矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2021年第11期

• 海南铁矿倾斜中厚矿体开采方案优化研究

  任凤玉,明旭,李海英,王春贤

  海南铁矿保秀矿区的矿体为矿岩稳定性较差的倾斜中 厚到厚矿体,采用无底柱分段崩落法开采,设计垂直矿体走 向布置回采进路,生产探矿揭露矿体分支复合严重,分支矿 体的厚度及角度变化较大,垂直矿体走向布置回采进路导致 较大的采准工程量和预计较高的矿石损失与贫化。因此,提 出沿脉布置回采进路的采场结构的优化方案。与原设计方 案相比,优化后下盘矿石损失率可降低10.91个百分点,采 准工程量可节省28.4%。在充分利用矿山现有工程的基础 上,以分段双进路采场结构为主合理回采下盘矿量,同时诱 导上盘不稳围岩及时冒落。优化的开采方案可较好地适应 矿体产状与厚度的变化,显著提高矿床开采的经济效益。

• 房柱法采场结构参数优化研究

  贾敬锎,,甄利兵,,蔡泳,

  为解决某钨矿深部采空区稳定性差的问题,基于数值 模拟、熵权法、BP神经网络和混沌优化算法,对深部采场结 构参数进行综合研究,提出了一种采场结构参数优化的方 法。研究结果表明:合理的采场结构参数是保证采空区稳定 性的关键;采用此方法获得了采场结构的最佳参数:边缘矿 柱宽度为4.8m,采场内点柱宽度为7.8 m,矿房宽度为17 m,矿柱个 数 为 9 个。矿 山 应 用 后,获 得 的 实 际 回 采 率 为 79%左右,为采场优化结构参数设计提供了一种新的思路。

• 无井快速成槽技术在软破矿岩体中的应用

  王永定,张志贵,何建元,李明润,谭宝会,陈星明

  无底柱分段崩落法采场在进行正常回采之前需要先在 进路端形成切割立槽,以便为扇形炮孔的爆破提供自由面和 补偿空间。金川龙首矿西二采区无底柱分段崩落法采场矿 体及围岩均较为破碎,在此条件下若采用传统的“切割平巷 +切割天井”方式来形成切割槽存在效率低及安全性差等问 题。针对西二采区破碎矿岩条件,提出了一种“切割平巷+ 楔形掏槽中深孔+平行直立扩槽中深孔”的无井安全快速成 槽技术方案,并进行了工业试验,同时对该方案的成槽质量、 安全性等方面进行了综合评估。工程实践证明,“切割平巷 +楔形掏槽中深孔+平行直立扩槽中深孔”的成槽方案可以 在软破矿岩体条件下安全快速形成切割槽,值得在整个西二 采区崩落法采场进行推广应用。

• 抵抗线对爆破地震波衰减规律的影响研究

  李杰,赵明生,欧阳天云

  以相似理论为基础,利用量纲分析法推导出模型试验 应遵循的相似准则。构筑混凝土模型,进行不同大小抵抗线 的单孔爆破试验,然后利用 HHT分析方法从能量角度对爆 破地震波衰减情况进行分析。通过对爆破地震波瞬时能量 谱的分析,得出不同抵抗线爆破的地震波能量衰减变化情 况。研究结果对降低爆破振动和提高炸药能量利用率具有 一定的指导意义。

• 库水位变化下尾矿坝的滑坡机理及稳定性分析

  孙鸿昌,郝喆,陈红丹

  以歪头山尾矿库为实例,用强度折减法分析库内水位 变化对尾矿坝稳定性的影响,剖析相应滑坡机理,并与极限 平衡法计算结果进行对比,提出强度折减法的规范安全系数 标准。研究表明:尾矿坝内部浸润线随着库内水位上升而抬 高,正常水位下的浸润线最低;库内水位从正常水位上升到 洪水位和漫顶水位,尾矿坝失稳滑移方式由推移式滑坡转变 为牵引式滑坡;三维强度折减法与二维极限平衡法计算结果 较为接近,利用类比法推算出强度折减法的规范安全系数为 1.20,1.30,1.40。模拟结果可为完善尾矿库技术规范提供参 考,为矿山防灾减灾提供依据。

