矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2021年第2期

• 厚煤层综放开采优化研究与配套实践

  曹健洁,宋选民,李昊城,张光磊

  为确定王家岭矿１２３０９工作面厚煤层综放开采合理的 机采高度,采用FLAC３D有限差分程序及PFC２D离散元程序, 对比分析了不同采高下顶煤的破坏特征、煤壁稳定性及放煤 效果.结果表明:采高为３m 时,工作面前方支承应力峰值 最大,此时煤壁的水平变形程度和控顶区顶煤的破碎程度适 中,且放煤过程中顶煤的回采率最高、含矸率最低,分别为 ８６．１％、８．４％.由此确定 １２３０９ 工作面合理机 采 高 度 为 ３ m,并在此基础上结合地质条件,对工作面主要配套设备进 行了合理选型.

• 超长工作面深孔预裂卸压沿空留巷技术研究

  李明,李巍,张鹏

  针对超长工作面沿空巷道围岩易松软、破碎,巷道支护 困难等问题,以陈四楼煤矿２８０３工作面安全高效开采为工 程背景,应用深孔预裂卸压沿空留巷技术改善围岩控制效 果.通过理论计算,确定进风巷深孔预裂卸压的最佳高度为 １７m,同时对进风巷沿空留巷进行加强支护,工程实践及应 用效果实测分析表明:(１)工作面前方３条巷道的变形趋势 均为随着与工作面距离的减小而增大,其中进风巷的变形量 最大,回风巷次之,中间巷变形量最小,两帮最大移近量为 １９８mm,顶底板最大移近量为１２０mm;(２)进风巷沿空留巷 段:工作面后方１５m 范围内巷道变形速度最快,１５ m~７０ m 范围内巷道变形速度减慢但变形量仍持续增长,７０m 以 后渐趋稳定,巷道两帮最大移近量为７１０ mm,顶底板最大 移近量为２９５mm,由此可知,２８０３超长工作面深孔预裂卸 压沿空留巷效果较好.

• 高应力环境水平矿柱稳定性对回采顺序响应特征

  张中信,吴顺川,程海勇,张小强

  深部资源高效开采逐步常态化,深部高应力环境引发 的系列安全问题已突出显现,为深部资源高效回采提出了巨 大挑战.针对深部多中段多矿房同时回采中的安全问题,从 回采顺序合理优化的角度,阐述了回采顺序让压作用原理, 通过数值模拟试验进行了水平矿柱稳定性观测,分析了水平 矿柱稳定性对回采顺序的响应特征,提出了水平矿柱稳定性 调控方案.研究结果表明:回采顺序对水平矿柱稳定性影响 较大,在同时开挖条件下,水平矿柱内最大主应力迅速增加, 极易造成矿柱破坏性失稳;顺序回采条件下,水平矿柱内最 大主应力产生缓慢调整和转移,水平矿柱内最大主应力均小 于同时开挖工况.隔一采一条件下最大主应力较顺序回采 增加２％,但能有效保证多盘区同时施工,同时降低了高应 力集中效应,为深部资源安全高效回采提供有利环境.

• 工广煤柱开采引起的井筒损害的预测分析研究

  徐勇,,吴侃,刁鑫鹏,白志辉,李大屯

  为确保峰峰矿区牛儿庄矿工业广场煤柱开采期间矿井 井筒的安全运行,通过 FLAC３D对模型分别施加不同大小的 下沉与水平移动来模拟开采产生的下沉与倾斜对井筒造成 的影响,预测主井井筒破坏的临界变形值,并将牛儿庄矿主 井井筒的实测变形数据作为位移边界条件施加至模型上,以 此判断现行开采对主井井筒的影响.研究结果表明:主井井 筒破坏的临界压缩变形为１．７mm/m,倾斜变形为４mm/m;目 前主井井筒变形值仍小于井筒破坏的临界变形值,现行开采 不会使井筒损坏;此外,分析得到后续开采时井筒发生破坏 的潜在范围,为牛儿庄矿工业广场煤柱开采时主井井筒的安 全运行提供了支持,同时对类似地质条件下的煤柱开采具有 借鉴意义.

