Abstract:

针对深部矿山采场在高地应力与复杂地质条件下稳定性不足的问题,以思山岭铁矿为工程背景,建立“理论经验数值”协同优化的采场结构参数优化方法.首先,利用Mathews稳定性图解法,依据Q系统修正值和形状因子初步筛选采场暴露面积与矿柱安全范围;其次,通过工程类比分析国内外类似矿山采场尺寸经验,确定合理的顶板暴露面积和采场几何参数;最后,采用三维离散元数值模拟构建采场开挖模型,对3种不同采场结构参数方案的应力、位移、塑性区体积和张拉破裂数进行定量评估,确定最优方案.结果表明:矿房最优参数为80m(长)×20m(宽)×60m(高),该方案顶板沉降量(1.76cm)和边墙位移量(4.46cm)均低于安全阈值,且塑性区体积(23 534m3)及张拉破裂数(2 157个)显著优于其他方案;采场开挖后顶板以张拉破坏为主、边墙呈拉剪混合破坏的应力重分布特征,为支护设计和灾害防控提供了定量依据.多方法协同优化体系为采场结构参数设计提供了科学依据,对千米级深井矿山具有重要工程借鉴价值.

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准确地认识深部硬岩巷道围岩失稳机理,对巷道支护参数的设计具有重要的工程意义.以金川矿千米埋深的大理岩巷道为研究对象,采用连续非连续数值模拟方法,基于RS2内置的voronoi节理网与Weibull分布函数开发了自定义非均质材料程序,建立了非均质节理有限元岩石、岩体模型,标定了大理岩变形参数与力学参数,揭示了深部硬岩变形破坏规律.考虑巷道围岩节理特征,构建了非均质节理有限元巷道模型,复现了深部硬岩巷道破坏特征;针对无支护巷道破坏规律提出了局部支护方案.研究表明:基于非均质节理有限元法构建的岩石、岩体模型可以表征深部硬岩变形破坏规律;非均质节理有限元巷道模型模拟结果与现场巷道破坏情况一致,验证了此方法的合理性;相较于无支护情况,应用局部支护方案后巷道左、右帮塑性区最大深度分别减小了62.9％、58.0％,块体、节理破坏数量分别减少了83.0％、74.5％,巷道最大变形量减小了33.8％,证明了局部支护方案的可靠性.研究成果为深部硬岩巷道围岩破坏特征分析提供了参考,拓展了深部硬岩巷道围岩变形控制的思路.

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随着矿山开采深度增加,高地应力和复杂地质环境的共同作用导致岩爆灾害事故频发,但目前缺乏考虑多因素影响的深部矿岩岩爆倾向性综合评价方法.基于新疆某铁矿矿岩岩石力学参数测试,分别采用强度脆性系数、改进脆性指数、最大储存弹性应变能和应变能指数4种指标对－450~－600m 中段矿岩的岩爆倾向性进行评价,发现基于不同的单个指标得到的评价结果离散性较大,仅凭单一指标难以准确判定实际岩爆倾向性.在此基础上,构建了基于模糊数学法与熵权法相结合的的岩爆倾向性综合评价模型,对该矿－450~－600m 各中段的砂岩岩爆倾向性进行综合评判,岩爆倾向性均为中等岩爆倾向.现场实地勘察结果显示,基于模糊数学法的多指标岩爆倾向性综合评价方法得到的评价结果与现场破坏情况一致,能够准确评价岩爆倾向性等级.研究成果可为矿山安全生产和岩爆防治提供理论依据与技术支持.

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深竖井是深部资源开发的关键通道,其围岩稳定性对于保障矿山开采的安全与高效至关重要.针对破碎岩体竖井井壁围岩稳定性问题,以三山岛金矿西岭矿区为背景,采用离散元软件中黏结块体模型(BBM)构建三维竖井数值分析模型,研究1 600~2 500m 埋深条件下井壁的损伤破裂特性,提出了高应力破碎岩层环境中井壁的6种支护加固方案.研究表明:高应力环境下深竖井井壁围岩的变形与破裂行为受水平地应力影响,随着埋深增加,井壁围岩的最大位移和变形范围增大,最大主应力方向位移变化显著,最小主应力方向为剪应力的主要集中区;破碎岩层增加了井壁围岩的力学复杂性,破碎岩体的动态作用可能导致岩块剥落和围岩破坏;注浆锚杆能够有效改善支护结构的受力,分散围岩中的集中应力.支护后,井壁的位移量减小了53％~65％,剪应力集中区向浅部转移至井壁深0.5~1m 处.针对不同埋深,合理的支护加固措施能够有效控制破碎岩体的动态作用,减少井壁的破坏风险.

