轴抗压强度降低程度分别由12.47%和16.66%增至28.83%,单裂隙试件、双裂隙试件、三裂隙试件的平均峰值强度分别为完整试件的80.24%、69.07%、26.94%,单裂隙类岩石试件在单向应力下,常沿裂隙端翼出现裂纹扩展,多裂隙类岩石试件则出现与加载方向平行的裂隙。当单裂隙试件裂隙倾角为45°和60°时,试件最大主应变超过完整试件;在多裂隙试件中,仅双横向裂隙试件有此现象。此研究结果可为控制我国西南煤矿围岩稳定性提供理论依据。

    • 夏婷, 代张音, 蒙文富, 陈有成

      2024,44(5):142-148, DOI:

      Abstract:

      砂岩相似模拟试验在矿业、土木等领域中应用广泛,为确定砂岩相似材料的配比方案,应用正交设计方法,以河砂/重晶石粉、石膏/水泥、胶结材料/骨料的质量比设置3因子3水平正交试验,对不同配比的试样开展单轴抗压试验、环剪试验,测得每组配比的抗压强度、黏聚力、内摩擦角,研究各参数与正交设计3因子之间的变化规律.基于测试数据,得出以下结论:(1)砂岩相似材料的应力应变曲线与一般岩石的规律基本相同;(2)对单轴抗压强度起主导作用的是胶结材料与骨料比,试样破坏形态以拉伸剪切复合失效为主;(3)对黏聚力和内摩擦角起主导作用的是胶结材料与骨料比,环剪试样破坏后发生脆性断裂,且伴有碎石脱落.研究提供了9种相似材料设计配比,可根据需要选择合适的相似材料.

    • 杨国梁, 陈熙凌, 邹泽华, 董智文, 孟桩

      2024,44(5):149-156, DOI:

      Abstract:

      为了探究冻融循环条件下黄砂岩的动态抗压特性与能量特征,采用分离式霍普金森(SHPB)系统对冻融循环0次、10次、20次、40次的黄砂岩试件进行动态压缩试验,得到黄砂岩在冲击荷载下的动态压缩强度、能量耗散及破坏形态的变化规律。结果表明:随着冻融循环次数的增加,受冲击后的黄砂岩破碎程度提高;相同冻融循环次数的黄砂岩试件,动态抗压强度随应变率的增大而增大,拟合系数接近1,二者近似成线性正相关关系;相同冲击气压的黄砂岩试件,随着冻融循环次数的增加,其动态抗压强度先增大后减小,具有较为明显的冻融循环效应;试件的耗散能量随着应变率的增大而增大,同时耗能提升的速度也加快,两者近似成幂函数关系;随着黄砂岩所经受冻融循环次数的增多,耗散能量出现了先增后减的趋势,整体上呈减少的趋势,两者表现出负相关性。

    • 李庆

      2024,44(5):157-165, DOI:

      Abstract:

      针对西部寒区工程中冻融循环对裂隙岩石的作用,采用TDS-300型冻融试验机,对单裂隙红砂岩开展冻融循环试验,裂隙倾角分别为0°、45°和90°,循环次数设为0,20,40,60次。利用伺服万能试验机对冻融损伤后的红砂岩进行单轴压缩试验,并借助核磁共振技术(NMR)检测红砂岩冻融损伤特征.试验结果表明:随着冻融循环次数增加,红砂岩的弹性模量、质量、峰值强度以及孔隙度损伤变量呈现不同程度的增大。通过核磁共振技术,发现T2 谱图面积随着冻融循环次数的升高而增大,同时小孔发育缓慢,中孔前期较后期发育迅速,而大孔数量增加最多。此外,冻融循环次数越大,NMR图中白色斑点由边缘越向中心扩散,损伤面积逐渐增大,向内部深入。基于断裂力学,建立冻融荷载耦合作用下单裂隙红砂岩压剪断裂判据,明确压剪系数与冻融循环次数、裂隙倾角的关系式。该研究可为探索寒区工程裂隙岩体力学行为以及机制提供一定的防灾减灾理论支持。

    • 王文韬,闫国斌,黄磊,刘玉龙,汪志平,曾冰勇,杨向乐

      2024,44(5):166-173, DOI:

      Abstract:

      露天矿山回头曲线道路是影响矿岩运输的关键路段。为提高道路回头曲线路况水平,解决该处道路凹凸不平、车 辙深坑等破坏问题,以纳米比亚湖山铀矿为工程背景,分别计算、验证各个回头曲线处道路的路基强度、路面强度、超高设置,并结合生产情况提出相应管理措施。研究结果表明:地表钙结砾岩路基承载能力为1026.754 kPa大于其实际承受载荷825.0506 kPa,因此钙结砾岩路基无需换填;由路面厚度来表征道路强度大小,以各路段的车辆类型、交通量、道路设计为基本输入参数,Z1S3坑口、Z2S3坑口、6号排土场出入口回头曲线路面的最小厚度分别修正为231.91 cm、182.22 cm、185.53cm,Z2S2坑口回头曲线路面厚度不需调整;超高、车速、拐弯半径应满足tanα=v2/(Rg),且车速应控制在10 km/h,Z1S3坑口重车道与轻车道、Z2S2坑口重车道、Z2S3坑口重车道、6号排土场出入口重车道与轻车道的回头曲线超高分别修正为2.1∶100,1.6∶100,2.7∶100,3.3∶100,1.6∶100,2.5∶100;管理措施包含加强养护、规范驾驶、规范铲装三方面内容。研究结果在矿山道路安全性、使用寿命、运输效率、综合成本等方面有明显改善,可为国内外露天矿山回头曲线道路设计优化提供借鉴。