• 基于 ANSYS/LSＧDYNA的磷矿开采状态下的地应力研究

  许江涛,杨振威

  为了准确探测采矿中未开采区地应力峰值的位置,降 低因矿山动力灾害所引起的安全事故.以豫西某磷矿开采 面为背景,通过 ANSYS/LSＧDYNA 建立整体模型,研究开 挖巷道长度为２．５m、３．５m、４．５m、５．５m 时,巷道方向的磷 矿石应力值变化情况,以及不同开采长度所引起的磷矿石应 力变化量.结果显示,巷道开挖方向的磷矿石应力值均增大 到一定值后逐渐减小,每开采长度为３m 时,所引起的磷矿 石应力变化量增大,砂岩、磷矿所受应力对各自内部应力波 波速 的 变 化 趋 势 基 本 相 同. 最 后,验 证 了 ANSYS/LSＧ DYNA 所得磷矿应力最大值位于距离当前位置８m 左右的 结论.研究结果为采矿过程中预防矿山动力灾害所引起的 安全事故提供了基础.

• 南京市幕府山某边坡稳定性评价及治理措施研究

  潘长胜,孙少锐,喻永祥,何伟,宋京雷

  针对南京市幕府山某山体滑坡问题,采用极限平衡法 和数值模拟法对边坡治理前后的稳定性进行计算分析.结 果显示,在天然工况下边坡水平最大位移约９．５７cm,处于稳 定状态,在暴雨及地震工况下边坡水平最大位移明显增大, 稳定性系数降低,且受暴雨影响更为明显,在暴雨工况下边 坡处于不稳定状态.采用削坡减载、锚杆加固以及布设截排 水沟等措施对边坡进行治理加固,坡体位移得到有效控制, 在天然、暴雨、地震工况下边坡稳定性系数分别提高至１．５５, １．３６,１．４２,均超过设计安全系数,边坡处于稳定状态,达到 了预期治理目标.

• 地下转露天开采矿山隐伏采空区的探测

  杨兆林,白旭晨,潘懿,牛小明

  为有效解决地下矿山转露天开采过程中隐伏采空区探 测难题,以袁家村铁矿露天下部隐伏采空区为研究对象,分 析了各类采空区探测方法的技术特征及应用情况.通过大 量现场试验研发了一套地球物理探测、钻孔探测、三维激光 扫描及声呐探测等多种技术手段相结合的探测方法,实现了 对袁家村铁矿地下隐伏采空区的精准探测,成功构建了高精 度采空区实体模型.本项探测技术的成功应用,为矿山露天 下部采空区处理提供了可靠的依据,对类似隐伏采空区探测 具有借鉴作用.

• 深部破碎巷道应力演化与围岩控制技术数值模拟

  罗豪,吴锐,王庆,张鹏辉

  为解决某金属矿深部破碎围岩巷道支护的难题,采用 FLAC３D对不同支护方案下巷道围岩失稳破坏情况进行了数 值模拟.分析了巷道在无支护、锚杆支护、锚喷支护和锚喷 ＋锚索支护等不同条件下围岩的变形规律.结果表明:在不 同支护条件下,巷道围岩垂直应力在距离巷道帮部约２m~ ５m 处出现了“耳廓型”的压应力集中;巷道围岩水平应力呈 现非对称“蝴蝶型”分布;锚杆、锚喷、锚喷＋锚索支护对控制 巷道变形有较好的效果,较无支护条件,顶底板最大位移量 分别减小约５０％、６０％、８０％;在巷道掘进过程中,巷道围岩 变形量的规律为:两帮＞顶板＞底板.然而,对两帮和顶板 采取支护后,巷道底鼓现象仍然严重,对此建议矿山对巷道 底板采用混凝土硬化处理.