• 基于文本挖掘的尾矿库隐患因素关联分析

  陈聪聪,,赵怡晴,,姜琳婧,,唐舟,,田欣然,

  尾矿库作为人造高势能泥砂储存库,一旦发生严重的 事故,将可能产生泥石流灾害,造成严重的生命安全损失、生 态环境损失,甚至威胁社会的和谐稳定。对大量国内外尾矿 库事故案例进行统计、分析,并采用文本挖掘对其进行分词 处理,挖掘导致尾矿库事故的关键隐患因素,运用 Python语 言绘制了关键隐患词云图。基于此,采用 Apriori(关联规则 挖掘)算法分析了隐患因素之间的关联性,表征了隐患因素 导致事故发生的耦合关系。最后通过共现分析获取共现矩 阵,采用 Ucinet等软件将共现矩阵转化为共现网络,实现了 隐患因素间耦合关系的可视化。研究结果对防范尾矿库事 故、提升尾矿库安全管理水平具有重要参考意义。

• 矿山微震监测台网多目标优化决策模型研究及应用

  曹英莉,刘玉桥,邓红卫

  微震监测台网优化是保障微震监测系统性能的重要环 节。针对以往微震监测台网评价及优化中存在的不全面、不 客观问题,将微震监测范围与传感器安装参数两项指标引入 微震监测台网布设指标体系中,利用多元统计方法和 PCA (主成分分析法),借助 MIDAS和 FLAC3D以及 DIPS等软件 构建了微震台网多目标优化决策模型,并以某金矿为工程 背景,对模型的使用效果进行了验证。结果表明:所提出的 模型能够较好地服务于矿山微震监测台网布设与优化,且模 型评价指标 体 系 完 备,评 价 过 程 客 观,能 够 满 足 实 际 生 产 需要。

• 综采放顶煤不同阶段采空区立体自燃带分布规律研究

  赵文彬,张文明,刘辉,石新岩,王忠密,李振武

  基于综采放顶煤采空区煤岩冒落基础理论,提出了开 切眼和正常推进围岩阶段冒落力学性能差异导致的空隙结 构漏风动态差异模型;考虑冒落围岩长时间暴露导致其漏 风、蓄热环境及煤低温氧化性能的变化,对不同阶段采空区 的立体自燃带特点进行数值模拟和现场测试。Fluent模拟 表明:工作面推进初期,顺槽及开切眼附近漏风较大,采空区 中部冒 落 压 实 后 形 成 较 明 显 的 “O”型 圈,自 燃 带 范 围 为 15.7~52.5m;在空间垂直方向上,随着高度增加,由于冒落 的滞后性,开切眼和工作面附近中上部位置向采空区漏风逐 渐增加;正常推进过程阶段,两顺槽向采空区后部漏风逐渐 减弱,自燃带范围为25.5~40.5m,较开切眼范围减小,自燃 带和散热带分界线后移9.8m;鲁西南某矿3105工作面现场 的实测表明,开 切 眼 自 燃 带 范 围 由 14.9~60.5 m 减 小 为 24.25~40.95m,实测数值与模拟结果相吻合。

• 煤炭地下气化覆岩相似材料热损伤特性研究

  辛林,,韩立民,冯洺泽,李凯旋,吴景,李佳泽

  为了开展煤炭地下气化三维相似模拟模型试验,对覆 岩相似材料热损伤特性开展试验研究。对覆岩相似材料在 不同温度下处理,并进行单轴压缩试验,研究分析其力学性 能及热损伤特性随温度的变化规律。得出结论:加热后各试 件的直径稍微增大,高度有增有减,质量和密度降低;高温处 理后的试件其应力 应变曲线通常经历孔 隙 压 实、弹 性 变 形、断裂和破坏4个阶段;试件的抗压强度随温度的升高而 降低,试件经过600℃处理后,粗砂岩相似试件的抗压强度 从1.61MPa降低到0.622 MPa,降低61.38%,弹性模量从 0.29GPa降至0.12GPa,降低59.4%;细砂岩相似试件的抗 压强度从1.34MPa降低到0.65 MPa,降低51.57%,弹性模 量从0.28GPa降至0.12GPa,降低56.7%;选择弹性模量来 定义损伤变 量,试 件 的 热 损 伤 演 化 在 100℃ 处 存 在 一 个 阈 值,在这个阈值之前,试件颗粒的热膨胀作用只是用来填充 试件本身存在的孔隙裂隙,只有当试件在温度作用下将其内 部的孔隙裂隙完全闭合后,损伤才显露出来。

