Abstract:

深部矿体规模化连续开采是未来矿山开采“深地化”的前沿研究方向.针对深部硬岩矿床传统的间断式采矿作业模式与深部智能化高效开采形成相互制约的问题,提出一种并行式采出充连续采矿作业模式,利用柔性隔离层实现采充并行的充填与连续出矿工艺流程.借助理论计算并结合FLAC3D数值计算软件分析了高阶段大采场并行充填工艺中的充填体强度分布,确定了高阶段采场不同高度的充填体强度需求.利用PFC离散元软件分析并行充填与连续出矿中“矿充”散体流动规律及隔离层变形损伤特性. 结果表明:并行充填与连续出矿工艺中,采场顶部及底部充填体28d固结承压强度应大于8MPa,随着充填和放矿的进行,在接近放矿漏斗口时,隔离层最大载荷为57kPa,此时隔离层出现明显的下凹变形,靠近两侧矿柱区域损伤增加,产生明显的拉压破坏.研究可为深部矿体开采连续作业提供参考.

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为研究深部岩石巷道岩爆现象,采用真三轴岩爆试验机对含预制直墙半圆拱形巷道在不同轴向应力下受循环动力扰动作用诱发岩爆现象进行研究,并利用声发射技术监测巷道破坏过程.通过岩爆试验发现,初始轴向静应力越大,岩石劣化程度越高,岩爆所需扰动时间越短,试样累积能量速率越快,岩石岩爆越剧烈.结果表明:当轴向应力超过岩石巷道峰值应力的76.5％时,试件施加循环动力扰动后会发生岩爆现象;岩石巷道的破坏模式为张拉剪切联合破坏,且裂纹扩展的破坏模式与轴向应力和动力扰动密切相关;利用声发射累计振铃计数描述岩石劣化程度,发现在动力扰动下岩石的劣化程度与初始轴向静应力呈正相关.

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某缓倾斜多层贫矿脉同时赋存铅锌、磁铁和硫铜矿种,根据矿体的赋存特征及品位低等特点,为了更加安全经济合理地开采,提出了伪倾斜条带进路充填采矿法开采方案,并利用FLAC3D软件模拟分析了不同宽度进路条件下的顶板位移、矿柱受力情况和塑性区分布情况.研究结果表明,伪倾斜条带进路充填采矿法可有效减小矿石的损失贫化,极大地减小采切工程,增大采场的生产能力,并实现不同矿种的分采分运,可灵活适用于矿体复杂多变的缓倾斜矿体.经过数值模拟分析,得到该矿山的最佳进路宽度为5m 或6m.

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针对地下金属矿山采矿方法的优选,构建了基于博弈论主客观多属性组合赋权模型.以司家营铁矿采矿方法优选为 例,在环境、经济、技术和安全4个准则层下,选择11个与采矿方法密切相关的评价指标.采用改进层次分析法和CRITIC法分别确定各指标的主、客观权重,并运用博弈论思想,将主、客观权重进行融合,获得各指标的综合权重,从而为采矿方法优选提供依据.应用基于博弈论主客观多属性组合赋权模型,对司家营铁矿的两种备选采矿方法进行了优选,阶段空场嗣后充填采矿法的综合隶属度为0.711,分段空场嗣后充填采矿法的综合隶属度为0.692,因此前者为该矿的最优采矿方法.所建立的模型为采矿方法的优选提供了一种新的手段.

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为解决采场结构参数取值不合理导致的顶板失稳或生产能力不足等难题,以河北省某矿为背景,对采场结构参数进行优化,并对其参数敏感性进行了分析.首先,进行岩体质量调查,并采用具有稳定概率的拓展Mathews稳定图法初步确定了采场的宽度和长度区间.然后,利用FLAC3D数值模拟探究了采场顶板最大沉降量随结构参数变化的变形规律,结合响应面法构建了采场顶板沉降量预测模型,探明了影响采场顶板沉降的自身因素敏感性及其交互作用关系.最后,综合考虑生产安全与矿块大小,对采场进行了采场结构参数优化,并进行工业试验验证结果合理性.结果表明:该矿岩体整体评级为Ⅴ级,岩体质量很差;采场顶板沉降量对各参数敏感程度从高到低依次为采场宽度、采场长度、采场高度;该矿体最佳采场结构参数为宽12m、长36m、高60m,采用该结构参数进行回采,采空区轮廓较为平整,能够保持稳定.研究结果可为选取合理的采场结构参数、正确协调采场安全与生产能力提供理论依据.