• 考虑围岩性质劣化的软岩巷道破坏规律数值模拟研究

  曾冬艳,刘增辉,史金伟,王帅帅

  为探索高应力软岩巷道遇水劣化后的变形特点及破坏 形式,以陕西招贤矿北翼辅助运输大巷工程实例为背景,遵 循水岩作用下岩石力学性质劣化演化规律,采用 FLAC３D 数 值模拟,分别从围岩的塑性发育、剪切应力分布及沿深度范 围内岩层的移动等角度出发,分析了岩石轻微劣化、中等劣 化及严重劣化３种情形下的围岩变形情况,接着对巷道在 １０MPa、１４MPa、１８MPa、２２MPa４种不同水平应力环境内 的围岩变形情况进行了数值模拟研究.研究发现:巷道底板 及一侧帮部是劣化后的高应力软岩卸荷的关键位置,顶板受 劣化影响较弱,不良的高应力环境加上岩石岩性的劣化会加 剧围岩的变形、扩大围岩松动圈范围,严重危及巷道围岩自 身的主动承载能力.

• 考虑温度影响的竖井井筒运行期应力状态分析

  徐衍,,周晓敏,,马文著,和晓楠

  为了研究竖井井筒运行期温度及围岩性质随时间变化 对井壁受力情况的影响,应用弹性力学及热传导原理将井壁 与围岩两者统一建立模型,推导出井壁及围岩的温度应力表 达式.推导过程中考虑了围岩及井壁的蠕变性质,分析得出 运行期井壁及围岩的变温场为季节性的周期变化,围岩变温 随着与井筒中心距离的增大而最终趋向于零;考虑时间因素 时,井壁的应力场与围岩力学蠕变参数有关,设计井壁时应 考虑围岩的蠕变参数.

• 深部冻结黏土结构性对变形特性影响试验研究

  田竹华,林斌,李怀鑫,范登政

  为了研究深度冻结黏土结构性对变形特性的影响,对 淮北某矿不同温度下的原状土和重塑土进行无侧限单轴抗 压试验研究,对比分析原状土和重塑土内部结构差异.研究 结果表明:原状土在３种负温下均为软化型,重塑土在－５℃ 时为硬化型,－１０℃、－１５℃为软化型;随着温度的降低,原 状土和重塑土峰值强度均在增大,原状土的峰值强度均大于 重塑土,并且峰值强度在－１５℃时较接近;峰值应变差异明 显且重塑土的峰值应变大于原状土;引入切线模量比这一概 念,并对其进行修正,在－５℃、－１５℃时,原状土的弹性模量 接近重塑土的１．５倍,－１０℃时几乎接近.原状土和重塑土 变形特性存在明显差异,主要取决于土体内部未冻结水的含 量、开孔孔隙、闭孔孔隙和温度,研究分析结果具有一定的工 程参考价值.

• 冻融作用对黄砂岩声发射特征影响的试验研究

  李富平,,,王浩程,,,夏冬,,,贾淯斐,,

  为研究冻融作用对岩石孔隙率、抗压强度与声发射特 征的影响规律,对在－２０℃~２０℃的温度区间经历４０次冻 融循环的黄砂岩开展冻融损伤后的单轴压缩力学和声发射 试验.结果表明:黄砂岩在经历０~１５次冻融循环过程中, 孔隙率与冻融周期呈正相关,单次冻融使砂岩孔隙率增加 ０．０７％~０．０８％,超过１５次冻融循环后,试件的孔隙率的增 加速率逐渐降低并趋于０.黄砂岩抗压强度与冻融周期基 本呈负相关,单次冻融使其抗压强度降低０．８％左右;声发射 振铃累积数随冻融周期的增加而降低,但其降低速率与冻融 周期数呈非线性关系,经历２０次、４０次冻融循环后,声发射 振铃累积数分别较未经历 冻 融 循 环 的 岩 石 降 低 约 ５０％ 和 ７０％.研究成果可为寒区边坡岩体强度参数计算与稳定性 分析提供参考.