• 褐煤大分子模型构建及其低温条件下物理吸氧分析

  鲁金涛,何奕,程刚

  煤对氧气的物理吸附是煤炭自燃的过程之一。在假设 无化 学 吸 附 的 基 础 上,运 用 GrandcanonicalMonteCarlo (GCMC)对煤物理吸附氧气机制进行了系统地研究。首先, 测定了赤峰褐煤的表面分子结构参数,并构建了煤表面大分 子模型(CMM);其次,优化 CMM 并 添 加 了 周 期 性 边 界 条 件;然后,模拟了煤分子周期性边界条件单元(CBu)对氧气 的宏观吸附行为;最后分析了氧气分子和煤中各官能团的径 向分布函数(RDF)。结果表明,环境温度对氧气在煤分子上 的吸附量和产生的吸附热起负相关作用;煤分子主要通过范 德华力和静电相互作用对氧气进行物理吸附。模拟吸附的 分析结果对提高地下煤层防灭火效率,提高煤矿安全水平具 有重要意义。

• 核磁共振技术对热解煤孔隙结构分形特征研究

  胡鑫,王超勇,孙强,董再田

  为研究煤经过热处理后孔隙结构的变化,通过低场核 磁共振(NMR)技术,获得不同温度处理的煤岩横向弛豫时 间,根据不同横向弛豫时间的信号强度分析了不同孔径的孔 隙含量,进而得出孔隙特征随温度的变化规律。利用体视镜 获得表面的微观照片,以 Matlab数字图像处理法辅助观察 煤岩表面变化过程与加热后的现象。对核磁数据进行了分 形分析,获得各孔径区间的分形维数 Dx 与整体分形维数 DNMR。结果表明:微孔对 DNMR的影响最大,呈正比关系,而 与温度、总孔隙度相关性不大。

• 岩体裂纹扩展液 热 力耦合模块数值模拟研究

  沈宝堂,,孟文航,张士川,陈兵

  为研究液 热 力三场耦合作用下深地工程岩体裂纹 扩展演化机理,基于现有裂纹扩展模拟优势软件 FRACOD, 进一步研发了液 热 力(H-T-M)耦合模块。此模块采用 间接边界元 位移不连续法进行力学数值计算(岩体的变形 和裂纹扩展)和瞬态热流模拟,用迭代法模拟裂纹扩展过程。 通过地热能开发、地下天然气液化存储工程案例进行分析验 证。模拟结果表明:①注入的流体温度与围岩温度不同时, 流体在裂隙中流动引起热交换,在岩体内部产生温度压力, 促进了裂纹扩展;②冰膨胀对岩石应力的影响随着裂隙孔径 的增加而增大,所产生的压应力使岩体中的裂隙闭合,降低 了流体泄露的风险。得到的试验结果能够清晰地反映出裂 纹、不连续面及其扩展过程和演化规律,验证了该模块的可 行性和优越性。

• 保水剂与鼠李糖脂联合吸附荒漠矿区土壤Cd的效率研究

  马玉,,汪溪远,师庆东,,袁婷婷,,王志强,

  应用环境友好型材料吸附重金属是当前土壤污染治理 研究的热点之一。采用单因素试验法和正交试验法,探究了 绿色环保高分子材料 保水剂和生物表面活性剂鼠李糖脂 联合吸附高盐碱性土壤中的 Cd2+ 。试验结果表明:两种材 料联合作用的吸附率大于单一材料的吸附率,温度为45℃ 时,Cd2+ 吸附率达到98%;吸附的最佳时间为3h;碱性条件 下,两者联合吸附 Cd2+ 的效率更高;随着鼠李糖脂浓度的增 加,Cd2+ 的吸附率先降低后增加,当在浓度达到2g/L时,吸 附率最大;水土比为5∶1时,Cd2+ 的吸附率最高达到99%; 保水剂用量的增加会使吸附率增高,当达到饱和后,吸附率 在一定范围内趋于稳定。正交试验表明,对 Cd2+ 吸附率影 响最大的因素为鼠李糖脂的浓度,其余依次为 pH 值、时间、 保水剂用量。最佳的吸附组合设计为:保水剂用量0.05g, 鼠李糖脂浓度1g/L,时间9h,pH 值10。试验的结果为干 旱荒漠矿区实施土壤修复和生态修复提供了新思路。