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为研究莱州市三山岛北部海域金矿区进风井松散堆积物岩组中的渗流场对冻结温度的影响规律,基于流速测定和岩组材料参数,建立COMSOL有限元数值模型,对立井三圈冻结施工的交圈时间和冻结帷幕的形成时间进行预测,并通过工程实例验证立井三圈冻结施工方案设计和数值模拟的可靠性.结果表明:由于沿海地下水流速较大,冻结过程中迎流面交圈线呈“齿状”;冻结管的低温在渗流作用下对下游影响显著,冻结帷幕呈不对称发展且向渗流下游偏移;三圈冻结设计使得立井开挖区域在冻结18d后温度降低至相变温度－1℃以下.工程验证中交圈时间和冻结帷幕形成时间分别为25d和36d,与数值模拟结果一致,研究结果可为类似工程提供参考.

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尾砂浓密脱水是尾砂充填工艺的关键环节,为探究某矿山全尾砂浓密脱水性能,在尾砂基本物化性质的基础上,开展了全尾砂静动态絮凝沉降试验,设计了以尾砂浆进料质量浓度、絮凝剂类型、絮凝剂添加量为影响因素,沉降速率为研究指标的静态絮凝沉降试验,以进料速度、进料质量浓度、絮凝剂添加量为影响因素,溢流水含固量、底流质量浓度和尾砂沉降速度为研究指标的动态絮凝沉降试验,并基于响应面分析法,揭示了全尾砂在多因素交互作用下的动态絮凝沉降规律.(1)通过静态絮凝沉降试验,确定最优絮凝剂为CKFA02,最佳絮凝剂添加量为20g/t,尾砂料浆最佳进料质量浓度为10％~12.5％;(2)根据动态絮凝沉降试验构建的响应面模型,底流质量浓度、溢流水含固量以及尾砂沉降速度的最大影响因素均为料浆进料速度,料浆进料速度与进料质量浓度的交互作用对底流质量浓度影响最大,料浆进料速度与絮凝剂添加量的交互作用对溢流水含固量和尾砂沉降速度影响最大;(3)最优沉降参数为:尾砂浆进料速度0.55t/(m2·h),进料质量浓度11.12％,絮凝剂添加量30.0g/t,在该最优絮凝沉降参数下,底流质量浓度为60.6％,溢流水含固量为251.4mg/L,尾砂沉降速度为58.06mm/s.

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不同尺寸的充填体在力学性能、破坏形式等方面有较大差异,为研究充填体的尺寸效应,选取4组不同尺寸充填体试件进行单轴压缩试验,使用声发射仪监测受载过程能量释放情况,利用数值模拟技术模拟验证试件的压缩破坏,研究不同尺寸圆柱充填体试件尺寸效应及损坏特征.最后,对不同尺寸矸石胶结充填体圆柱体试件进行扫描电镜试验,观察不同尺寸试件微观形貌差距.结果表明:试件的单轴抗压强度与试件尺寸成反比,小尺寸试件以剪切破坏为主,当试件尺寸增大到一定程度时呈现一定的拉伸破坏;随试件尺寸的增大,试件表现出更为明显的尺寸效应,圆柱体试件声发射特征可分为初始准备阶段、声发射递增阶段、声发射递减阶段,小尺寸试件声发射活动相比大尺寸试件更为剧烈;试件尺寸越大,试件内薄弱点越多,试件胶结能力越差.研究结果可为矸石胶结充填中不同尺寸结构的充填体参数确定提供科学依据.

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为解决三贵口铅锌矿采用分段凿岩阶段空场嗣后充填法回采矿块时大块率较高、二步骤回采时两侧充填体及顶柱破坏严重、矿石贫化率较大等问题,对原有爆破参数进行了优化研究.采用76mm 的炮孔直径,基于岩石可钻性及可爆性分析,通过理论计算得到排距为1.8m,孔底距为2.1m;或者排距为1.9m,孔底距为2.0m.由现场工业试验可知,与使用原爆破参数的采场相比,采用优化后的爆破参数,矿石贫化率降低了19.8％,损失率降低了4.6％,炸药单耗降低了12.2％,大块率降低了34.8％.应用LS-DYNA有限元软件对爆破参数优化前后的爆破效果进行模拟分析,结果表明,采用优化后的爆破参数进行爆破时,矿石大块率较小,爆破作用对两侧的充填体、顶柱及凿岩巷道眉线的损伤也较小.

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地震是导致尾矿坝动力失稳的主要原因之一.基于拟动力法结合瑞典圆弧法可以快速确定尾矿坝动力稳定性的评价指标.为提高拟动力法在边坡地震稳定性评价中的计算效率,特引入了分离式危险初始相位搜索策略,提出了快速拟动力法.分别应用传统拟静力法、考虑放大系数的拟静力法以及快速拟动力法,从安全系数与失效概率两个角度对西藏某尾矿坝进行地震稳定性评价.数值分析结果表明:3种方法所得到的尾矿坝安全系数均满足稳定性要求的最小值.从安全系数与滑动面积综合来看,由考虑放大系数的拟静力法所得到的结果偏于保守.纵波波速对计算结果影响较小,随着横波波速的增加,由快速拟动力法所得到的安全系数逐步降低,失效概率逐渐增大,失稳滑动面个数逐渐增多,尾矿坝地震失稳的风险源增多.研究成果对尾矿坝地震稳定性评价具有指导意义.