• 拉剪作用下岩石变形破坏演化的声发射特征研究

  王亚飞,柴文革,宋义敏

  采用含有不同偏置长度的预制裂纹花岗岩试件开展三 点弯试验,对拉剪作用下岩石变形破坏的声发射特征进行试 验研究.采用数字散斑相关方法对 CCD相机采集的散斑图 像进行计算,对声发射系统采集的声发射信号进行特征参数 分析.结果表明:随着预制裂纹偏置长度的增大,岩石峰值 荷载呈增加趋势;最大振铃计数发生后存在１s~５s的声发 射振铃计数空白期,加载至峰值前,声发射振铃计数的突增 情况及最大振铃计数量值与裂纹偏置长度无关;峰值前b 值 曲线非常稠密,高、低量值区段交互呈现,波动剧烈,此特征 可作为试件到达峰值的前兆信息,随着预制裂纹偏置长度的 增加,峰值附近岩石b值极差呈减小趋势;随加载进行,岩石 裂纹张开速率与错动速率的量值差值逐渐减小,在接近峰值 附近张开速率和错动速率均降低,随着预制裂纹偏置长度的 增加,振铃 计 数 激 增 处 由 张 开 速 率 激 增 转 变 为 错 动 速 率 激增.

• 不同频率增幅 降幅加卸载条件下红砂岩动力参数及耗散能研究

  朱明礼,令狐朋,唐胡丹,邓浩

  对饱和红砂岩在 RMTＧ１５０b岩石力学试验机上进行 了不同频率、不同动应力系数下的循环加卸载试验,探讨应 力增幅阶段和降幅阶段内红砂岩的动弹性模量、阻尼比、阻 尼系数、滞回环宽度等与加载频率和动应力系数的关系.结 果表明,在应力增幅阶段动弹性模量随着动应力系数的增加 而呈现抛物线递增,在应力降幅阶段动弹性模量随着动应力 系数的增加而呈现线性递增;阻尼比随着动应力系数增加呈 现开口向上的抛物线递减,随频率呈现幂函数递增;而阻尼 系数随动应力系数的增加呈现幂函数递减,随频率增加呈现 开口向上的抛物线递增;动应力 动应变滞回环最大宽度随 着动应力系数的增加,在应力增幅阶段呈现线性递增,而在 应力降幅阶段呈现抛物线递增.滞回环最大宽度随着频率 的增加呈现曲线开口向下的对数递增;滞回环最大宽度与幅 值的乘积与滞回环面积存在线性函数规律;在相同频率、相 同幅值条件下,应力增幅阶段的动弹性模量、阻尼比、阻尼系 数、最大滞回环宽度等均大于应力降幅阶段.

• 热 力耦合作用下砂质泥岩的单轴蠕变特性及本构方程研究

  曹孟涛,,武鹏飞,

  为了研究深部地下工程的稳定性,以砂质泥岩为研究 对象,采用 YDYＧ１００高温单轴蠕变机开展了恒定应力(６０％ σc)、不同温度(２５℃、５０℃、１００℃、１５０℃)条件下１００d的蠕 变试验,并引入温度对蠕变特征参数的影响,建立了改进型 Burgers模型.研究结果表明:在低温作用下,砂质泥岩呈黏 性固体特征,但随着温度的升高,其逐渐呈现黏性流体特征, 蠕变特征更加明显,具体表现为:随着温度的升高,瞬态蠕变 阶段的历经时间、蠕变应变增量逐渐增加,稳态蠕变率呈指 数增加趋势;２５℃时,砂质泥岩稳态蠕变率为４．２３e－６/d,而 在５０℃、１００℃、１５０℃温度作用下,砂质泥岩的稳态蠕变率 分别增加到５．３４e－６/d、１．１６e－５/d、３．９６e－５/d,分别为２５℃条 件下的１．２６倍、２．４７倍、９．３６倍;改进型 Burgers模型能够较 好地拟合不同温度条件下砂质泥岩的蠕变特征,拟合结果表 明,弹性模量E１随着温度增加而线性减小,弹性模量E２、黏 性系数η１、η２ 随着温度增加而非线性减小.