• 重力压实作用对空隙率的分布特征研究

  王少阳,邓哲,路增祥,,马强英,邹旭

  溜井放矿过程中堵塞问题与储料内部空隙率分布特征 密切相关。以松散岩体分维数为基础确定贮矿段不同高度 的储料空隙率,通过理论推导得到储料总质量、贮矿标高与 空隙率之间的关系,结合相似模拟试验与理论分析结果进行 比对,误差值小于0.05,验证数据符合实际,并对数据进行拟 合得到储料总质量、贮矿标高与空隙率的关系式;研究发现 空隙率变化并不会随贮矿高度的增加而变小,重力压实作用 会影响距离储料面7~10m 范围内的空隙率,当空隙率达到 最小值后趋于不变并达到空隙率极限;通过理论计算与相似 试验结果对比分析,根据单位高度处不同级配测到分维数,其 结果与空隙率成正比;结合研究结果,在控制卸矿粒径和储料 高度、放矿管理3个方面提出了合理利用空隙率大小以及矿 岩流动性的具体措施,对矿山生产实践具有一定的指导意义。

• 粗糙节理直剪特性试验研究

  吴备创,,冯禹杰,,汪贵春

  利用高强度石膏浇筑3组不同粗糙度节理面试样,进 行常法向应力约束条件下的直剪试验,研究了粗糙度和充填 物对节理剪切力学行为的影响。研究表明:节理剪切应力 剪切位移曲线受粗糙度、充填物的影响,可分为有峰型与无 峰型两类;节理峰值剪应力随粗糙度增加而增大,而充填物 的存在弱化了粗糙度对剪切强度的影响;非充填节理与粗糙 度较大的充填节理在法向变形方面均呈先剪缩后剪胀类型, 对于粗糙度较小的充填节理,其剪胀行为主要受充填物控 制,表现为纯剪缩类型;节理破坏类型不是单一的,整个剪切 过程是滑移、啃断、断裂和拉伸破坏等行为的组合,通过试验 分析,可将节理岩体破坏机制划分为滑移 切齿机制、切齿 断裂机制、充填界面间滑移 不完全剪断机制。

• 煤体三轴不同围压下的动态压缩特性

  程春晖,薛生,韩一丹

  冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害事故是 影响煤矿安全生产的主要问题之一。为研究煤体周围应力 对动力灾害演化过程的影响,采用主动三轴霍普金森压杆 (SHPB)试验系统,对相同加载率不同围压下煤体开展三轴 动态压缩试验研究。试验结果表明,随着围压增加,煤体的 峰值强度呈线性增长,其线性拟合度为95.88%,宏观破碎状 态由完全破碎向未破碎稳步过渡;此外,围压大小不改变煤 体从加载至损伤破碎的所需时间,只改变其动态强度和破坏 应变大小。试验结果说明煤层水平主应力越大,煤体所需完 全破碎的能量越大,且动力灾害的破坏程度越剧烈;并且,煤 层赋存区域应力场大小不改变单位体积煤体的灾变时间,只 会影响灾害破坏强度和剧烈程度。该研究有助于完善三轴 煤岩动力学,为研究煤体赋存应力场环境对动力灾害的影响 提供了理论基础。

• 支护区冒顶巷道控顶修复技术研究与应用

  李晓飞,,宋卫东,修国林,崔非非

  焦家金矿某巷道原采用 U 字钢+槽钢棚顶支护,因 U 字钢顶板及右帮出现不同程度冒落导致修复难度较大,针对 支护区巷道冒顶破坏的原因,提出并通过试验对比,最终确 定了菱形支护+发泡材料 A、B配比1∶0.95充填控顶的技 术方案。理论分析和现场工业试验证明,采用菱形支护+发 泡材料 A、B配比1∶0.95充填控顶技术有效控制了巷道顶 板冒落,能够确保巷道在采动应力作用下的稳定。