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随着深海开发加速推进,国际海底区域深海采矿引发的排放风险与法律规制冲突亟待解决.为此,从采矿排放的基本阐释入手,系统梳理“区域”内采矿排放规则的博弈过程,揭示现行国际法框架的分散性与模糊性.通过分析采矿排放国际法律制度的适用困境、国内法与国际法的衔接断层、环境风险预防机制滞后和识别治理中的关键难点,研究进一步提出,应在动态体系下构建法律解释的协同机制、依托跨公约机构协作机制的实体化建设、以及设计分层分类的风险预防与应急机制,以实现采矿排放规则的协调优化.在中国战略需求背景下,通过修订国内深海采矿法、深化区域合作,以及在国际平台积极引领“负面清单”等提案,推动我国从规则适配者向规则引领者的角色转变.这一路径既为“区域”内深海采矿排放规则的博弈与合作提供了可行的解决方案,也为全球治理提供了可借鉴的实践范本.

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针对高海拔电英岩型厚大矿体边界复杂多变、矿石回采率低、采场顶板暴露面积较大和机械化程度较低等问题,为实现安全高效绿色开采目标,系统剖析了电英岩型厚大矿体的赋存特征,提出了4种采矿技术方案,对比了各方案的优缺点、主要技术指标及经济效益指标,最终确定上向进路充填采矿法作为最优开采方案.基于Mathews稳定性图解法,得到了矿体、围岩的最大允许暴露面积.结合数值模拟,揭示了不同进路尺寸下应力、竖向位移和塑性区的分布规律,确定了最佳进路参数:进路宽度为5.0m,高度为3.5m.现场工业试验表明,采场顶板最大下沉量为19.2mm,无垮塌现象;矿石损失率为3.2％、贫化率为3.5％,较浅孔留矿法嗣后充填采矿法降低了8.8个百分点和8.5个百分点,效果显著.研究结果为类似矿山提供了技术范式,推动了高海拔矿产资源的可持续开发.

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针对安徽刘塘坊铁矿上覆分级尾砂充填体下顶柱回采问题,首先,通过荷载传递线交汇法、厚跨比法、普氏拱法理论,综合确定顶柱的最大可采厚度.然后,通过Mathews稳定图法确定不同采场宽度下顶柱最大暴露面积.最后,结合现场开采方式,对穿脉、沿脉2种开采方式及5种采场结构进行开挖数值模拟,并对不同开采方式、采场结构参数下顶板沉降、应力、塑性区及开挖矿石量进行综合分析.结果表明:当采场跨度为6m 时,顶柱安全厚度为5m.结合Mathews稳定图法确定的真实水力半径,计算获得采场进路长度最大为30m;当采用沿脉开采方式时,不同进路间柱宽度下顶板沉降为16mm、18mm 及20mm;当采用穿脉开采方式时,顶板最大沉降为33.52mm.穿脉开采下顶板最大应力增大0.1 MPa.综合对比分析,当采用沿脉开采的方式,进路间柱为4m 时,此时顶板沉降在可控范围内,且能较好地满足矿山生产的安全、高效和经济需求,预计回采顶柱资源约48万t,既能保障矿山产能平稳过渡,也可以为其他类似工程提供借鉴.

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以司家营铁矿露天转地下开采阶段空场嗣后充填采矿法盘区开采为背景,提出了“一侧推向另一侧”“中央推向两侧”和“两侧推向中央”3种采场回采顺序方案.采用数值模拟方法,研究了不同回采顺序下盘区采场围岩的应力场分布特征、位移变化与塑性区扩展规律,确定“中央推向两侧”为该矿的最优回采顺序方案.结果表明:３种回采顺序方案下,盘区采场围岩应力释放后的压应力值、围岩的拉应力和围岩内部产生的最大位移值,均呈现出“中央推向两侧”＜“两侧推向中央”＜“一侧推向另一侧”的变化规律;在“中央推向两侧”回采顺序下,围岩应力释放后的压应力值为1.58MPa、最大拉应力为0.35MPa,围岩内部产生的最大位移值为37.65mm,均优于其他方案;盘区开采后,围岩内总塑性区体积、张拉塑性区与总塑性区的体积比,表现出了与围岩应力场和位移场相同的变化规律,其中“中央推向两侧”方案下,围岩塑性破坏区的总体积为34.73×104m3,张拉塑性区体积占比为60.60％,均优于其他方案.研究结果对指导矿山露天转地下开采设计及生产具有重要意义.