• 超临界CO２ 对煤体力学特性劣化影响研究

  何立国,杨栋

  超临界 CO２ 在强化开采煤层气的同时会引起煤体力 学特性的变化.基于此,试验研究了超临界 CO２ 温度和作 用时间对无烟煤煤体力学特性的影响规律,研究结果表明: (１)随着浸泡时间的延长,煤样的单轴压缩应力 应变曲线 峰值强度降低,且峰值变得不显著;随着浸泡温度升高,曲线 的弹性特征明显,曲线由无明显峰值变得峰值显著;(２)浸泡 时间和浸泡温度均会对煤体力学指标产生影响,浸泡时间小 于１d时,煤体弹性模量和抗压强度的减小幅度较为明显, 而后减小幅度逐渐趋于平缓,随着浸泡温度的升高,煤样的 弹性模量和抗压强度也缓慢增加;(３)超临界 CO２ 浸泡时间 对煤体力学特性的影响程度要显著于浸泡温度;(４)随着浸 泡时间的增加,煤样的变形破坏类型由拉剪破裂向剪切破裂 过渡,失稳类型由突发失稳转变为准突发失稳,随着浸泡温 度的升高,煤样破裂形式由剪切破裂变为拉剪破裂,失稳类 型由准突发失稳变为渐进破坏,最终变为突发失稳.

• 岩石与岩体性质的相关性研究

  任猛,王如江,陈翠刚,苏龙,胡耀焜,桂越

  为了解岩石性质与岩体性质的相关性,通过对阳泉矿 区的岩石和岩体进行测试,研究了岩石强度与岩体强度、岩 石波速与岩体波速的相关性.结果表明,岩石单轴抗压强度 与岩体强度具有相似的变化趋势,并且具有显著的线性变化 关系,经过拟合后的公式可以较准确地进行岩石抗压强度与 岩体强度的换算.岩石的波速均大于岩体的波速,通过比例 系数 K 表示岩体波速与岩石波速的变化关系,发现不同岩 石的比例系数并不相同,并且有较大差异,岩体的波速越接 近岩石的波速,说明岩体越完整.

• 托顶煤巷道全锚索支护参数匹配性研究

  张云峰,张飞腾,张永强,李冲

  为解决８０８０７工作面回风顺槽复合顶板下沉与支护体 失效问题,对托顶煤巷道的变形特点与主控因素进行了研 究,对比了不同支护体长度、预应力下的巷道支护效果,提出 了双层钢筋网和长短锚索组合支护方案,并通过数值模拟进 一步研究确定了不同预应力匹配下的巷道变形与顶板应力 分布情况,得出如下结论:顶板平均压应力随支护体预应力 增长而升高,现场应优先提升短锚索预应力,长锚索预应力 值应选取为 ２６０kN.根据研究结论确 定 了 工 业 性 试 验 方 案,实施结果表明巷道围岩控制效果大幅改善.

• 基于PCAＧBP神经网络的风积砂充填体强度预测

  邓念东,丁一,邢聪聪,曹晓凡,尚慧

  为 衡 量 矿 山 充 填 效 果,构 建 了 BP 神 经 网 络 模 型 和 PCAＧBP神经网络模型,对风积砂充填体进行强度预测.建 立模型后,选取影响充填体强度的黄土含量、风积砂含量、水 泥含量、粉煤灰含量、浓度及固化时间 ６个参数开展测试. 测试完成后,从数据的拟合度、网络的误差分析和预测结果 ３方面对模型的模拟效果进行评价.结果表明,BP 神经网 络模型数据的拟合度高,平均相对误差为１４．５７％,精度有待 提高;PCAＧBP神经网络模型数据的拟合度高,平均相对误 差为８．７１％,预测结果精度高,效果良好,可替代 BP神经网 络模型作为充填体强度预测的一种有效方法.

• 新型充填胶凝材料影响因素分析及配比优化

  齐兆军,刘树龙,孙业庚,刘国磊,李公成,王发刚,杨纪光,吴再海

  为解决山东某金矿充填成本高、早期强度低、二步骤回 采时充填体早期强度要求高等问题,将该金矿全尾砂作为充 填骨料,以水泥、石膏、生石灰和矿渣为胶结剂制备充填料 浆.在分析材料物化特性的基础上,开展３因素５水平正交 试验,借助 Designexpert软件分析充填体早期强度影响因 素的敏感性排序.试验结果表明:影响充填体强度最显著性 因素为水泥掺量,在龄期为３d和１４d时,石膏对充填体强 度的敏感性大于生石灰;龄期为７d时,生石灰对充填体强 度影响高于石膏.通过方差分析及回归优化,获得新型充填 胶凝 材 料 最 优 配 比 为 石 膏 ∶ 水 泥 ∶ 生 石 灰 ∶ 矿 渣 ＝ １．５∶５０∶４０∶８．５,充填体３d、７d、１４d强度可达０．８４MPa、 ２．４６MPa、２．６MPa,可满足该金矿开采的要求.