• 复合顶板中锚固力扩散模型及其支护参数优化研究

  杜帅,康天合,张智敏

  为研究复合顶板中锚杆锚固力的扩散规律,以大阳煤 矿3306轨道顺槽为工程背景,采用应力扩散效应、梁弯曲理 论和现场监测手段,构建复合顶板中单根锚杆锚固力扩散模 型和锚杆间排距设计优化模型,并通过现场工程应用对该模 型进行了验证。结果表明:锚固应力穿过复合顶板岩层界面 时发生应力衰减和应力扩散角突变是导致复合顶板与均质 岩层中锚固应力分布差异的本质原因;基于优化模型得到的 支护方案在保证顶板安全的同时,比原方案锚杆间排距增加 了180mm;锚杆间排距随锚杆预紧力的增加呈线性规律增 大,随下岩层与上岩层厚度比的增大呈对数型规律增大,随 下岩层与上岩层弹性模量比的增加呈指数型规律增大;预紧 力对锚杆间排距的影响最大,厚度比和弹性模量比次之,由 于顶板岩层弹性模量不易改变,优化支护时优先考虑提高锚 杆的预紧力;研究成果对复合顶板的支护理论和支护设计优 化方案提供理论依据。

• 过空巷硫铝酸盐水泥基柔模泵送材料的制备研究

  薛浩东,刘伟,侯泽彪,刘昊运,廖霖

  依据硫铝酸盐水泥基材料快速凝结、水灰比高等特点, 研制了一种适用于空巷支护柔模袋支柱的单液泵送材料。 通过对不同配比原材料的强度进行试验研究,得出最优组分 为硫铝酸盐水泥熟料50%、石膏41.7%、石灰8.3%。然后 分别研究缓凝剂、减水剂对材料流动度的影响规律,得出最 佳掺量范围。采用正交试验的方法,分析得出最佳配比分别 为缓凝剂0.2%、减 水 剂 0.3%、速 凝 剂 ① 0.1%、速 凝 剂 ② 1%。在此掺量下,材料在23min时流动度达到300mm,4 h、3d、14d强度分别达到7MPa、12.4MPa、18.5MPa,达到 空巷施工及支护要求。

• 钢渣基固结粉胶凝材料开发与应用研究

  郭斌,王立杰,王社光,王庆刚,杨晓炳,谢安铭

  针对中关铁矿高泥尾砂,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏等 固废资源,开展替代水泥的钢渣基固结粉胶凝材料研究。首 先进行全尾砂及活性胶凝材料物化及粒径分析,然后开展钢 渣基固结粉胶结充填体强度试验。根据正交试验极差分析 及回归分析,确定钢渣基固结粉优化配方为钢渣35%、脱硫 石膏18%和矿渣微粉47%;其尾砂胶结充填体强度约是水 泥强度的1.5倍,材料成本仅为42.5普通硅酸盐水泥成本的 40%左右。工业试验结果表明,尾砂胶结充填体7d、28d抗 压强度超过工业充填设计指标,钢渣基尾砂充填固结粉满足 矿山充填采矿要求。

• 内蒙古获各琦铜矿石选矿试验研究

  许永伟,,,葛晓明,,,谢兰馨,,,赖春华,,,王帅,胡生福,,

  内蒙古获各琦铜矿石选矿厂采用丁基黄药作铜捕收 剂,２号油作起泡剂,通过“一次粗选,两次扫选,三次精选” 工艺流程,最终可以获得精矿品位为 ２０．００％,铜回收率为 ９４．００％的铜精矿.针对深部开采铜原矿品位逐年下降引起 的铜金属产量下降,对矿石进行了详细的工艺矿物学研究, 查明了铜矿物嵌布特征,在此基础上,试验采取了３种方法: (１)开发了新型高效铜捕收剂 XK４１９,XK４１９与戊基黄药组 合强化回收尾矿中损失的铜矿物,尤其是对部分铜矿物连生 体的回收,提升铜精矿回收率至９５．００％以上;(２)采用铜粗 精矿再磨工艺,提升铜精矿品位至２４．００％以上;(３)采用木 质素有效抑制再磨后解离的磁黄铁矿,采用“一次粗选、三次 精选、两次扫选、粗精矿再磨”工艺流程,在原矿含铜１．０４％、 含银４．５９g/t的条件下,可以获得含铜２４．２５％、含银６９．７０ g/t,铜回收率９５．２４％、银回收率为６２．００％的铜精矿.新工 艺铜精矿铜品位较原工艺提高了４．２５个百分点,铜精矿铜 回收率较原工艺提高了１．２４个百分点.