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针对某金矿井筒的保安矿柱压覆矿量大的问题,通过数值模拟计算方法,分析不同保安矿柱圈定角度对井筒及围岩稳定性的影响,并重新圈定了保安矿柱范围.数值模拟计算结果表明,该矿13号矿脉开采对井筒稳定性的影响随保安矿柱圈定角度的增大而增大,当保安矿柱圈定角度超过75°后,地压活动显著加剧,尤其在深部采场回采后,存在井筒失稳的风险.因此,建议将保安矿柱圈定角度控制在75°及以下,以确保井筒的安全性.将保安矿柱的圈定角度由65°增大至75°,保安矿柱压覆的矿石体积由1 192 955.0m3减少到545 256.7m3,可释放约54.3％的矿石资源,提高了矿产资源的利用率,有利于矿山的可持续发展.

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高掺量磷石膏凝胶材料具有胶凝性弱、强度低等缺点,添加石灰可以提高磷石膏基固废凝胶材料的胶凝性和强度.以磷石膏、钢渣和高炉矿渣为胶凝材料原材料,石灰为激发剂,尾砂为骨料制备充填体,探究不同石灰掺量下充填体的力学特征、孔隙特征及微观结构,并引入分形理论来探究石灰对磷石膏基固废胶凝充填体孔隙特征的影响.结果表明:2％的石灰掺量可使充填体7d和28d强度分别提高133.33％和95.83％,为最佳石灰掺量,过量的石灰会生成过多Ca(OH)2 晶体,造成充填体发生体积膨胀和结构破坏,进而导致充填体强度降低;石灰对充填体内小孔径孔隙的影响显著,尤其对20~200nm 内孔隙的分形维数影响最为突出;充填体强度与孔隙度之间呈线性降低关系,与20~100nm 和＞200nm 范围内的孔隙含量呈指数递减关系,与100~200nm 范围内的孔隙含量呈二次函数递减关系,与分形维数呈指数递增关系.

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崩落法开采往往会引发大规模的岩层移动和地表变形,为准确预测崩落法开采的地表沉陷范围,有效减轻其造成的损失,以某金属矿崩落法开采为背景,分别采用数值模拟、理论分析、相似模拟试验对地表沉陷范围进行预测研究.通过数值模拟初步获取地表沉陷情况,结合崩落法开采的特点,通过理论分析,提出了一套改进的适用于金属矿山崩落法开采的威布尔分布法地表沉陷预计表达式,同时考虑岩体力学参数的随机性和变异性,基于可靠度理论对地表沉陷范围进行了预测分析.最后利用相似模拟试验对分析结果进行验证. 结果表明:三种方法预测的沉陷范围的大小关系为数值模拟＜相似模拟试验＜基于可靠度的理论分析法,理论计算结果与试验结果的偏差率最小为0.30％,最大不到5％,验证了提出的地表沉陷范围理论计算方法的合理性与可靠性.

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为揭示地震工况下露天矿排土场的能量演化规律,并建立边坡失稳判别依据,将尖点突变理论与露天矿排土场能量理论相结合,构建了以边坡耗散能为状态变量的耗散能突变失稳理论模型.以大苏计钼矿南排土场为工程背景,运用FLAC3D软件分析南排土场4个边坡剖面的耗散能演化规律,并开展突变特征分析,据此对排土场的堆置方案进行优化设计.结果表明:南排土场边坡剖面耗散能特征值大部分小于0,在地震荷载作用下易失稳,模拟结果与现场情况相符;根据边坡耗散能演化特征,提出“加固边坡坡面＋堆置优化＋监测与预警”的优化方案并应用于南排土场.对优化后的方案进行数值模拟分析与现场监测验证,结果显示,采取优化措施后,边坡的抗变形能力与整体稳定性显著提高.研究结果可为预防排土场边坡失稳提供借鉴.

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露天矿边坡地质灾害频发,传统监测手段在实时性、覆盖密度及智能预警方面存在局限.基于边坡安全监测预警领域的研究成果,总结了现阶段存在的不足与亟待解决的关键问题,集成物联网、云计算、大数据与人工智能技术,构建“空天地深”多维多源协同感知网络,研发露天矿边坡智能监测预警平台,并进行边坡稳定性智能诊断与趋势预测.通过分级预警机制与可视化决策系统,实现风险精准识别与应急联动.实践结果表明,露天矿边坡智能监测预警平台显著提升了边坡风险的主动感知与超前预警能力,为露天矿本质安全与智能矿山建设提供了技术支撑.