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传统理论方法多以半定量分析采空区顶板安全厚度,存在不能全面反映顶板受力情况及其破坏模式等问题,为此将尖点突变理论引入采空区顶板安全厚度的研究中,建立了顶板安全厚度研究模型,推导得到了顶板最小安全厚度公式.基于大宝山矿采空区赋存现状,计算得到不同岩性不同跨度条件下采空区顶板安全厚度理论值.最后,采用传统理论与有限元数值模拟的方法对公式进行了验证,研究结果表明:将尖点突变理论引入采空区顶板安全厚度的研究是可行的,推导得到的采空区顶板最小安全厚度公式是合理及可靠的,该矿山微风化灰岩、微风化次应安斑岩、铜硫矿体和砂岩岩组条件下,基于尖点突变理论计算得到的采空区顶板安全厚度分别为7.3m、12.5m、9.5m、22.1m,可作为现场采空区处置依据.

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为提高隧道围岩力学参数取值的合理性,依托珠海市某超大断面隧道工程提出一种新型围岩参数反演模型.基于拉丁超立方体抽样(LHS)产生初始样本后进行参数敏感性分析以确定围岩的关键参数和改进样本结构,然后利用鲸鱼优化算法(WOA)对极限学习机(ELM)的隐含层神经元节点数、初始权重和阈值进行优化进而组成LHS-WOA-ELM 反演模型,将反演所得参数代入FLAC3D计算位移并与现场实测数据进行对比分析.结果表明:采用基于LHS进行的参数敏感性分析能够以较少的样本考察多参数共同变化的情况,并确定影响围岩位移的主要参数为弹性模量E、黏聚力c 和内摩擦角φ;相比于WOA、ELM、BP算法模型,LHS-WOA-ELM 模型反演所获得的位移计算值与实测值相差更小,表明该反演分析方法能够很好地反映围岩参数与变形之间的非线性、不确定性特征,进一步提高围岩反演的精度和效率,可为地下硐室、矿业工程的设计参数确定提供参考.

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为了揭示巨厚坚硬岩层对采场支承压力与能量分布演化规律的影响,以杨柳煤矿某典型矿区为研究对象,使用数值模拟方法对其支承压力的变化规律与能量演化过程进行模拟研究.结果表明:(1)覆岩中存在巨厚坚硬岩层时,工作面中部及两侧的超前支承压力分别比无巨厚坚硬岩层时增加了9％和5％左右,这说明当覆岩中存在巨厚坚硬岩层时,采场中部及两侧长期处于高应力状态,当采场受到外力扰动时,会更容易导致矿震、冲击地压等动力灾害的发生;(2)覆岩中存在巨厚坚硬岩层时,其发生破断后采场超前支承压力变化曲线呈现断崖式下降,覆岩中无巨厚坚硬岩层时,相较于前者,其采场超前支承压力变化曲线则较为平缓;(3)随着工作面距离的持续推进,覆岩中有无巨厚坚硬岩层存在时,其临空帮支承压力峰值比回采帮支承压力峰值分别增加了3.60MPa与3.39MPa,两者侧向支承压力变化趋势基本保持一致,但巷道临空帮的侧向支承压力明显大于巷道回采帮的侧向支承压力,这说明巨厚坚硬岩层的存在使得应力集中,巷道回采会更容易发生破坏;(4)巨厚坚硬岩层破断后会对采场造成巨大的冲击,与无巨厚坚硬岩层采场相比,其破坏程度更加剧烈,释放的弹性能更多,影响范围也更加广泛.

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获取岩体稳定性级别,对矿体深度开采、围岩支护以及采空区的充填具有十分重要的意义.基于中关铁矿的工程地质条件,通过室内岩石力学基本性质试验、现场岩石力学测试、现场岩体节理调查、地应力测试等,确定了测点位置岩石基本质量BQ值;利用ArcGIS软件的数据处理和空间分析功能,通过克里金插值技术建立了研究区域岩体质量的空间分布预测模型,应用该模型预测分析－230m 水平矿体的岩体质量,并进行现场实测验证.结果表明:岩体质量空间分布预测结果与实际情况具有较好的一致性,中关铁矿－230m 水平矿体基本质量BQ 值为57.843~347.573,处于第Ⅳ和第Ⅴ等级,矿体质量较差,易破碎、不稳定.研究获取的岩体质量空间分布预测模型为研究岩体工程未完全揭露情况下岩体稳定性级别提供了方法,也为后续中关铁矿的安全开采提供了理论依据.