• 新型抑制剂在铜与微细粒滑石分离中的应用研究

  王晓,祁忠旭,买灵,韩远燕

  某高滑石铜多金属矿选厂采用优先反浮选滑石再浮选 硫化矿工艺,脱除的滑石产品含 Cu0.107%,粒度微细,回收 难度大。采用新型滑石抑制剂进行铜与滑石矿泥分离试验, 可获得Cu品位为15.16%、回收率为60.92%的铜精矿,有效 地回收了滑石矿泥中微细粒铜,提高了铜的回收率。新型滑 石抑制剂性能稳定,抑制效果好,药耗低,无毒无污染,是新 型高效环保型矿用药剂。

• 某低品位铀矿微生物柱浸试验及其菌群分布规律分析

  马晋芳,,李乾,,孙静,,杨雨,,蒋熊睿,,曾海滨,,李广悦,,史文革,

  为了探明混合浸矿细菌菌群对低品位铀矿的浸出特性 及菌群分 布 规 律,研 究 了 用 混 合 菌 群 (A.ferrooxidans、L. ferriphilum、At.hiooxidans)柱浸某低品位花岗岩型铀矿石 过程中浸出液参数变化、上下层矿石钝化层的表面特性及微 生物群落的分布规律。结果表明,该铀矿石经过20d酸浸、 57d菌浸之后,铀浸出率达到82.56%左右,其中上层矿石铀 浸出率比下层高约1.49%,为83.3%左右,且上层矿渣表面 钝化物产生量比下层更少。菌群群落结构分析表明,浸出液 中 优 势 菌 群 为 L.ferriphilum、A.thiooxidans、A. ferrooxidans,而上层矿石表面优势菌群为 At.hiooxidans、 A.ferrooxidans,下层矿石表面优势菌群为 At.hiooxidans、 L.ferriphilum。研究结果为混合菌群浸铀工艺的实践应用 具有一定的指导意义与参考价值。

• 新疆某多金属矿铜铅混合精矿铜铅分离试验研究

  杜文娟,鲁涛峰

  为解决新疆某多金属矿铜铅分离困难、互含严重的问 题,开展了铜铅分离工艺条件试验。试验采用混合精矿压滤 协同活性炭脱药,将重铬酸钾、水玻璃、CMC 进行组合作为 抑制剂,Z-200作为捕收剂,经一粗两精一扫,可获得:Cu品 位为20.34%、回收率为92.38%、含 Pb量为6.46%的铜精 矿;Pb品位为51.09%、回收率为95.13%、含 Cu量为0.68% 的铅精矿,铜铅分离指标良好。

• 基于分形理论的磁铁矿石多级破碎演化特征

  高锋,,甘德清,甘泽,邵静静

  为研究磁铁矿石多级破碎的演化特征,基于岩石破碎 分形理论,构建了磁铁矿石多级破碎的物理试验模型,采用 落锤冲击试验机开展不规则磁铁矿石多级破碎试验,模拟磁 铁矿石从初始粒度破碎至目标粒度的一般过程,实现了矿石 机械破碎过程的室内试验反演,揭示了碎块粒度与分布特征 逐级演化规律。结果表明:粒度级配曲线、平均粒径、中值粒 径和粒度分形维数可完整描述磁铁矿石多级破碎演化特征; 随着破碎级数的增加,磁铁矿石的粒度级配趋于均匀分布, 级配变化程度逐渐减小;碎块平均粒径与中值粒径降低,但 降低幅度逐渐减小,平均粒径的变化梯度更为显著;磁铁矿 石每级破碎结束的碎块粒度分布具有分形特征,多级破碎过 程具有自相似性,每级破碎结束后碎块粒度分形维数增大, 但增大速率逐渐减小,最终趋于稳定值。研究结果提出了一 种通过落锤冲击多级破碎模拟矿石机械破碎演化过程的方 法,首次从物理试验的角度验证了矿石机械破碎过程符合破 碎分形理论,为磁铁矿石破碎粒度控制与工艺改进提供了理 论依据。