• 极细全尾砂胶结充填参数优化的试验研究

  秦健春,康虔,,何裕爵

  针对极细全尾砂胶结充填的充填体强度低、胶凝材料 消耗量大等问题,以某矿山为实例,通过细粒全尾砂性能评 价、自然沉降试验、塌落度试验、配比强度试验和自流输送试 验及计算和分析,获得了最佳的充填技术参数.试验结果表 明:全尾砂浆沉降２４h后其最大浓度为７３．４％,仅靠自然沉 降无法满 足 矿 山 连 续 充 填 作 业 的 要 求.当 全 尾 砂 浓 度 为 ７８％以上时,难于实现自流输送.为全尾砂浆浓度为７４％~ ７６％、料浆流量为１５０m３/h、管道内径为１５０mm 时,管内料 浆流速为２．３６m/s,管道输送阻力为２．１kPa/m~４．４kPa/m, 可实现自流输送的充填倍线为４~１１.当全尾砂浆浓度为 ７６％、灰砂比１∶４~１∶８时,充填试块６０d的强度为１．７８ MPa~３．６２MPa,可满足矿山采空区充填的强度要求.

• 胶结充填体强度特性试验研究

  张金,马聪,,金爱兵,,陈帅军,

  胶结充填体强度特性对采矿安全具有十分重要的影 响.以山东金鼎矿业胶结充填体为研究对象,对该矿尾砂及 ３种胶固料物理性质、强度特性进行了分析;在此基础上,以 ２号胶固料为胶结材料,设计了 １∶３．５,１∶３．８,１∶４ 和 １∶６共４种配比,５４％、５２％和５０％共３种浓度料浆制作的 胶结充填体试样,单轴抗压强度、扫描电镜以及 X 射线衍射 分析试验.结果表明:(１)金鼎矿业３种胶固料强度主要受 硬石膏掺入量影响,硬石膏会使胶固料水化反应比较完全, 从而使得其强度相对较高,强度与硬石膏掺入量正相关;(２) 尾砂细度以及充填料浆浓度对于充填材料静力学强度有明 显影响;(３)由于纤维状、针状和放射状的钙矾石相互搭接穿 插包裹在 C—S—H 凝胶和尾砂中,形成了稳定的水化产物, 但由于全尾砂粒度很细,骨料分布稀疏且料浆浓度较低,导 致试样强度不高,料砂比１∶４、浓度５４％以上的尾砂充填体 才能基本满足６０d强度３MPa的要求.

• 爆破对胶结充填体早期力学性能的影响研究

  甘肃,郑怀昌,杨雷,李公成,王劼

  充填体早期力学性能对于缩短二步骤回采周期具有重 要作用.借助爆破扰动试验装置对充填体进行爆破扰动模 拟试验,测试充填体的应变、抗压强度,借助 SEM 扫描分析 充填体的微观结构,研究了频繁爆破扰动对充填体早期力学 性能的影响.研究结果表明:随着龄期增加,抗扰动能力增 强,未施加轴向载荷下,横、竖向应变曲线不对称;充填体受 冲击扰动后,抗压强度下降,随着养护时间增长,受扰充填体 的抗压强度较未扰动充填体的增长大;冲击扰动可增大凝胶 体表面积,提高均质度,使未水化胶凝材料颗粒与释放出的 部分孔隙水、凝胶水发生水化学反应,生成水化产物填充孔 隙,降低孔隙率,弥补损伤,提高受扰充填体的强度.