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地下岩体常受外部因素影响,反复的循环加卸载会导致岩石内部裂纹不断增多,局部应力环境亦发生变化.因此,对砂岩进行了不同上限应力值的三轴分级循环加卸载试验,分析得到了不同上限应力值下砂岩的损伤力学特性以及能量演化规律.试验结果表明:在分级循环加卸载的条件下,砂岩的应力应变曲线呈现出滞回环和向下弯曲的特征,并且随着应力的增大,滞回环逐渐扩大.在不同上限应力的循环加卸载作用下,随着循环次数的增加,砂岩的轴向弹性应变和轴向塑性应变与循环次数呈线性关系,而轴向塑性应变发生骤降则表明砂岩内部孔隙裂缝被快速压实.同时,在循环过程中输入能与弹性能曲线非常相似,呈现出近似指数曲线的上升趋势.耗散能在初始循环阶段增长相对缓慢,这表明砂岩原有裂纹发生压缩与闭合;而在循环中期,耗散能呈现出近似线性的增长趋势,这表示岩样正处于裂纹稳定扩展阶段.耗能比在初始循环阶段呈现骤降的趋势,而在循环中期阶段耗能比曲线则保持近似水平的趋势.此外,在分级循环加卸载条件下,砂岩的损伤度与循环次数之间呈现线性关系,说明荷载循环次数对砂岩的损伤度有较大的影响.

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为研究动静组合载荷致损后大理岩的力学特性,利用改进的分离式霍普金森压杆装置对大理岩进行4个轴压水平 (0、18MPa、36MPa、54MPa)和3个冲击速度水平(8m/s、9m/s、10m/s)下的动静组合载荷致损试验,对致损后的大理岩进行单轴压缩声发射试验.研究结果表明:动静组合作用下,随着轴向静压的增大,大理岩动态峰值应力、动态弹性模量、波速均呈先增大后减小的变化规律;吸收能与轴向静压密切相关,在轴向静压水平较低时,岩石内部微裂纹闭合所需能量主要从冲击杆中获得,随着轴向静压的增大,岩石从冲击杆中获得的能量占比逐渐减小;随着轴向静压的增大,动静组合载荷致损后岩石的单轴抗压强度和弹性模量均呈现先增大后减小的变化趋势,轴向静压为18MPa时,岩石的单轴抗压强度和弹性模量达到最大值,适当的轴向静压能有效提高岩石抵抗动载荷的能力,减小岩石的损伤;单轴加载破坏过程中、后期,损伤程度小的岩石出现的声发射高频信号(＞400kHz)数量越少,中、低频声发射信号(165~205kHz)数量越多.165~205kHz的声发射信号占比在整个加载破坏过程中呈现先增大后减小的变化趋势,可将其作为岩石破坏的前兆特征.

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增强型地热系统进行干热岩开采过程中,高温和循环冷却会导致热储岩体损伤,改变其物理力学性能和微观结构,影响岩体渗透率及开采效率.采用不同冷却方式对400℃高温处理后的花岗岩试样进行循环冷却处理,在不同法向应力下进行剪切渗透试验,结合三维形貌和扫描电镜试验对花岗岩的剪切断裂面进行分析.结果表明,花岗岩抗剪强度和剪切位移随法向应力的增加而增大;抗剪强度随循环冷却次数的增加而降低,水冷却试样抗剪强度下降更明显;黏聚力随循环冷却次数的增加而降低,内摩擦角变化不显著.初始渗透率随法向应力增大而减小,水冷却试样初始渗透率高于自然冷却试样1~2个数量级;渗透率最小值对应的剪切位移随循环冷却次数的增加先增大后减小,随法向应力的增大而增大;随着循环冷却次数的增加,自然冷却试样晶间裂隙增多,穿晶裂隙宽度增大,水冷却试样次生裂隙增多并出现晶体断裂.研究结果可为干热岩开采提供理论基础和技术支持.

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为探明磁铁矿石在冲击载荷作用下的破碎特性及能量转换规律,以不同铁硅比的磁铁矿石为研究对象,利用分离式霍普金森压杆对不同铁硅比的磁铁矿石进行冲击破碎试验,分析磁铁矿石在不同入射应力下的破坏变形特性、抗压强度及能量转换规律,并结合扫描电镜技术揭示宏微观破碎机理.结果表明:在冲击载荷的作用下,不同铁硅比的磁铁矿石应力应变曲线并无压密阶段,弹性模量、峰值应力、动态抗压强度均随着铁硅比的增大而减小,3种铁硅比的磁铁矿石的耗散能随铁硅比及入射应力的增大而增大;随着入射应力的增大,矿石碎块块径不断减小,磁铁矿石内部沿晶裂隙及穿晶裂隙不断增多,裂隙宽度及长度随铁硅比的增大而增加;当入射应力相同时,铁硅比大的矿石碎块比铁硅比小的碎块块径小.因此,在矿山的实际生产中可以将不同铁硅比含量的磁性铁分批次进行破碎,在一定程度上可以提高能量利用率.