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针对寒区砂岩在冻融作用下强度损伤显著且传统试验方法研究过程复杂的问题,提出了一种基于机器学习的冻融砂岩强度损伤预测模型.通过文献调研收集了117组冻融循环后砂岩强度损伤的试验数据作为数据集,选取纵波波速、干密度、饱和密度、循环次数、冻融周期作为模型的输入特征,强度损失率作为输出特征.采用决策树、随机森林、支持向量机、XGBoost、极端随机树、CatBoost等6种机器学习模型对冻融循环后砂岩强度损伤进行预测,并使用R2、MAE、MSE、RMSE 指标评估模型性能.结果表明,CatBoost模型的各项评估指标均表现最优,其在测试集上的R2 超过0.93,MAE 值、MSE 值、RMSE 值分别为0.028、0.002、0.039,展现出较强的泛化能力和良好的预测效果.进一步通过贝叶斯优化算法对CatBoost模型进行超参数调优,确定迭代次数、树最大深度和L2正则化为影响模型预测性能的关键参数.特征值权重分析显示,各变量对模型贡献的重要性排序为:循环次数＞冻融周期＞干密度＞饱和密度＞纵波波速.研究成果可为寒区岩石力学工程实践提供有效的预测工具与方法参考.

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针对矿柱稳定性问题进行了岩石试件破坏声发射试验、矿柱破坏PFC模拟与稳定性监测预警研究.开展了简单加载和增量循环加卸载工况下岩石试件声发射试验和矿柱破坏PFC模拟,分析了矿柱破坏过程应力声发射演化特征,提出了矿柱破坏初始孕育期、矿柱破坏低速孕育期、矿柱破坏加速孕育期和矿柱破坏期4个阶段.利用矿柱破坏应力声发射演化特征,提出了增压稳声模式、稳压稳声模式、降压稳声模式、增压增声模式和降压增声模式的矿柱破坏判别准则.基于矿柱破坏判别准则,建立了矿柱稳定性分期监测预警方法,并开发了矿柱稳定性监测预警平台.矿柱破坏分期监测预警方法和矿柱稳定性监测预警平台在现场工程应用的效果较好,2-45# 矿柱在进入增压增声阶段后,矿山发出红色预警,39d后矿柱出现纵向裂缝,90d后矿柱出现整体破坏;2-105# 矿柱在进入增压稳声阶段后,矿山发出黄色预警,38d后矿柱中间部位局部发生片冒.研究结果对量化评估矿柱稳定性、保障矿山安全生产具有重要意义.

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为探究酸性矿井水侵蚀对灰岩力学性能及其微观破坏机制的影响.通过单轴压缩及声发射试验,研究了不同侵蚀时间(0d、14d、28d、42d、56d)下灰岩孔隙演化、力学特性及声发射参数(事件率、主频、能率、裂纹类型)的变化规律.结果表明:在矿井水侵蚀过程中,灰岩的孔隙率从未侵蚀状态下的0.26％增加至侵蚀56d时的9.13％;在单轴压缩试验中,灰岩峰值强度、峰值应变和弹性模量随侵蚀时间的增加而逐渐降低,侵蚀56d的灰岩试件的峰值强度较未侵蚀试件降低了29.41％;声发射事件率和能率随侵蚀时间的增加而增大;随着侵蚀时间的增加,灰岩试件在变形破坏过程中的低主频声发射信号数量逐渐增多,而高主频声发射信号出现逐渐减少的变化趋势;灰岩剪切微裂纹占比随着侵蚀时间的增加呈逐渐降低的变化趋势,张拉微裂纹占比逐渐升高,由未侵蚀时的30.69％增至侵蚀56d时的57.92％.因此,矿井水侵蚀导致灰岩试件孔隙率逐渐增加,微裂纹和孔隙的扩展加剧,进而引起其力学性能显著下降.研究结果可为富水环境下有色金属资源安全高效开采提供理论支撑和技术指导.

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为探究裂隙倾角与充填物对岩体力学特性的影响机制,采用数字图像相关(DIC)技术和声发射(AE)技术,对单轴荷载作用下含不同倾角及充填物的裂隙砂岩进行力学试验.通过DIC技术捕捉试件表面应变分布及裂纹扩展形态,利用AE技术监测裂纹演化过程,分析RA-AF参数分布特征.研究结果表明:充填物使裂隙砂岩弹性变形阶段延长、脆性增强,其对抗压强度的影响随裂隙倾角的增大而减弱;无充填试样的弹性模量与裂隙倾角呈正相关,而充填试样弹性模量不受裂隙倾角影响.充填后试样应变分布更均匀,裂纹扩展路径集中;无充填条件下,裂隙倾角为0°~15°的砂岩呈翼形张拉破坏,裂隙倾角为30°~90°的砂岩呈翼形剪切破坏;充填试样则均为拉剪复合破坏.AE分析结果表明,无充填试样裂纹扩展与DIC结果一致,而充填试样以张拉裂纹为主、剪切裂纹为辅.充填物显著改变了裂隙砂岩力学行为,其破坏模式和裂纹演化受充填状态与裂隙倾角的协同控制.研究结果可为含充填型裂隙岩体工程稳定性分析提供理论依据.