• 结合改性硅胶对模拟煤层气中CH４/CO２的吸附分离研究

  倪诸希,,何胜,张勇,程银,王里奥,,宋雪,,王磊,,詹欣源,

  利 用 碱 土 金 属 (Ba)和 乙 醇 胺 (MEA)对 硅 胶 吸 附 剂 (SGA)进行结合改性得到改性硅胶吸附剂(SGAＧMEAＧBa), 对改性前后硅胶的理化性质、再生性能及其对模拟煤层气中 CH４/CO２ 混合气的分离效果进行分析.结果表明,经过碱 土金属(Ba)和乙醇胺结合改性的SGA 的比表面积和总孔体 积均有所下降;SGA 改性前后其主要官能团基本相同,改性 后出现了—NH２;除了改性后的SGA 中多了 Ba元素的衍射 峰外,改性前后其余物相结构没有特别的改变.经过碱土金 属(Ba)和乙醇胺的结合改性的 SGA 对 CO２ 的吸附量增大, 从１．３４ mmol/g增加到了３．３０ mmol/g,同时对 CO２/CH４ 混合气的分 离 效 果 增 强,对 CO２/CH４ 混 合 气 的 分 离 比 从 ９．１４提高到了９．９２.

• 超厚煤层定向钻孔瓦斯抽采负压优化研究

  郭鑫,,薛生,

  为了解决保德煤矿井下定向钻孔抽采瓦斯浓度低、抽 采有效期短的问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测相 结合的方法,优化保德矿定向钻孔抽采负压.结果表明:保 德矿８１３１０回风区域定向钻孔在抽采负压为１３kPa时,抽 采期内瓦斯浓度平均达到８８％,抽采瓦斯纯量平均为２．４８ m３/min,抽采效果最佳.

• 地浸采铀地下水修复技术研究进展

  陈约余,,张辉,,胡南,,丁德馨,,戴仲然,

  简述了地浸采铀地下水自然净化修复技术、抽出 再 治理修复技术、可渗透反应墙修复技术、化学沉淀修复技术 和微生物修复技术的原理,指出了自然净化修复技术、抽出 再治理修复技术、可渗透反应墙修复技术、化学沉淀修复 技术存在处理效率低、治理成本高、容易对环境造成二次污 染的问题,微生物修复技术具有投资少、见效快和无二次污 染的优点,进一步展望了微生物 电化学联合修复技术,是 地浸采铀地下水修复技术的研究方向与重点.

• 矿井火灾智能疏散模拟研究 ———以新疆某铜矿为例

  杨桦,范国良,唐志新,张无敌,陈一洲,吴迪

  为探究金属矿山火灾安全疏散问题,以某铜矿为工程 背景,应用 FDS模拟并分析了井巷通风时３种火灾场景下 的烟气、CO 浓度、能见度、风速及风压的动态分布规律;以 疏散工具、巷道疏散速度及人员容量为变量,采用Pathfinder 模拟得到了２７种矿井疏散场景的疏散行动时间与人员流动 变化规律;最后,基于火灾疏散模拟结果及相关经验公式对 矿井火灾疏散安全性进行了定量化判定.结果表明,该铜矿 在火灾场景下的反风效果满足安全规程要求;在罐笼竖井与 各中段斜巷接口位置增设避难硐室,更有利于安全疏散;将 FDS与 Pathfinder相结合,不仅优化了金属矿山火灾疏散模 型,也为矿井火灾疏散模拟教学提供了范例.

• 深竖井大运量多点驱动连续提升系统关键部件建模与分析

  程言丽,,李广,,余洪伟,,张孔亮,左英杰,,王西涛,

  深竖井圆环链连续提升传动系统在矿山有着广泛应 用,该系统的结构合理性以及运行可靠性对矿山安全生产和 稳定运营有着至关重要的影响.针对矿山深竖井大运量多 点驱动连续提升系统的特点,对该系统的关键零部件包括驱 动装 置、料 斗、圆 环 链 系 统 建 立 了 三 维 数 字 模 型,并 使 用 ANSYS Workbench对其结构的合理性进行了有限元分析 及求解,对驱动装置主轴的屈服强度、料斗的应变与总形变 量以及圆环链组的强度进行了校核分析,并对圆环链进行了 疲劳寿命计算,得到了圆环链等效应力云图以及圆环链最小 疲劳寿命曲线图,为多点驱动连续提升系统的进一步研究提 供了理论支撑.