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为有效保证陕北某矿副斜井延伸段的长期稳定性,采用ABAQUS软件分析了螺纹间距、锚固长度及钻孔直径等参数对锚杆承载性能的影响,优选出合理的锚固参数,并采用FLAC3D模拟了3种间距的锚杆支护方案,通过位移量及塑性区分布情况确定出最优锚杆间距,在此基础上开展了现场试验及围岩变形监测.研究结果表明:10mm 螺纹间距与8mm 螺纹间距下的锚杆最大拉力仅相差7.9kN,考虑生产成本因素,确定锚杆螺纹间距为10mm;锚杆最大锚固力随锚固长度和钻孔直径的增加而增大,超过临界值后,锚固长度和钻孔直径对锚固力的影响较小,最终确定合理的锚固长度为800mm,钻孔直径为28mm;锚杆支护间距为1200mm 和1000mm 的围岩控制效果相差不大,为提高施工效率,确定锚杆间距为1200mm.现场实践表明,采用优化的锚固及支护参数后,锚杆平均锚固力大于150kN,围岩表面变形量小于25mm,能够保证巷道的稳定性,验证了锚固及支护参数的合理性.

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为探究渗锌锚杆的耐酸蚀性能,开展了酸性环境下渗锌锚杆的腐蚀特征及力学性能劣化研究.首先,以普通锚杆、渗锌锚杆为试验对象开展了锚杆浸泡腐蚀试验,构建了渗锌锚杆腐蚀动力学模型,研究了渗锌锚杆力学性能劣化规律及腐蚀失效机理;其次,应用Abaqus软件模拟分析了锚杆腐蚀劣化对巷道围岩稳定性的影响;最后,通过工程应用检验了渗锌锚杆的耐酸蚀性能.结果表明:同等腐蚀条件下,渗锌锚杆的耐酸蚀性能显著优于普通锚杆,渗锌锚杆支护巷道的围岩稳定性显著高于普通锚杆支护巷道;酸性环境下,普通锚杆呈加速腐蚀特征,渗锌锚杆呈匀速腐蚀特征;腐蚀100d后,普通锚杆的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别下降了6.50％、6.37％、15.85％,拉伸断裂形态由韧性断裂向韧性脆性混合断裂转变,渗锌锚杆的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别下降了2.85％、1.45％、7.97％,拉伸断裂形态仍为韧性断裂;腐蚀发生后,普通锚杆支护巷道顶板、两帮的位移量分别增长了50.07％、52.50％,应力分别增长了36.85％、27.41％,渗锌锚杆支护巷道顶板、两帮的位移量分别增长了21.07％、22.06％,应力分别增长了16.37％、20.54％.工程应用结果表明,采用渗锌锚杆进行巷道支护可有效延长锚固支护寿命、保障巷道支护安全.

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通过有关计算,验证了某尾矿库各项设计措施的有效性.基于GEO-SLOPE数值模拟,对尾矿库在不同工况下的渗流 和稳定性进行了综合评估.结果表明:在500年一遇的防洪标准下,该尾矿库东、西侧截洪沟的泄流能力和尾矿库库区溢洪道排泄能力均可满足要求.通过渗流计算分析,验证了尾矿坝的渗控措施的有效性,HDPE土工膜和排渗系统具有良好的防渗作用.在3种工况计算下,尾矿坝下游边坡的抗滑稳定性可满足设计标准.提出了布置人工观测和在线监测设施的建议,以实现对尾矿库坝体及排洪情况的实时监控.研究结果可以为尾矿库的设计、施工以及管理等提供技术参考.

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天景山矿区是我国西北典型干旱区建筑用石灰岩开采区.因矿区环境破坏严重,已无自然复绿的可能,亟需修复治理.鉴于此,立足于矿山生态地质环境系统的整体视角,利用AHP层次分析法和FCE模糊综合评价法对矿区生态地质环境进行研究,从生态环境和地质环境两方面筛选了20个评价因子,构建了符合典型干旱区特点的、以矿山生态修复为导向的生态地质环境评价体系,对矿区生态地质环境质量等级进行精准定量化判别,并为相应等级选择适宜的修复治理模式.基于该矿区的生态地质环境质量等级为“差(Ⅲ级)”的评价结果,采取了地质灾害隐患消除＋土壤重构＋植被重建＋人工管护联合修复治理模式对矿区进行针对性修复治理,最终实现了矿山遗迹地的二次复绿.结果表明:该评价体系对干旱区石灰岩矿山生态地质环境有着较为客观的评价,提出的修复治理模式获得了良好的修复治理效果,可复制推广应用于当地及类似干旱、半干旱地区矿山遗迹地修复治理.