    • 张佳启,赵国贞,刘少炜,张普纲,赵建忠

      2024,44(5):174-184, DOI:

      Abstract:

      废弃矿井的处置是能源环境领域面临的一大关键问题,严重影响着全球资源开发与环境保护协调发展。为了更好地利用矿井废弃后遗留的大量资源,介绍了国内外废弃矿井现状以及废弃矿井资源化利用现状与特点,简述了废弃矿井的潜在危害,阐述了废弃矿井综合利用的内涵与关键科学问题,探讨了废弃矿井地热能开发利用、地下水资源精准利用、建设地下储气库等关键技术,指明了废弃矿井地热能资源勘察评估、地下水库煤柱坝体稳定性以及储水能力计算、地下储气库选址的技术难点,提出了废弃矿井资源化利用思路。研究表明,废弃矿井资源化综合利用在废弃矿井转型与可持续发展等方面具有广阔应用前景,可促进我国资源枯竭型城市转型发展。

    • 崔冰,赵辉军,段景文,魏威,谭丽龙,刘永春

      2024,44(5):185-193, DOI:

      Abstract:

      为解决自动驾驶铲运机路径规划的安全和效率问题,提出一种基于改进A? 算法的地下自动驾驶铲运机路径规划方法。该方法通过将A? 节点扩展限制在巷道骨架范围内,使得规划路径分布于巷道中央区域,并采用矿山的真实地图数据进行了对比试验和路径跟踪应用。结果表明,使用曼哈顿距离作为算法的启发函数表现最优,且相较于传统A? 算法,改进A?算法的规划路径更接近巷道中央、平均耗时减少约76.0%,在安全性和规划速度方面具有优越性.现场应用中,自动驾驶铲运机的平均跟踪偏差为0.26 m,能够根据规划路径安全抵达终点.研究结果可为地下矿无人驾驶系统的建设提供参考。

    • 张朋超,刘翔,刘家槟,陆海林,何秋芝,易泽邦

      2024,44(5):194-200, DOI:

      Abstract:

      针对露天矿山复杂地形环境下常规的运输路径规划方法易陷入局部最优、路径收敛速度慢、耗时长等问题,提出了 一种改进的灰狼算法,对无人矿车进行路径规划。考虑矿区地形坡度起伏变化的特点,通过建立坡度速度模型,将矿区栅格环境中矿车的速度引入到上下坡行驶状态转移规则中;构造一种结合正余弦变换的收敛因子,以更好地平衡全局和局部的搜索能力;将最优灰狼个体进行随机交叉扰动,加强狼群跳出局部最优的能力.仿真试验结果表明,在20 km×20 km复杂的矿区栅格环境下,改进的灰狼算法在规划平均路径和平均运行时耗上较遗传算法、正余弦算法和传统灰狼算法分别缩短了2.53%~4.77%和3.97%~12.32%.在寻优能力、收敛速度以及稳定性等方面均优于传统算法,研究可为智慧矿山建设中露天矿山无人矿车的运输作业工作提供借鉴。

    • 张鹏,赵腾跃,李元龙,刘勃龙

      2024,44(5):201-210, DOI:

      Abstract:

      岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)在泥岩地层掘进过程中,渣土易形成泥浆黏附在滚刀和刀盘表面,出现刀盘结“泥饼”现象,严重降低掘进效率。为了揭示结泥对TBM 滚刀破岩效率的影响,防止滚刀结泥,使用离散元程序PFC3D 模拟TBM 滚刀回转切割泥岩过程,计算了系统总能量E、弹性应变能Ee、摩擦能Eμ、阻尼能Eβ、动能Ek和黏结能Ea,从能量演化角度研究结泥条件下TBM滚刀破岩机制.随后分析了不同刀盘推力、滚刀刀刃角和刀刃宽度下的TBM 滚刀破岩过程中的能量特征,根据“累积热量和累积黏结能最低,且滚刀表面黏附的泥化物质量最小”的原则,对上述掘进参数进行优化。 研究结果表明,PFC3D中的黏聚滚动阻力线性模型可实现滚刀结泥过程;在结泥情况下,泥化物的形成将显著提高机械做功,消耗大量能量,降低滚刀破岩效率;提高刀盘推力可以促进泥化物的形成,导致刀盘升温,诱发泥化物黏附在滚刀表面。选用刀刃角为40°的V形滚刀,设最优刀刃宽度为13 mm,可减小滚刀结泥情况.研究结果可为相关工程中预防刀盘结“泥饼”提供理论参考。