• 基于 QCM-D的金属离子在碳表面吸附脱附行为研究

  马晓敏,董宪姝,刘清侠,,樊玉萍,陈茹霞,常明

  金属离子在煤炭固液界面的作用机制对促进煤炭清洁 高效加工利用、水资源与矿物资源的高效循环利用及“碳减 排”具有重要意义。采用耗散石英微晶天平(QCM-D)研究 了 K+ 、Mg 2+ 、Al3+ 、Fe3+ 四种金属离子在碳表面的吸附脱 附行为。结果表明,浓度和价态的升高均有利于提高金属离 子的吸附作用,四种金属离子与碳表面的作用强度由高到低 排序为:Fe3+ >Al3+ > Mg 2+ > K+ ;K+ 和 Mg 2+ 表现为单 段吸附,在2min内达到吸附平衡,随着吸附量增加,吸附层 的密实程度无明显变化,用水清洗后可完全脱附;AlCl3 溶 液只有在100mmol/L高浓度情况下的吸附是完全可逆的, 在10mmol/L和50 mmol/L 的低浓度情况下,AlCl3 表现 为两段吸附特性,第1段吸附物的量虽少,但比第2段吸附 物密实,脱附后仍有少量密实性吸附物残留;FeCl3 溶液与 其他溶液均有较大区别,在研究的10~100mmol/L浓度范 围内,吸附均不完全可逆,浓度越低,多段吸附和不可逆吸附 特性越明显,脱附后的残留量越高,脱附过程中结构较为松 散的吸附物优先从表面脱附,结构较为密实的吸附物残留到 了碳表面。FeCl3 和 AlCl3 的不可逆吸附行为与其水解反应 有关,浓 度 越 低,越 容 易 生 成 不 可 脱 附 的 Fe(OH)3 和Al(OH)3。

• 基于螺旋截齿切削技术的深海富钴结壳 切削参数计算与试验研究

  江敏,,吴鸿云,陆新江,刘伟,陈秉正

  对海底富钴结壳底质特性进行了研究,提出适合于富 钴结壳矿体资源的切削破碎方法,基于灰铸铁切削经验公 式,采用等值换算法,构建了深海富钴结壳切削破碎技术参 数计算模型,获得切削力与功率的经验计算公式;基于富钴 结壳矿床特性,研制了富钴结壳模拟底质和地形,开展了实验室 模拟结壳切削试验。试验结果表明,切削深度为2.5cm 时,试 验获得的单齿切削力为1360N,与理论经验计算值1317N 接 近;另外,试验消耗功率8.55kW 和理论经验计算值8.12kW 也 较为接近,验证了该理论经验公式计算方法的合理性和可行性, 为后续深海富钴结壳资源开采技术研究打下了基础。

• 卡门涡街与伯努力效应组合式粉尘测量管道结构优化研究

  刘丹丹,单驰,代英鹏,李德文

  针对低粉尘浓度环境下电荷感应法粉尘浓度测量精度 过低的问题,基于伯努利效应和卡门涡街效应提出了一种组 合型测量管道结构,在伯努利管道的效应段加入涡街体,叠 加两种流体效应,增大流速以提高粉尘颗粒在环形静电感应 装置处的感应电量,从而提高静电感应装置的测量精度。利 用 Fluent 进 行 气 固 两 相 流 模 拟 仿 真 与 计 算,并 采 用 MATLAB计算不同粒径的粉尘颗粒通过环形静电感应装 置处所携带电荷量。结果表明:卡门涡街与伯努利效应组合 式结构的粉尘颗粒平均感应电荷量提高了26.10%,并在小 粒径下感应电量结果更为明显,在粒径7.07μm 以下的颗粒 感应电量提高了约32.36%,改善了静电感应法在小粒径粉 尘中测量精度不足的问题。

• 综掘工艺虚拟仿真系统设计及关键技术

  闫莎莎,冷超,傅颖霞,

  针对综掘工艺在三维虚拟仿真强交互性、现场情景高 贴合度等方面的不足,提出了基于 Unity3D 综掘工艺虚拟 仿真系统实现方法。以某矿综掘现场为真实场景,应用 UG 建模和3DMax的方法实现综掘工艺虚拟场景搭建和综掘工 艺设备各部件运动仿真,通过 GUI交互界面,实现各部件间 的交互运动,最后将所建模型文件导入 Unity3D 系统,进行 运动仿真交互设计。根据学习测试结果,该系统实现了综合 机械化巷道掘进工艺的可视化交互仿真操作,各操作项模块 间转换流畅。系统易于操作、场景明晰、实操性强,适用于工 人岗前培训、学生实操训练和试验教学,对丰富学习过程、提 升学习者对巷道掘进工艺的学习效果具有良好助益。