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矿业活动会对矿区及周边土壤造成污染,合理布设采样点对于掌握土壤环境状况、利用遥感反演土壤污染空间格局至关重要.以滦州市某铁矿矿区及周边受矿业活动影响的区域为采样区,按照分区控制原则,将研究区划分为矿业活动直接影响区和矿业活动间接影响区,利用经典统计分析方法计算合理采样数并布设采样格网,基于景观多样性指数和加权平均法,设计土壤重金属监测采样点的布设方案.结果表明:通过不同精度分区合理采样数计算得到215个采样点,其中矿业活动直接影响区通过景观多样性指数筛选出34个格网,共分配196个采样点;矿业活动间接影响区则直接利用加权平均法,通过土地利用类型面积分配19个采样点;经过不同精度、不同方法确定分配林地采样数39个、耕地采样数95个、裸地采样数20个、河滩地采样数16个、尾矿库和矿区采场采样数45个.采样方案基于遥感影像,结合研究区自身地理位置及土地利用类型分布特点,兼顾采样成本等实际情况设计,有助于减少采样工作量.实际采样工作中可能存在矿业活动、地形、水文等不确定因素,因此采样方案还需结合现场情况进行调整.

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受高压、水深、复杂地层等因素影响,海底勘探的难度及复杂程度远高于陆地,对钻头的质量及性能提出了更高的要求,甚至要根据特殊需求进行定制化生产.为了及时提供定制化的钻头,创新性地将3D打印技术应用到海洋勘探钻头的生产过程中,以球形碳化钨(WC)、钴(Co)粉末和金刚石颗粒为原材料,提出了选区激光熔化(SLM)技术打印钻头工作层的方法.通过对打印样品致密度及硬度进行测试,优化了打印参数.结果表明,打印态WC-20CoＧ金刚石块体致密度最高可达13.45g/cm３,硬度可达1455HV,且在激光功率为220W 和扫描速度400mm/s的条件下,实现较高质量的成型;最终制备出的碳化钨钴基金刚石钻头样品,硬质合金和钢基体界面两者结合良好.基于3D打印的钻头生产模式可显著缩短制造时间,制造出适应海底各种极端环境和复杂岩层的钻头,及时满足在大洋钻探船上打印钻头的需要.

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为提高边坡稳定性预测准确率,提出了一种基于多策略改进布谷鸟(ICS)算法优化Elman神经网络的边坡稳定预测模型.首先,利用Sinusoidal混沌初始化种群,引入动态步长控制量和对发现概率进行1％步进离散化等策略,改进布谷鸟算法收敛速度慢、精度较差的缺陷,在7个基准函数上的仿真结果表明,与布谷鸟(CS)算法相比,ICS算法的寻优能力和收敛速度有较大提高.然后,利用ICS算法对Elman神经网络的权值和阈值进行优化,构建最优的边坡稳定性预测模型.结果表明,ICS-Elman模型对边坡稳定性安全系数预测结果相对误差范围为－2.81％ ~6.98％,均方根误差、平均绝对误差分别为0.2750,0.3422,与Elman、CS-Elman模型相比,ICS-Elman模型具有较好的稳定性和精度;与CPSO-BP神经网络相比,ICS-Elman神经网络预测值相对误差范围为－1.57％~1.25％,预测精度更好.

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在矿山生产中,工作面冒顶事故与液压支架直接相关.依据这一理论,提出了一种基于多源数据融合的预测模型,用于预测液压支架的载荷.通过研究煤层顶板来压变形特性理论、液压支架的组成及工作原理、承载理论以及工作面工况对液压支架的影响,分析载荷变化的影响因素,并对关键受力元件进行数据采集.采用K 均值聚类算法对数据的特征进行聚类分析,对载荷进行分类预测建模.利用鲸鱼优化算法(WOA)分别优化长短时记忆网络(LSTM)和深度信念神经网络(DBN),建立WOA-LSTM 串联式预测模型和WOA-DBN串联式预测模型.结果表明,WOA-DBN 模型在对20＃ 液压支架前立柱载荷预测中,平均绝对误差分别降低了0.2287,0.2064,0.0677;均方根误差分别降低了0.2129,0.1953,0.0725.WOA-DBN模型对20＃ 液压支架后立柱载荷预测中,平均绝对误差分别降低了0.3031,0.2446,0.2054;均方根误差分别降低了0.2919,0.2464,0.2389.可见,WOA-DBN串联式预测模型更适合载荷预测且精度更高.

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刚果(金)SICOMINES铜钴矿矿石含Cu2.47％、含Co0.237％,属于高氧化率、矿物组成复杂矿石,针对单一浮选选矿成本高且铜钴回收率低等问题,结合矿石性质,采用浮磁选联合工艺进行选矿试验研究.通过开展捕收剂和硫化剂种类及用量试验,确定最佳工艺参数为:捕收剂戊基黄药用量为1185g/t,组合硫化剂(硫化钠∶硫氢化钠＝1∶1)用量为7000g/t.在原矿磨矿粒度－0.074mm 占比70％时,首先采用逐步硫化浮选法回收易浮硫化铜精矿、氧化铜精矿和钴精矿,然后对浮选尾矿进行强磁选处理,回收其中的含铜钴磁性矿物,最终获得铜总回收率为79.83％、钴总回收率为54.79％,实现了高氧化率铜钴矿资源的综合高效利用.