    • 杨德传,彭志伟,刘浩

      2024,44(5):211-219, DOI:

      Abstract:

      针对不同硬度煤岩识别精度低的问题,基于煤岩截割试验并结合卡尔曼滤波算法和随机森林算法,提出了一种煤岩识别方法,利用截割装置对相似模拟试验中的1种煤层和5种不同硬度的煤岩组合体进行截割,采集6种截割工况的三相电机的三相电流特征信号和模拟截割滚筒与煤岩体接触面的红外热成像温度特征信号。结果表明:随着煤岩体硬度的增大,三相电流和红外热成像温度的峰值增大;截割同一种煤岩体时,三相电流和红外热成像温度会随着模拟截割滚筒与岩层接触面积的增大而增大。采用卡尔曼滤波算法对原始样本处理,再通过随机森林算法对原始样本和经过卡尔曼滤波算法处理后的样本进行分类对比。经过两种算法处理后正确预测的样本数量从1238个增加到1430个,煤岩识别精度从84.17%提高到99.38%.研究成果可为采煤机智能化精准割煤提供参考。

    • 郭栋梁,张延军

      2024,44(5):220-227, DOI:

      Abstract:

      针对传统煤矸石检测算法中人为提取煤矸石图像特征过程复杂、检测精度低等问题,提出了一种轻量化的PAM- M-YOLO 煤矸石检测模型。首先,使用MobileNetv3特征提取网络替换原模型主干网络,采用深度可分离卷积替换传 统卷积进行煤矸石图像的特征提取;其次,设计PAM 并联注意力模块提升目标检测网络层拼接后特征图通道和空间 信息关注度;最后,基于CAM 激活限制分支给模型添加先验信息,以降低模型在非关键特征上的局部坍塌。试验结果 表明,轻量化PAM-M-YOLO 煤矸石检测模型准确率、召回率、mAP值分别98.7%、97.5%、98.8%,较原M-YOLO 模型分别提升了3.6,2.3,2.0个百分点;参数量为3.8 MB,比YOLOv5模型降低了近1/2.热力图可视化效果表明,轻量化PAM-M-YOLO模型在检测过程中所关注的信息更集中于煤矸石区域,有效解决了模型在煤矸石区域的局部坍塌问题。

    • 胡林翠,张登云,徐明儒,张连军,陈淼,余洪伟,谭一帆

      2024,44(5):228-233, DOI:

      Abstract:

      以金川集团股份有限公司龙首矿井下燃油管道垂直输送系统为研究对象,结合矿山实际情况,搭建燃油管道垂直输送系统仿真模型,计算了不同流速下输油管道内各节点的压力分布,分析了阀门关闭过程中不同质量流量以及不同阀门关闭时间下阀前阀后压力分布,提出了矿山高井深燃油管道垂直输送系统抑制水锤效应的方法。仿真表明,加装减压阀和止回阀,降低质量流量和增加阀门关闭时间可以有效减小或消除关阀过程产生的水锤效应。

    • 张水平,熊思超,陈乐

      2024,44(5):234-242, DOI:

      Abstract:

      针对传统矿山安全信息化建设过程中存在的安全生产数据共享和流转不畅、系统单一、安全管理模式落后等问题,基于“风险分级管控、清单管理”的理论思想,引入人工智能、大数据等技术,分析研究了矿山全员安全风险管控平台的整体框架,针对某矿的风险和隐患管理、作业过程动态监控、矿山全员安全治理等关键问题进行了分析和研究,风险管控数字化平台可实现全员安全业务全流程覆盖,建立安全业务管理、生产全过程风险管控和监控、员工安全行为习惯养成等功能的综合安全信息平台,促进了矿山安全管理水平的总体提升。

    • 何湛,祁忠旭,孙大勇,李杰,肖舜元,宋水祥

      2024,44(5):243-250, DOI:

      Abstract:

      为深入研究锂辉石选矿工艺,改善我国锂矿战略资源受限的困境,对锂辉石浮选技术的研究进展进行了系统的总结和评述。首先概述了锂辉石的晶体结构以及影响锂辉石可浮性的因素;然后归纳了锂辉石脱泥和不脱泥浮选工艺的优缺点以及实际应用情况;最后重点介绍了锂辉石浮选药剂,包括捕收剂和调整剂的新进展及应用现状.指出了目前锂辉石浮选技术存在的问题,并表明在当前趋势下,基于矿物与药剂作用的构效关系研究,筛选和开发高效的浮选药剂是锂辉石浮选技术的主要发展方向之一。研究成果可为锂辉石浮选技术的实际应用和稳健发展提供参考和借鉴。

    • 湛景震,高志勇,范才兵,徐若杨

      2024,44(5):251-259, DOI:

      Abstract:

      萤石是一种重要的非金属战略矿产资源,广泛应用于氟化工产业、冶金行业、信息技术、新能源等多个领域。由于 萤石资源量有限,且分布不均衡,萤石资源的开发利用水平存在差距,解决萤石资源和萤石相关产业的供需矛盾,做好 萤石资源战略规划至关重要。为探究我国萤石资源战略规划,对我国萤石资源的分布现状、萤石的应用领域、萤石的选矿现状及萤石资源的进出口情况进行了调查研究。阐明了萤石资源的战略地位和重要价值,提出了我国萤石产业发展的战略规划建议。通过加强勘查力度、利用数字化技术建立萤石资源数据库、促成萤石上下游企业协同发展、推动萤石资源整合、加强科研攻关等手段,可以保障萤石资源的战略储备与供给,推动我国萤石产业绿色持续健康发展。

    • 刘铭,阳华玲,易峦

      2024,44(5):260-266, DOI:

      Abstract:

      湖南某钨多金属矿选矿废水含有硫化矿浮选药剂和氧化矿浮选药剂,废水中浮选药剂残留量大、水质复杂,现场采 用石灰沉淀工艺处理后能达标排放,但不能回用,枯水期严重缺水。针对企业选矿废水不能回用的难题,研发出以CR-2澄清剂及微电解氧化絮凝一体化装置为核心的高效絮凝澄清微电解氧化絮凝处理与回用新技术。结果表明,选矿废水经新技术处理后出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准,且回用于钼、钨浮选流程可获得与现场清水相当的试验指标,实现了选矿废水的有效净化和高效回用。高效絮凝澄清微电解氧化絮凝处理与回用新 技术能有效解决我国钨多金属矿选矿废水处理与回用难题,可为同类型矿山选矿废水处理与回用提供借鉴。

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    2024年第44卷第5期
    • 高志新, , 徐效栋, 陈玉, 李文林, 孙路路

      DOI:

      Abstract:

      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。

    • 左昊, 张广有, 周泽森, 李仕宾, 曲治,

      DOI:

      Abstract:

      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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    • 基于RSM的高浓度膏体充填材料配比优化试验研究

      张培森, 鞠照强, 胡昕, 许大强, 肖鹏, 徐泽林, 方家鑫

      Abstract:

      为优化充填材料性能的同时降低成本,开展充填材料配比研究。首先基于RSM-CCD法设计4因素5水平试验,构建粉煤灰质量分数A、水泥质量分数B、碳酸钙质量分数C、料浆质量分数D为因子,充填料浆坍落度、7d、28d单轴抗压强度分别为响应值的响应曲面回归模型,分析单因素及交互作用对材料性能的影响,最后,在满足性能要求的基础上寻求成本最低配比方案。结果表明:1) 高浓度充填料浆坍落度仅受线性单因素影响,交互作用对其无显著影响,坍落度随A、B、C增加先增大后降低,随D的增加而降低。2) 线性及交互作用对高浓度充填体7d、28d强度均有显著影响,高浓度充填体强度随A、B、D线性变化的变化趋势较低浓度未发生显著改变,随C的增加先减小后增加,交互作用AC与充填体强度不存在显著关系,AB、CD为一种因素的增加会促进另一种因素对28d强度的影响作用,其余交互作用为一种因素的增加会抑制另一种因素对28d强度的影响作用。3) 考虑性价比的充填材料最优配比方案为A=18%,B=10.9%,C=1.3%,D=84%,该配比方案满足膏体充填设计标准。

      • 1
    • 高应力条件下深部巷道受循环扰动诱发岩爆特征实验研究

      李占金, 李 群

      Abstract:

      深部工程爆破开挖等扰动容易诱发岩爆,为研究不同应力条件下深部巷道受循环扰动诱发岩爆的条件及岩爆特征,利用含直墙半圆拱形贯穿巷道的花岗岩试件开展真三轴扰动岩爆试验,分析深部工程岩爆的发生条件、岩爆特征、声发射演变过程以及岩石内部能量演化特征。试验结果表明:(1)扰动幅值大于10 MPa时试件会发生岩爆,扰动幅值每增加10 MPa,开始扰动加载到试件发生岩爆破坏的时间就相应的减少30%左右。扰动幅值越大试件破坏越剧烈,岩石表面产生的剪切裂纹也更多。(2)循环扰动对剪切裂纹的产生与扩展起到显著的促进作用。扰动不仅增加了剪切裂纹的数量,还加速了裂纹的扩展速度。(3)试件内部积聚的弹性应变能随扰动幅值的增加而变多。当试件发生破坏时,这些积聚的能量会迅速释放,导致试件破坏更加剧烈。

      • 1
    • 重金属镉对矿渣微晶玻璃显微结构与物理性能的影响

      马瑞, 欧阳顺利

      Abstract:

      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。

      • 1
    • 冷水循环下含孔洞页岩力学与破坏行为的双轴压缩试验研究

      李兵磊

      Abstract:

      冷水循环过程是自然风化和损害的关键因素。为了探究层状页岩在冷水循环作用下的力学特性与损伤特性之间的复杂关系,开展了双轴压缩试验,研究了层状结构和冷水循环对含圆形孔洞的页岩力学性能的影响,分析了页岩的破坏模式。试验结果表明,随着层理角度增大,页岩的强度曲线呈“V”字型,层理角度α=60°时最低。冷水循环后α=60°的页岩峰值强度降低38.55%。岩样在破坏时均表现出拉伸和剪切复合型破坏的形态,随着层理倾角增加,试样的破坏由贯穿层理的剪裂转变为沿层理面的剪裂。以上结论说明冷水循环和层理角度的耦合作用强化了页岩的强度和变形各向异性。

      • 1
    • 废石-风积沙胶结充填体细观力学特性研究

      熊博, 邢军,

      Abstract:

      废石骨料粒径分布与充填料浆灰砂比对废石胶结充填体的力学特性有显著影响。为探究二者与充填体力学特性的关系,开展充填体配比试验,构建颗粒流模型,分析废石胶结充填体单轴压缩过程中裂纹发育、力链演化和颗粒破坏的规律。结果表明:灰砂比越高,废石胶结充填体强度对骨料粒径分布分形维数变化的敏感性越高。胶结充填体中,骨料与胶结基质间的界面易沿骨料边界破坏,并沿该界面发展。随分形维数增大,试样中细骨料含量增多,剪切裂纹的占比增加。此外,分形维数越高越有利于胶结基质均匀分布,参与承载。

      • 1
    • 不良充填体间隔下盘区二步采场回采稳定性分析

      江飞飞

      Abstract:

      针对厚大矿体盘区一步采场回采边界欠规整、充填体质量差等问题,为了确保二步采场稳定和回采作业安全,开展了区域工程地质调查与分析,采用数值模拟方法对提出的二步回采方案进行比选,并引入破坏接近度FAI指标对二步采场回采稳定性进行定量分析和评价,结果表明:为降低二步回采对一步不良充填体的扰动影响,采取“增加回采工艺循环次数,减小单次回采结构参数”的总体思路是合理的,其中方案Ⅱ(高分层回采分层充填采矿法)对采场顶板和侧帮不良充填体的变形和塑性破坏控制效果最佳;二步采场区域绝大部分为低扰动~损伤区(FAI<2.0),侧帮局部破坏区最大深度为2.23m,方案Ⅱ回采扰动下二步采场总体稳定性良好。研究成果可为矿山类似条件下二步采场安全回采提供重要依据和参考。

      • 1
    • 酸性溶液侵蚀红层软岩流固耦合蠕变特性分析

      伊正男, 张树光,

      Abstract:

      为探究酸雨作用下风化红层软岩的损伤劣化和滑坡失稳机制,进行酸性溶液反复侵蚀下红层软岩应力-渗流耦合蠕变实验,分析岩石耦合蠕变力学行为及损伤演化机制。通过分析不同实验条件下岩石蠕变时间-应变曲线及水化学损伤前后岩石蠕变速率及渗透率相互关系,以此探究化学-应力-渗流耦合作用下岩石损伤劣化机理及影响岩石损伤主要因素。实验表明:水化学作用会对岩石三轴强度造成折减,最低降低幅度为36.31%,最高为48.03%,同时受水化学反复侵蚀作用后的岩石蠕变曲线发散性更强。不同水力条件下岩石损伤规律与应力水平呈现良好正相关性,水化学损伤破坏程度远高于渗流及应力作用破坏程度,受水化学损伤后岩石渗流及应力作用均会加剧岩石劣化损伤,高渗透压力作用下,岩石压溶效应更强,使得蠕变效应更加明显。同时引入化学损伤因子,建立包含化学损伤的应力-渗流耦合作用下的三轴非线性损伤蠕变模型,以此探究化学-应力-渗流耦合岩石内部损伤破坏作用机理,为灾害防治提供理论参考。

      • 1
    • 桨叶复合结构对充填料浆均质性的影响研究

      石勇

      Abstract:

      为实现料浆均质化充填,本文借助SolidWorks三维建模软件建立了涡轮式搅拌机模型,运用流体软件Fluent开展了不同桨叶结构对充填料浆均质性的影响研究,分析了不同结构桨叶下料浆的搅拌效果,揭示了料浆在不同桨叶扰动下运动状态及分布情况。结果表明:不同角度单桨叶搅拌桶内都会产生单个涡流,对形成均质化料浆有一定的扰动作用。经比较,60°桨叶兼顾径向搅拌能力和轴向输送能力,其搅拌效果优于45°和90°桨叶。而上下正反斜60°组合式搅拌叶片形成了独有的上下双涡流,有极强的剪切和轴向输送能力,相比于60°单桨叶其搅拌效果显著增强,加快了料浆的均质化。

      • 1
    • 深部硬岩矿山非规则岩样点载荷强度测试与应用

      李德贤, 弓昊

      Abstract:

      针对深部高地应力矿山节理裂隙发育程度高、钻孔岩芯饼化现象频发,造成岩体质量降低、完整性程度差、现场钻孔取芯较为困难等问题,选取金川二矿610m主斜坡道爆破后的非规则岩样进行点载荷试验,获得不同岩石的点载荷强度。试验结果表明:非规则岩样修正后的点载荷强度Is(50)服从正态分布,对比分析不同计算方法和修正方式下,试验数据的标准差?与变异系数?,确定出闪长岩的点载荷强度宜采用等效直径(线性修正)法求解,花岗岩的点载荷强度宜采用加载间距法求解;非规则岩样的点载荷强度Is与形状系数?、加载间距D之间呈现明显的幂函数关系,以Is的相对偏差?≤20%作为选样标准,确定出闪长岩与花岗岩?、D的取值范围;确定了非规则岩样修正后点载荷强度Is(50)与拉、压强度?t与?UCS之间的关系,可用于快速估算围岩强度,为岩体质量分级与巷道支护方案确定提供重要依据。

      • 1
    • 磷矿巷道岩爆风险的可视化及特征增强研究

      秦沛强, 卢永雄

      Abstract:

      岩爆风险的可视化对深部磷矿资源开采具有重要意义。首先通过铝金属单轴加载试验,证明因力热耦合导致的温度变化可以被MicroIIIS系列640型红外热像仪检测到,以及应力增大是导致力热耦合温度升高的核心原因。然后针对实际磷矿巷道内红外图像模糊和无关高温体介入影响红外图像中有效红外辐射特征信息的问题,通过自适应灰度拉伸算法增强原始灰度图像,使信息熵、直方图均衡度、全局对比度得到优化;并应用基于温宽调整的非线性映射伪彩色变换,增强实际磷矿巷道内岩爆风险可视化检测视觉效果。最后通过磷矿巷道现场检测试验,证明经过红外图像增强后的DMYB-03手持式岩爆检测仪,不仅能更清晰地显示磷矿巷道中的细节和应力集中导致的红外辐射特征,还可以通过风险区域与安全区域颜色亮度指标,将应力集中程度分为稳定、中等应力集中和高应力集中,高应力集中比稳定的图像信息熵高26.55%,亮度均值高25.08%,亮度直方图均衡度高8.36%,全局对比度高2.34倍,半定量地反映了岩体应力集中程度,为矿山、交通等领域的岩爆风险可视化检测提供了技术支持。

      • 1
    • 金川矿山深部破碎站右侧洞段应力-结构性破坏:数值模拟研究

      薛晓强, 辛杰

      Abstract:

      为解决深部破碎站右侧洞段开挖后可能引发的应力-结构性破坏问题,使用无人机采集掌子面地质条件和岩体产状,并提取了岩体的结构面(组)产状和间距等几何信息。利用这些识别到的产状和间距等信息,使用显示离散元数值模拟软件(3DEC)构建了深部破碎站右侧洞段的三维岩体结构数值计算模型。研究结果表明,该洞段的围岩稳定性受到红褐色花岗岩地层和灰黑灰色片麻地层接触区以及地应力场的双重控制,其导致应力-结构性破坏的原因是破碎站开挖卸荷导致JSet #2与JSet #3节理组与开挖面形成不利块体的可能性最大。因此,对于节理发育的洞段,应力-结构性破坏灾害是破碎站开挖后围岩稳定性需要特别关注的问题。研究人员建议采用“优化开挖参数+联合支护形式”的方法,从表层、浅层和深层三个层次系统地控制破碎站开挖卸荷后的应力-结构性破坏。

      • 1
    • 从某铁矿磁选尾矿中回收铜的试验研究

      梁斌珺, 肖斌

      Abstract:

      针对安徽某铁矿磁选尾矿中铜资源的高效回收,研究了其中铜、锌、硫矿物的赋存状态,并通过浮选试验优化了影响铜回收的关键工艺条件。结果表明,磁选尾矿中铜(0.10%)主要以黄铜矿形式赋存,锌(0.37%)主要以闪锌矿形式赋存,硫(3.22%)主要赋存于黄铁矿中,各矿物均呈细粒嵌布。采用混合浮选-优先浮铜流程,确定了条件试验的最佳药剂组合:捕收剂PQ-5用量为70g/t;闪锌矿抑制剂为400g/t硫化钠、500g/t硫酸锌和400g/t亚硫酸钠的组合;黄铁矿抑制剂PZ-1用量为300g/t。闭路试验采用一粗三精两扫流程,最终获得了铜品位20.85%、铜回收率81.41%的铜精矿,同时该精矿中锌和硫的去除率分别达到94.12%和96.30%,实现了铜与其他矿物的有效分离。研究结果可为该铁矿磁选尾矿中铜的高效回收提供有益参考。

      • 1
    • 基于优化极限学习机模型的采空区多源指标危险性辨识研究

      苏成哲,

      Abstract:

      为了提高对采空区多源指标危险性辨识的预测精度,基于粒子群(PSO)算法优化极限学习机(ELM)的输入权重和阈值,提出一种PSO-ELM的方法对采空区多源指标危险性进行辨识。采用影响华南某矿山采空区危险性的开采深度、采矿方式、采空区采高、采空区最大暴露面积、采空区最大暴露高度、采空区最大暴露跨度、矿区矿柱、实测体积和治理率9项指标作为主要输入值,并以135个实测采空区数据为例进行危险等级预测。研究结果表明:径向基函数和传统极限学习机的预测精度分别为88%和92%,而经过粒子群算法优化的极限学习机模型的预测精度为96%。与径向基函数和传统极限学习机相比,PSO-ELM算法在测试集表现得更好,稳定性和泛化能力更优良,具备良好的指导意义和实用性,适用于实际工程应用。

      • 1
    • 基于岩爆防治的鄂西磷矿脆性直接顶板巷道断面形状优化

      周俊宝, 姚囝

      Abstract:

      岩爆是困扰鄂西地区磷矿安全开采的主要技术难题,部分矿山存在一定厚度的脆性直接顶板,导致其巷道顶部岩爆灾害频发。为了降低鄂西磷矿脆性直接顶板岩爆风险,以晒旗河磷矿+80 m工作面为研究对象,分析了不同巷道断面形状在脆性直接顶板矿山的适用性,并提出了利于岩爆防治的倒梯形断面方案;采用数值模拟手段研究不同断面形状下围岩应力、弹性能和位移分布特征,优选出最优断面形状,并优化设计出相对安全经济的断面参数,最后在工作面现场进行工程验证。结果表明:对于脆性直接顶板矿山,矩形断面顶板应力集中最显著;倒梯形断面顶板跨度较大,导致其直接顶板沉降较大,而倒梯形断面顶板应力分布相对均匀,其顶板应力和弹性能得到了明显释放,从降低岩爆风险的角度,倒梯形断面为最优断面形状;对应的最优断面参数为上底3.4 m,下底3 m,高度4 m;巷道断面优化后的工作面现场直接顶板岩爆现象明显减弱。研究结果可为鄂西地区类似矿山断面设计提供借鉴。

      • 1
    • 某铁矿床充填采矿方案优选及采场结构参数优化

      梅林芳, 邓朋

      Abstract:

      为满足高价值矿床充填采矿方法优选及采场结构参数优化的要求,以大冶铁矿地下-120m~-180m阶段采矿工程实例为研究背景,将采矿方案优选视作一个典型模糊决策问题,采用层次分析法对采矿方案各指标进行主观赋权,根据模糊综合评价结果最终确定大冶铁矿-120m~-180m阶段高价值矿体最优采矿方案是分段凿岩阶段空场嗣后充填法。最后基于数值模拟对最优采矿方案的4种采场结构参数进行优化,在采空区顶板、两帮中心设置监测点,模拟结果表明在回采矿房过程中:矿房跨度越大,顶板下沉量越大;两帮中心的最大主应力大于顶板中心的最大主应力;矿柱与顶板汇合处出现应力集中现象;拉伸破坏明显。在回采矿柱过程中:各方案顶板下沉量显著增大;剪切破坏明显。比对4种方案数值模拟结果确定的最优采场结构参数为:矿房宽度15m、矿柱宽度15m。

      • 1
    • 铅锌矿集区土壤重金属含量高光谱反演研究

      李会玲, 刘严松,

      Abstract:

      铅锌矿区存在严重的重金属复合污染问题,可利用高光谱遥感技术,提取土壤光谱信息中重金属吸收特征波谱,实现矿区土壤重金属含量反演,提升环境监测、生态环境修复治理。本文以西藏冈底斯成矿带斯弄多铅锌矿集区土壤为研究对象,开展基于高光谱的Cd、Pb、As、Hg重金属元素含量反演研究。对土壤样品进行高光谱数据采集,进行一阶微分(FD)、二阶微分(SD)、倒数对数(AT)、倒数对数一阶微分(AFD)、倒数对数二阶微分(ASD)多种光谱变换,筛选出与重金属实测含量相关性较强的特征波段,最后建立多元逐步回归(SMLR)、支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)四种反演模型,选取决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)评价模型精度,得出各重金属的最优反演模型。研究结果表明:(1)不同光谱变换方式的数据降维效果与特征波段筛选区间不同,五种变换中SD变换效果最好,能够有效区分出特征波段,其次为ASD、AFD变换。(2)不同反演模型对比,RF模型反演效果最好,适用性和反演精度优于SMLR、ANN和SVM。(3)As的最佳反演模型为AT-RF模型,Cd的最佳反演模型为SD-RF模型,Pb的最佳反演模型为ASD-RF模型,Hg的最佳反演模型为ASD-SMLR模型。(4)Cd、Pb、As、Hg预测浓度均值超出西藏土壤背景值的124.2、89.8、0.70、1.24倍,说明矿集区土壤以Cd和Pb为主要污染因子,同时伴有As和Hg的复合污染。

      • 1
    • 膏体充填多孔等量泄流原理试验研究

      白龙剑, 王洪江

      Abstract:

      充填管道多孔泄流能够消除膏体的自流坡度角,提升采场接顶效果,避免顶板下沉问题。为了研究泄流孔的个数、孔间距、孔直径对多孔等量泄流的影响规律,首先通过理论分析初步确定泄流孔直径,然后采用自制的多孔等量泄流试验装置,开展多孔等量泄流试验,最后采用数值模拟方法分析了泄流管道的压强和流量变化规律。结果表明:相比于单孔泄流,多孔泄流能够消除自流坡度角,提升采场接顶率。开孔间距对泄流孔的泄流均匀度影响最显著,其次是开孔个数。膏体在水平管段流动时,管道静压沿流动方向呈下降趋势,在泄流孔口处出现负压。膏体达到稳定状态后各泄流孔出流量基本一致,均匀度系数达98.8%,可以实现多孔等量泄流。

      • 1
    • 循环温度养护尾砂胶结充填体损伤演化及破坏特征研究

      胡谱达, 刘艳章

      Abstract:

      回采工作面附近的充填体大都处于循环温度的环境中,为了研究循环温度对尾砂胶结充填体损伤演化及破坏特征的影响,采用数字图像相关法(DIC)和声发射(AE)技术,对单轴压缩下6种不同循环温度养护后的尾砂胶结充填体进行监测,分析了不同循环温度尾砂胶结充填体的破裂过程及声发射行为特征,并建立了不同循环温度尾砂胶结充填体的损伤模型及本构方程。研究结果表明:随循环温度的升高,尾砂胶结充填体的抗压强度、弹性模量及峰值应变均呈现先增大后减小的趋势,且都在循环温度为25~40 ℃时达到最大值;压缩过程中试样的DIC全场应变演化云图能较好地展现表面裂纹演化的全过程;随着循环温度的升高,尾砂胶结充填体破坏形式由剪切破坏转变为拉伸-剪切复合破坏,再转变为拉伸破坏;初始压密阶段与峰后破坏阶段的声发射振铃计数信号强弱因循环温度的不同而存在差异,可将声发射振铃计数的突变作为充填体破坏的前兆;通过本构模型理论值与试验实测值的对比结果验证了模型的可靠性。研究结果可为回采工作面附近充填体的设计提供参考。

      • 1
    • 潜孔钻机冲击频率采集系统研发与应用研究[*]

      谢科尧, 陆欣雨, 侯晓倩, 刘殿书, 屈晨亮

      Abstract:

      针对露天潜孔钻机冲击频率采集问题,基于TAIYE-390-Ⅱ露天潜孔钻机钻进声信号特征,确定了使冲击段波形最明显的信号优势采样频率6 kHz,提出了一种基于Hilbert变换、VMD分解及Savitzky-Golay滤波的冲击频率采集方法,并研发了冲击频率采集系统。该系统由数字拾音器、数据采集卡和工控机三大部分组成,可实现冲击频率的准确采集及存储。通过实施恒风压、恒轴压钻进试验,验证了系统的可靠性,并结合炮孔窥视试验分析了冲击频率在岩体结构面识别的可行性。结果表明该冲击频率采集系统可准确提取钻进实时冲击频率,误差控制在1 Hz,且符合潜孔冲击器工作特性;同时冲击频率对岩体结构响应较为明显,在遇到各类结构面时,冲击频率数值会下降1~3 Hz。研究成果在潜孔钻机冲击频率采集和岩体结构面识别等方面具有重要的理论意义和应用价值。

      • 1
    • 抓斗卸料气幕隔尘与负压吸气综合抑尘研究

      苏东波, 孟文俊,

      Abstract:

      针对抓斗卸料过程中粉尘扩散现象,将气幕隔尘与负压吸气技术相结合,对四周环绕气幕隔尘负压吸气综合抑尘系统进行研究,采用CFD-DEM双向耦合仿真方法,通过四周环绕气幕隔尘性能仿真研究得出,8m/s的气幕射流速度可以实现粉尘有效阻隔。同时,基于负压吸气理论,通过CFD流体力学方法,推导出吸气口气流质量流量随卸料时间变化计算公式,建立抓斗卸料仿真及实验模型,通过仿真提取卸料平面流场分布图及料斗口平面气流质量流量来反映料斗内部含尘气流运动情况,通过实验对比加装气幕及负压吸气装置前后卸料粉尘运动变化规律及粉尘抑制效果,得出如下结论:料斗口粉尘浓度最大值降低了738.4mg/m3,浓度值降低了约95.3%,粉尘完全沉降减少了60%的时间,为高效解决卸料粉尘扩散提供指导意义。

      • 1

    主管单位:长沙矿山研究院有限责任公司

    主办单位:长沙矿山研究院有限责任公司;中国有色金属学会

    总编:褚洪涛

    主编:尹彦波

    副主编:罗园园

    创刊:1981年

    国际标准连续出版物号: ISSN 1005-2763

    国内统一连续出版物号: CN 43-1215/TD

    刊期:月刊

    联系电话:0731-88671578

    E-mail:kyyk@chinamine.org.cn

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