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为研究复合岩体中爆破产生的复杂应力波所引起的岩体损伤分布特征,基于LS-DYNA 软件建立了由岩石Ⅰ(相对较硬)和岩石Ⅱ(相对较软)组成的复合岩体双孔爆破模型,讨论了不同的起爆顺序和起爆延期时间下岩石的损伤规律.研究结果表明:在复合岩体中,爆破应力波叠加后,岩石Ⅰ中的应力波会覆盖岩石Ⅱ中的应力波继续传播;有效应力在岩石Ⅰ中的衰减率比岩石Ⅱ中的大,导致岩石Ⅰ中整体的有效应力比岩石Ⅱ中的小;复合岩体中两炮孔间的有效应力呈先减小后增加的趋势,且岩石Ⅰ中整体有效应力始终比岩石Ⅱ中的低;岩石的分形维数随延期时间的增加呈先减小后增大的趋势,岩石Ⅰ中的炮孔先起爆时岩石的分形维数大于岩石Ⅱ中的炮孔先起爆的情况.相关结论对类似条件的岩体工程爆破施工具有一定的参考意义.

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为了探究纳米二氧化硅(NS)对超细水泥性能的影响,并评估其在注浆锚杆中的应用效果,设置不同NS掺量的试验组,系统开展了流动度、初凝时间、结石体力学性能、SEM 微观结构及拉拔性能等测试,并利用光频域反射技术(OFDR)对拉拔过程中的应变进行监测.结果表明:NS的掺入会降低纳米复合注浆材料的流动度和初凝时间,提升材料的早期水化反应速率;NS掺量为2％时,结石体的抗压和抗折强度达到最优,微观结构更加致密;拉拔试验和OFDR光纤监测显示,纳米复合注浆锚杆的极限承载力提升至210kN,荷载位移曲线表现出更强的延性和更高的残余强度,锚杆杆体的应变更均匀,局部应变突变减少.研究结果验证了纳米复合注浆材料在提高锚固性能方面的可行性和有效性,为岩土工程中锚固系统的优化提供了技术支持.

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为探究预氧化和浸水综合作用对煤氧化燃烧特征的影响,采用气煤开展不同预氧化温度和浸水条件下的热重分析试验,分析了不同预氧化温度和浸水条件下煤的氧化燃烧特征温度、活化能和反应速率,探讨了预氧化和浸水条件对煤氧化燃烧的作用机理.结果表明:与未氧化原煤相比,150℃和240℃预氧化作用下煤的燃烧失重阶段特征温度分别降低了2.8％、0.2％,活化能分别降低了4.9％、48.7％,预氧化增大了煤的自燃危险性,且温度越高越易复燃;与240℃预氧化煤相比,240℃高温预氧化煤再浸水会显著降低煤的氧化燃烧特征温度和活化能,氧化增重阶段和燃烧失重阶段的特征温度分别降低了65.2℃、16.3℃,燃烧失重阶段活化能降低了7.8kJ/mol,煤自燃危险性增大.浸水处理后煤的燃烧反应速率会降低,原煤浸水煤样较原煤在燃烧阶段的指前因子(lnA)减小了6.3％,240℃预氧化再浸水处理煤样的lnA 则降低了60.4％.当煤体发生高温氧化时,不宜直接进行注水降温,应优先采用注低温氮气、液态二氧化碳等其他防灭火措施.

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针对矿山安全生产影响因素较多、作用关系复杂和量化评估具有模糊性的特点,建立了基于DEMATEL-ISM-CM 的影响因素分析与风险评价模型.首先,从人员、设备、环境、管理、技术５个维度,构建矿山安全生产风险评价指标体系;然后,集成DEMATEL-ISM 法,识别关键影响因素,绘制多层递阶结构图,并根据影响因素的中心度计算指标权重值;最后,以湖南省某铅锌矿为研究背景,进行矿山安全生产风险等级评定.结果表明:工程地质条件、安全防护装置配备、开采工艺的先进性、安全生产投入、应急管理制度是影响矿山安全生产的关键因素,设备机械化程度、设备智能化水平为根本致因;基于评价综合云图,判定该矿山安全生产风险为较低等级(Ⅳ级),符合工程实际,验证了该模型的可靠性和适用性;多层递阶结构图能够明晰风险因素传递路径,可为矿山企业安全管理提供理论指导.