Abstract:

刚果(金)SICOMINES高氧化率铜钴矿含有部分较难选的含铜矿物,导致选别指标较差.为回收浮选尾矿中的含铜矿物,对浮选尾矿进行了矿物成分分析,并对浮选尾矿进行了重选、磁选、浮选以及多种选别方式联合的再选试验研究.最终确定了对浮选尾矿采用一粗一扫强磁选,对磁选精矿进行一粗一扫浮选,对磁选精矿的浮选尾矿再进行一段强磁选的选别工艺.增加浮选尾矿再选工艺后,总铜和总钴回收率分别达到了84.74％和56.88％,比原浮选工艺分别提高了8.96和8.28个百分点.同时,对浮选尾矿再磁选的磁选精矿再选别,大大降低磁选精矿的浸出酸耗量.

Abstract:

为实现铁矿石浮选捕收剂油酸钠的高效利用,通过开展石英纯矿物浮选试验、二元混合矿物浮选试验和实际矿物浮选闭路试验,探究油酸乙酯对微细赤铁矿反浮选分离石英的影响;通过红外光谱分析、表面张力测定、接触角测量等方法,明晰油酸乙酯对油酸钠浮选石英的促进作用机理.结果表明:在纯矿物浮选试验中,当油酸钠为160mg/L、矿浆pH 为11.0时,添加40mg/L油酸乙酯后,石英的最大回收率从原来的80.34％增至94.85％;在石英、赤铁矿二元混合矿物浮选试验中,相较于油酸钠用量为160mg/L,油酸钠用量为120mg/L、油酸乙酯用量为40mg/L时,铁精矿品位由62.32％提高至65.04％,铁精矿回收率由89.64％增加至93.86％.在实际矿物浮选闭路试验中,与单一油酸钠体系下的浮选指标相比,添加油酸乙酯后,铁精矿的品位和回收率分别提高了3.01个百分点和3.52个百分点.油酸乙酯对油酸钠浮选石英的促进作用机理为油酸乙酯与油酸钠通过氢键缔合,增强了油酸钠在石英表面的吸附强度,提高了药剂的吸附稳定性,改善了石英表面疏水性和可浮性.

Abstract:

以内蒙古某铜银多金属硫化矿为研究对象,进行工艺矿物学分析和浮选试验研究.矿石性质研究结果表明,原矿中除了少量黄铜矿、闪锌矿与方铅矿以外,铜银主要以银黝铜矿形式存在.浮选试验研究表明,首先采用铜银混合浮选流程,实现铜银矿物与闪锌矿的分离,其次对混合浮选精矿进行再磨浮选,实现铜银与方铅矿的分离,最终确定了铜银混合浮选—混浮精矿再磨—铜银浮选精选的工艺流程.闭路试验获得了铜品位为18.98％、回收率为80.98％,银品位为10521.88g/t、回收率为89.81％的铜银精矿,浮选尾矿给入后续的铅锌分离作业,实现了铜银矿产资源的高效综合利用.

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为高效分选铜矿,基于离心重选技术,结合反向流化与台阶流原理,在Knelson选矿机基础上提出了一种叠式台阶流分选模型,在离心分选的基础上实现二次分选.利用Fluent软件对叠式台阶流模型分选流场的压强、切向速度与轴向速度的分布规律进行分析;研究了转速与反向流流速对铜矿分选特征的影响.结果表明,流场压强分布从中心到壁面逐渐增大,但由于存在反向流作用力,压强最大值并未完全贴合壁面;切向速度在台阶处发生突变,表明有涡旋产生,有利于轻颗粒分选;轴向速度整体呈现上升流,有利于分选后的轻颗粒从上出口排出;Cu颗粒的轴向体积浓度分布呈现由下到上递减的趋势,靠近壁面处径向体积浓度最高,SiO2颗粒在轴向方向顶部体积浓度最高,径向方向壁面处体积浓度较低;当进料速度为0.5m/s、转速为50r/min、反向流流速为0.012m/s时,Cu颗粒的回收率为87.70％,富集比为13.45,叠式台阶流模型对SiO2颗粒与Cu颗粒的分选效果最佳.颗粒体积分数云图表明,Cu颗粒富集在台阶流内壁凹面处,SiO2颗粒由于涡旋与反向流作用力分选后,在壁面凹处体积分数低,更加直观体现了叠式台阶流模型的分选效果.研究结果可为离心选矿设备的改进提供参考.