• 基于离散元方法的PDC钻头切削齿破岩机理数值模拟

  刘彪,,吴杰,张俊,,石祥超,李双贵,

  工具破岩机理研究对于石油钻探、煤炭和矿物开采、隧 道和地下硐室建造等工程领域具有重要意义.切削工具的 结构参数及真实物理环境对破岩效果影响显著.采用离散 元方法模拟 PDC齿在不同切削速度、切削角度、切削深度以 及围压参数下的切削破岩效果,得出 PDC 齿受到的切削力 及岩石裂纹发育情况的变化规律.研究结果表明:在 PDC 钻头切削岩石过程中,切削力随切削速度和切削深度的增加 呈近似线性增加,切削角度为１０°时其切削力最小,围压会显 著增强岩 石 的 强 度 和 塑 性,从 而 影 响 PDC 切 削 齿 的 破 岩 效果.

• 基于采矿车动力学分析的改进 A∗ 算法全局路径规划

  陈昱衡,吴鸿云,郭旭,陈英皞,陈秉正

  为了在综合考虑时间和路程代价下规划一条用于多金 属结核采矿车避障的最优路径,提出了一种改进的 A? 算法 的全局路径规划.基于采矿车越坡的动力学分析,计算不同 坡度的越坡时间,构建体现多金属结核矿区独特地形元素的 模拟栅 格 地 图.引 入 参 数a? ,传 统 A? 算 法 的 代 价 函 数 g(k)被改进为距离代价函数和时间代价函数的加权和.采 用曲线拟合法和多余节点删除法避免了折弯处的４５°急转从 而平滑路径.仿真结果表明,通过选择合适的参数a? ,改进 A? 算法可以规划出综合考虑时间和路程代价的平滑避障路 径.以越坡数和路径消耗为评价指标,得到了改进 A? 算法 代价函数中参数a? 的最优取值为０＜a? ≤０．０１.

• 基于PSOＧFasterRＧCNN改进算法的矿石识别分类研究

  邓田,余翼

  为提升矿物的分选效率,基于机器视觉对矿石识别分 选算法进行研究.采用 PSOＧFasterRＧCNN 改进算法对矿 石二维图像进行识别分类,PSO 算法改进了 FasterRＧCNN 算法的收敛速度,使用了多尺度特征融合的方法,实现了对特 定矿石图像样本的识别.此外,还选择了 HOG＋SVM 算法和 KNN算法进行对比.结果表明,PSOＧFasterRＧCNN 改进算法 识别精确度高达９８％,精度和稳定度优于其他两种算法,实 际工程识别速度快,未来能满足矿石分选识别的应用需要.

• 基于布谷鸟算法的气味源识别方法研究

  方园园

  针对智能机器人结合气味传感器在复杂气流环境中单 一气体源检测效率偏低的问题,提出了基于固定步长的列维 飞行随机游走烟羽发现策略,以及基于布谷鸟搜索算法的烟 羽跟踪策略.首先,利用固定步长的列维飞行随机游走烟羽 发现策略有效定位空间区域;然后,采用基于布谷鸟搜索算 法的烟羽跟踪策略有效跳出局部浓度极值,使嗅觉机器人快 速朝气味源方向收敛.试验结果表明,相比于 Z 行烟羽发 现、相关随机游走运动、布朗随机游走运动等标准策略,该策 略在复杂的气流环境中具有误差更小、收敛更快的优势,能 够更好地帮助机器人跳出局部浓度极值,迅速收敛,进而准 确定位气味源.

• 基于涡街效应的静电感应式煤尘多参数测量

  刘丹丹,杨磊,李德文,汤春瑞,韩东志,郑贺随,杨思华

  针对现有静电感应式煤尘测量装置在低浓度、粒子运 动速度较低情况下测量不精确且功能单一的问题,依据卡门 涡街的原理,提出在测量管道中安装带狭缝圆柱发生体,从 而提高煤尘粒子的运动速度,增大静电传感器的感应电荷 量,提高煤尘浓度测量精度;同时,对测量管道内由于颗粒速 度的周期性变化所感应出的静电信号周期性变化,进行快速 傅里叶变换(FFT),求解颗粒的速度流量信息,实现对煤尘 的多参数测量.仿真试验结果表明:依据感应电荷的周期性 变化可以获得煤尘的流速(流量)和浓度参数.此装置结构 简单,既可提高煤尘浓度测量精度,又能满足煤尘速度、流量 测量的要求.