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为探究矿山生态修复领域的研究热点和发展趋势,基于WebofScience(WOS)和中国知网(CNKI)检索的文献数据,采用VOSviewer、CiteSpace、SCImagoGraphica等软件,对692篇英文文献和298篇中文文献进行可视化分析,并探讨了不同矿山生态修复理念及关键修复技术的差异.结果表明:矿山生态修复研究领域的发文量总体呈上升趋势;国家之间合作频繁,已形成以中国为主要核心,以美国、澳大利亚、西班牙等欧美国家为次要核心的研究网络;国际高产机构间合作紧密,国内高产机构间缺乏联系;研究热点聚焦于煤矿修复、植物修复技术、土壤重金属修复、微生物作用研究、修复效果评价、碳中和目标实践等.未来需要深入以土壤、微生物、植物为主的矿山生态基本单元的修复技术,推动无人机航测、机器学习等新兴技术在模型搭建和效果评价中的应用,并探索碳中和目标下的矿山生态修复路径.矿山生态修复研究目前处于发展爆发期,我国应将宏观监测与微观研究相结合,运用前沿技术,促进跨学科融合与跨领域合作,持续完善我国矿山生态修复的研究体系.

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自激振荡脉冲射流喷嘴可将连续射流转化为脉冲射流形式,脉冲射流通过对岩石造成周期性的“水锤”破坏,可有效提高破岩效率.喷嘴振荡腔作为射流形态调控的核心部件,且现有直线型结构存在能量耗散问题,制约射流性能,开展了腔径比(振荡腔长度L/上喷嘴直径d1)对喷嘴外流场脉冲射流性能的影响研究,优选出最佳腔径比范围.基于流场结构角度,分析腔室内低速区与射流性能的动态变换关系,利用贝塞尔曲线优化振荡腔壁面形状.开展振荡腔壁面形状优化前后喷嘴的自激振荡脉冲射流破岩冲孔试验研究,对比验证喷嘴振荡腔形状优化效果.结果表明,腔径比在5~6范围内时,振荡腔内部低速区域最小,外部流场射流性能最佳;优化后喷嘴外部流场平均速度增大了16.99％、峰值速度增大了16.74％,脉冲射流冲击岩石造成的冲孔直径较原喷嘴增大了25.45％、深度增大了24.27％、体积增大了18.32％,自激振荡脉冲射流喷嘴性能得到有效提升.

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当前矿车路径规划算法在面对矿山复杂地形时,普遍存在搜索效率低、规划路径长等问题,研发高效精准的路径规划方法成为亟待解决的关键问题.创新性地提出了两层运输路径规划方案,上层采用改进A*算法初步规划节点间的路径,下层采用改进麻雀搜索算法(ISSA)进行整体路径优化,确保整体路径的能耗与代价最小化,以期实现高效精准的矿山运输路径规划.结果表明:改进A*算法与ISSA的两层运输路径规划方案不仅实现了路径能耗最小化,还实现了路径代价最小化,有效提升了路径规划效率与安全性;在路径规划中,研究所提方案不会受到障碍物干扰,不存在绕远路的情况,能够以最短的路径到达目的地,具有良好的避障与最短路径规划能力,且在具有复杂地形的矿山三维地形图中,能够快速求解出能耗更低、路径代价更低的目标函数值;改进A* 算法与ISSA的两层运输路径规划方案求解的最短运输距离仅为3 125.36m,货损、运输及碳排放成本分别为1 028.63元、3 968.57元、335.18元,运输时间仅为1 836.39s,均低于基于遗传蚁群强化学习算法的矿山运输路径规划方案.

Abstract:

为优化矿井无线通信系统天线布局,采用入射及反弹射线法(Shooting and Bouncing Ray tracing,SBR)构建宽5m、高3.4m 的矩形巷道三维模型,从传输距离、纵向切面和空间分布多尺度系统分析0.9GHz、2.4GHz和3.5GHz频段在巷道内的功率衰减特性,并研究天线位置对无线传输的影响.结果显示:0.9GHz频段传输特性优于其他两个频段,不同传输距离的纵向切面功率均值较2.4GHz和3.5GHz分别高出6.60~9.17dBm 和10.49~12.63dBm;天线最佳水平位置为距巷壁0.01~0.1m,当天线紧贴巷壁(距巷壁小于0.01m)部署时,功率空间分布呈非对称特性,发射天线同侧邻壁区的接收功率比对侧高1~4dBm;收发天线高度差小于0.5m 时可获得稳定且较强的接收信号.研究结果可为优化巷道中基站设置和天线布局提供参考,有助于推动矿山智能化通信系统的开发和建设.