Abstract:

为准确预测辽宁省“十四五”期间重要矿产资源的供需形势和保障程度,以“十三五”期间矿产资源开发利用情况为基础,采用需求趋势分析方法,通过追踪产业链,收集其上下游生产环节的开发利用数据或其下游产品终端市场的消费数据,预测“十四五”期间铁矿石、煤炭、金矿石、菱镁矿石、熔剂用灰岩和硼矿石的需求及保障能力.采用2021年和2022年各矿种的实际产量和消耗量验证了预测结果的准确性.结果表明,未来5年,铁矿石需求量为18375万~19110万t/a,煤炭需求量为17992万~19135万t/a,金矿石需求量为811万~892万t/a,菱镁矿石需求量为3048万~3381万t/a,熔剂用灰岩需求量为1496万~1540万t/a,硼矿石需求量为416万~539万t/a.菱镁矿石和熔剂用灰岩保障程度较高,可达到供需平衡,金矿石仍需要大量进口,铁矿石、煤炭和硼矿石保证程度不足,需进一步加强深部及外围相关矿产资源勘查,强化开采能力建设.

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安全稳定是矿山智能化变革的前提,为提高矿山企业科学管理水平,降低事故发生率,基于社会信息加工理论、自我决定理论和情感事件理论,引入内部人身份认知与和谐安全激情为中介变量,组织韧性为调节变量,构建了一个有调节的链式中介模型.采用问卷调查的方式,对山西省某煤矿400名矿工分两阶段进行数据收集,共收集364份有效问卷.采用实证研究方法验证假设模型.结果表明:共鸣型领导对矿工主动担责行为有促进作用;共鸣型领导通过内部人身份认知、和谐安全激情的独立中介作用以及内部人身份认知与和谐安全激情的链式中介作用正向影响矿工的主动担责行为;组织韧性能够正向调节和谐安全激情与主动担责行为之间的关系,同时正向调节内部人身份认知与和谐安全激情的链式中介作用.

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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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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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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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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。

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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…

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针对"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯,以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场模型。在Visual-Basic6.0平台上,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场。结果表明,煤体自身所具备的条件和抽放瓦斯的技术条件是影响瓦斯抽放量的主要因素,采取诸多因素相结合的切实可行方案,顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯可以取得良好的效果,在技术上是可行的。

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本文从安全开深度的概念出发，分析了安全开采深度与开采厚度及建筑物的临界变形之间的关系，获得了安全开采深度的确定方法，这对确定是否采取地下开采保护措施和地面建筑物保护措施，具有重要的指导作用 。

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考察了不同碳链长度的胺类捕收剂对异极矿、石英、白云石和褐铁矿浮选行为的影响,讨论了胺的碳链长度对捕收异极矿的影响。结果表明,在pH为9~11的条件下,异极矿的浮选回收率最高,胺对异极矿的选择性随着脂肪胺碳链长度的增加而增加,其中,十八胺对异极矿具有较好的捕收能力和选择性。

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对岩体断裂控制爆破方法进行了归类，总结和分析了常用方法的断裂控制机理，讨论了实现断裂控制爆破的参数和应用效果，指出岩石断列控制爆破的发展前景广阔。

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根据金翅岭金矿4号矿体的开采技术条件，首先初选4种采矿方法，通过技术经济综合比较淘汰劣势明显的方法，对其它方法，应用模糊数学方法，量化影响采矿法选择的指标，建立模糊评判矩阵，最后选择出最佳的采矿方法为下向人工假顶中央天井分层进路空场法。

Abstract:

在铜绿山矿井下残留矿柱回采中，采用超前拉槽、分次落矿、梯段式推进等新颖独特的采矿工艺技术，圆满地解决了残矿回收过程中技术与经济难于统一的问题，取得了良好的技术效果和显著的经济效益。该项技术具有很高的借鉴价值和广阔的推广应用前景。

Abstract:

矿区生态系统健康预测模型是矿区生态系统健康评价理论的重要组成部分,是实现矿区生态系统健康管理的有效途径。结合矿区复合生态系统的特点,建立了研究矿区生态系统健康灰色预测模型,并对研究矿区进行了预测。结果表明:研究矿区的生态系统健康状况呈下降趋势,应加强矿区生态系统的管理和调控,以促使其向良好的方向发展。

Abstract:

叶绿素浓度往往是植物营养胁迫、光合作用能力和植被发育阶段的良好指示剂。对不同程度铜胁迫下玉米的"红边"变化规律的研究表明:随着铜胁迫程度的不断加深,"红边"波长位置有规律地沿着波长轴不断向蓝光方向移动;叶绿素浓度与其"红边"波长位置之间有着极强的线性相关关系。在分析的基础上,建立了基于"红边"波长位置的叶绿素浓度回归模型,其复相关系数(R2)达到0.884为植被受重金属污染时开展高光谱遥感监测研究打下了坚实的基础。