• 改进 YOLOv4算法井下人员检测的研究

  李若熙,吕潇,张元生,李越,刘鹏

  针对矿山企业井下作业人员工作环境光线暗、干扰因 素多、常用井下行人检测的方法精度低、速度慢等问题,提出 基于 YOLOv4算法的井下人员检测系统,引入信息熵的 Kmeans聚类确定目标检测的中心点,提高网络对目标特征的 提取能力。试验结果表明,采用 GeForceRTX2060显卡,相 比人员检测常用的 SSD、FasterR-CNN算法,改进 YOLOv4 算法提高了检测率,平均检测精度达到97.72%,检测速度为 32帧每秒,满足井下人员实时检测的需求。

• 基于自适应 MSRCP算法的煤矿井下图像增强方法

  阮顺领,,刘丹洋,白宝军,顾清华,

  煤矿井下视频监控技术是保障矿井安全生产的重要手 段,而 图 像 的 质 量 直 接 关 系 到 监 控 的 有 效 性。 多 尺 度 Retinex算法被广泛应用在矿井图像增强上,为了达到最佳 效果,往往需要手动调整高斯尺度、增益和偏移等参数。为 了解决这一问题,提出一种基于自适应 MSRCP算法的煤矿 井下图像增强方法,使用粒子群优化算法(PSO)对带有颜色 保护的多尺度 Retinex算法(MSRCP)进行参数自适应调整, 并在不同的矿井环境中与常用的 Retinex标准方法做了对 比试验。试验结果表明,所提出的方法对矿井图像增强时能 有效抑制噪声和光晕,在色彩和边缘处理方面有所提升;矿 井监控图像增强试验中,均值、方差、信息熵和峰值信噪比4 个 客 观 评 价 指 标 较 传 统 MSRCP 算 法 平 均 分 别 提 高 了 5.53%、22.06%、1.34%、7.75%。

• 柿竹园矿非均衡品位多金属多目标配矿优化研究

  黄麟淇,何斌全,吴阳春,沈慧明,兰晓平,尚雪义,李帅,林卫星

  为解决柿竹园多金属矿地下露天协同开采后各出矿点 矿石品位非均衡难以满足选厂选矿要求的难题,采用矿石品 位、采矿回采率、生产能力、采掘运输成本等优化指标,构建 基于采选流程下的柿竹园地下露天协同开采的多金属多目 标精细化配矿模型,借助 MATLAB软件采用自适应性遗传 算法求解该模型,编制相应的日出矿计划,优化配矿以提高 选厂回收率。以柿竹园2019年8月生产作业计划为背景进 行研究,结果表明:多金属多目标精细化配矿模型可以用于 地下露天协同采矿的短期生产作业计划编制,采用理想点法 求解的结果能很好地平衡矿石品位、生产能力、采掘运输成 本和回采率之间的关系,钨、钼、铋的选矿回收率分别提高了 8,12,15个百分点。

• 提高露天煤矿开采计划动态排序优化效率的算法

  孔文源,顾晓薇,王青,胥孝川

  现有露天煤矿开采计划动态排序优化的一般模型,在 同时优化生产能力、开采顺序、开采寿命三要素得到最佳计 划过程中,需要限制产能上下限区间,若上下限区间太窄,可 能错过最佳产能,区间太宽则会花费较长计算时间。鉴于 此,提出用移动求解域算法及随机波动算法来解决该问题。 移动求解域算法按照一定区间宽度逐次移动年产能约束区 间,算出每次移动的约束区间中的“本地最佳计划”,待约束 区间覆盖产能上下限后,从所有“本地最佳计划”选出全局最 佳计划;而随机波动算法则是通过随机地波动移动求解域算 法中得到的最佳计划的产能,得出新的最佳计划,来对比验 证移动求解域算法的最佳计划是否最优。应用案例结果表 明,动态排序优化的一般模型配合移动求解域算法及随机波 动算法优化露天煤矿开采计划并得出最优开采方案用时4 min,比单独用一般模型优化的50h用时快了750倍,运算 效率得到显著提升。