Abstract:

滇西某低品位多金属硫化矿金、银、铜、铅、锌、硫、铁品位分别为1.92g/t、41.31g/t、0.39％、1.20％、0.42％、9.54％、34.92％,有害元素As的含量为0.22％.该低品位多金属硫化矿有价元素品位低、赋存状态复杂,矿物种类多、嵌布粒度极不均匀,综合回收难度大.采用化学分析及化学物相分析手段,对矿石中主要矿物的组成及相对含量,主要矿物的嵌布关系、嵌布粒度及解离度特征,金、银、铜、铅、锌、硫、铁的赋存状态等“基因特征”进行了详细的研究和测定,并据此拟定“铜铅混浮—铜铅分离—锌硫混浮—锌硫分离—弱磁选铁”的原则流程.实验室工艺验证试验结果表明,在磨矿细度为－0.074 mm 占90％条件下,可获得铜品位21.19％,含金52.40g/t、银558g/t,铜回收率74.50％的铜精矿;铅品位74.66％、含金24.85g/t、银1 730g/t,铅回收率82.54％的铅精矿;锌品位46.27％、锌回收率76.88％的锌精矿;硫品位45.54％、硫回收率81.91％的硫精矿;铁品位63.47％、铁回收率36.87％的磁铁精矿.

Abstract:

广东某铜硫矿生产采用“高碱选铜弱酸选硫”的工艺和药剂体系,针对现场酸碱消耗量大、浮选效率低、安全环保风险高等问题,进行了矿石性质和选矿工艺试验研究,确定了“低碱无酸”的工艺方案,研发了基于矿石性质的低碱铜硫绿色高效分选药剂体系.结果表明,采用B18捕收铜矿物、CD-S2替代部分石灰抑硫,硫酸铜替代硫酸活化、丁基黄药捕收浮硫的方案可有效替代现场“高碱弱酸”药剂体系,全流程闭路试验获得Cu品位20.84％、Cu回收率88.11％的铜精矿和S品位46.12％、S回收率94.68％的综合硫精矿.与“高碱弱酸”工艺相比,“低碱无酸”工艺铜精矿中铜品位和铜回收率分别提高了2.59个百分点和1.94个百分点,综合硫精矿指标相当,闭路试验粗选矿浆pH 由11降低至8.5,实现了“低碱无酸”环境中铜硫的清洁高效分选与回收.

Abstract:

针对黄铜矿与黄铁矿浮选分离效率低的问题,提出在浮选中使用新型巯基类捕收剂930药剂,通过傅里叶变换红外光谱分析揭示其选择性吸附机制,并结合矿物浮选试验验证其效能.试验结果表明,使用在巯基类捕收剂的基础上进行官能团结构重组得到的新型环保型高效捕收剂930药剂,对比传统捕收剂乙基黄药、丁基黄药,可使铜精矿回收率分别提高12.27％、4.77％,硫精矿回收率分别提高13.84％、1.99％,同时可使硫精矿的硫品位分别提高了3.37％、3.00％.新型930捕收剂的使用,优化了铜硫分离选择性,为硫化矿浮选分离提供了兼具高选择性与环境友好特性的新型药剂方案,对降低冶炼成本及减少碱性废水排放具有重要意义.

Abstract:

为探究不同磁化时间对微细粒赤铁矿反浮选的影响,分别对水、药剂、矿浆进行不同时间的磁化处理.通过检测不同磁化时间下溶液的电导率和表面张力、溶液与矿浆的黏度、以及矿粒表面的红外光谱和拉曼光谱的变化,揭示磁化时间对赤铁矿反浮选的作用机理.结果表明,在磁化时间为8min时,磁化效果最优,经磁化处理的水、淀粉和矿浆可使赤铁矿回收率分别提升2.3个百分点、4.16个百分点、3.84个百分点,而磁化十二胺使赤铁矿回收率下降3.56个百分点.磁化处理使溶液电导率上升,增加药剂的溶解度和溶液内电解质的浓度;还会使黏度增大,强化抑制剂效果,阻止赤铁矿颗粒上浮;减小了溶液的表面张力,使石英更易与气泡黏附,提高赤铁矿反浮选的回收率.红外光谱分析结果显示,磁化作用对药剂与矿物表面的相互作用产生影响,改变药剂在矿物表面的吸附量.

Abstract:

为有效解决传统磷矿反浮选脱硅阳离子捕收剂选择性差、仅适用于弱碱性环境分选的难题,研发了一种新型高效且适用于弱酸性环境分选的阳离子捕收剂SDTQ,并采用该药剂对贵州某硅镁质磷矿进行了浮选试验研究.结果显示:当pH＝6、SDTQ用量达到25mg/L时,石英纯矿物回收率接近100％,而氟磷灰石无明显可浮性;人工混合矿浮选中,在pH＝6、SDTQ用量为100mg/L的条件下,氟磷灰石和石英分离效果较好.在此基础上,以pH＝6脱镁磷精矿矿浆为研究对象,进行了捕收剂用量条件试验,确定最佳SDTQ用量为1.1kg/t.在该药剂用量下进行开路试验,获得了磷精矿中P2O5 品位35.38％、P2O5 回收率85.41％、酸不溶物含量5.53％的分选指标.最后通过“一粗一精一扫”的闭路流程,获得了磷精矿中P2O5 品位35.49％、P2O5 回收率90.31％、酸不溶物含量9.81％的良好指标.相比于十二胺,SDTQ使磷精矿品位提高了2.05个百分点,回收率提高了10.02个百分点.Zeta电位和接触角测量结果表明,SDTQ 通过静电作用选择性地吸附于石英表面,强化石英与氟磷灰石之间疏水性差异是实现磷矿反浮选高效脱硅的关键机制.原子力显微镜和傅里叶变换红外光谱仪测试结果表明,SDTQ捕收剂借助季铵阳离子基团与长链烷基的协同作用,以物理吸附的形式作用在石英表面.SDTQ 捕收剂可提高磷矿品位,降低药剂成本,并兼具经济与环保优势.

Abstract:

为探究不同磁性颗粒在永磁辊式磁选机选矿过程中的运动规律与分选机理,基于磁场梯度和颗粒的比磁化率,建立了磁力计算模型.采用ANSYSMaxwell软件模拟永磁辊磁系的磁场分布,获取磁场矢量数据后,通过EDEM 场管理导入仿真环境,并基于C＋＋ API进行了二次开发,扩展了EDEM 模拟磁力作用下的颗粒行为特征.模拟结果表明:磁性颗粒在高速度区的分布密度显著高于连生体颗粒和非磁性颗粒;当颗粒粒径从15mm 增大到60mm 时,颗粒的平均脱辊速度和最小脱辊速度呈增大趋势,最大脱辊速度则相反;当磁辊转速从10r/min提高到50r/min时,磁性颗粒、连生体颗粒及非磁性颗粒间的轨迹间距均有所增大,转速为30r/min时,颗粒分选效果较好.对本文提出的耦合仿真方法进行试验验证,结果表明,该耦合仿真方法可以相对真实地模拟磁性颗粒分离过程.研究结果为优化此类选矿技术提供了重要的理论依据和技术支持.

Abstract:

针对采用风力比重分选方法回收磷酸铁锂电池中铜、铝颗粒时分选精度不高的问题,对来自某工厂电池破碎分选系统的电芯破碎筛分后的铜铝混合物、风力比重分选后的铜粒产品、铝粒产品分别进行重液分选.试验结果表明,当重液密度为2.95g/cm3,固液比为0.35g/mL时,粒径大于0.630mm 的铜铝混合物的Al回收率达到96.99％,Cu回收率达到99.72％;粒径为0.630~0.104mm 的铜铝混合物的Al回收率达到97.62％,Cu回收率达到90.02％;铜粒产品的Al回收率达到96.44％,Cu回收率达到99.83％;粒径大于0.630mm 的铝粒产品其Al回收率达到99.66％,Cu回收率达到98.52％,粒径为0.630~0.125mm 的铝粒产品的Al回收率达到90.60％,Cu回收率达到96.46％.大粒径的原料经重液分选可得到铜和铝,小粒径的原料经重液分选可将铜、铝分开.研究结果为后序黑粉和金属颗粒的分选提供了基础.

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粉煤灰作为燃煤发电过程中产生的重要工业副产品,在CO2 矿化方面展现出巨大的应用潜力.为解决粉煤灰直接矿化CO2 效率低的问题,采用NＧ甲基二乙醇胺(MDEA)/二异丙醇胺(DIPA)混合胺溶液吸收CO2,以提高后续CO2 的固定效率.系统分析了不同MDEA/DIPA 配比、固液比、反应温度和反应时间对CO2 吸收和矿化效率的影响.结果表明,MDEA/DIPA混合胺溶液的性能优于单胺溶液,当MDEA∶DIPA 为1∶3、固液比为270g/L、反应温度为45 ℃、反应时间不少于30min时,CO2 负荷量最高,为1.66mol/L,矿化效率为45.2％.FTIR、XRD和TG分析结果表明,MDEA/DIPA混合胺溶液中主要含有CO23－、HCO3－、质子化 MDEA/DIPA和氨基甲酸酯;与原始粉煤灰样品相比,固体产物中CaCO3 含量显著增加,且主要以方解石形式存在.MDEA/DIPA混合胺溶液和粉煤灰将CO2 吸收与矿化相结合,为CO2封存和粉煤灰废物处理提供了借鉴.

Abstract:

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."

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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。

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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.

Abstract:

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。

Abstract:

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.

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:

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。

Abstract:

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。

Abstract:

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。

Abstract:

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 。