矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2021年第8期

• 夏甸金矿深部矿体采场回采顺序优化与应用

  曹英莉,刘玉桥,邓红卫

  在金属矿山地下开采中,采场结构参数的布置和采场 回采顺序规划对矿山深部开采的安全具有重要作用.为了 优选出最佳的井下回采顺序方案,基于客观定权方法建立了 最大主应力、最小主应力、顶板沉降位移和技术经济指标等 综合评价指标体系.采用CADＧMidas(GTSNX)ＧFLAC３D耦 合数值建模方法,建立了矿体的网格模型,并对平行回采与 阶梯回采不同方案下的采场回采顺序进行模拟分析,通过构 建的 CRITIC赋权评价模型对井下不同回采顺序进行了综 合评价.结果表明:采场最大主应力,顶板沉降位移在平行 回采与阶梯开采中均呈现随间隔距离的增加而减小的趋势, 在相同进路布置方式下,阶梯回采的最大主应力与顶板沉降 位移小于平行回采;不同回采方案的采场最小主应力仍然为 压应力,不存在拉应力,最小主应力也随着距离的增加而减 小;隔三采一的阶梯回采的进路压力与顶板沉降位移较小, 采场开采更稳定.客观定权法综合评价模型评价结果均表 明,隔三采一的阶梯回采方案为采场回采的最优方案,矿山 应用后的结果证明了荐优方案的正确性.

• 某钨矿细脉带采场结构参数优化研究

  聂亚林,陈瑜,汪光鑫,张树标,叶光祥

  以某钨矿细脉带采场为研究对象,对采场结构参数进 行了优 化 研 究,基 于 正 交 试 验 方 法 设 计 参 数 方 案,采 用 FLAC３D软件对各方案进行数值模拟,综合分析采场应力、位 移和塑性区体积变化规律.结果表明:间柱宽度对采场稳定 性的影响较顶柱厚度更加显著;顶柱监测点最大拉应力随着 顶柱厚度的增加而减小,当顶柱厚度为８ m,拉应力峰值超 过了矿体的抗拉强度;当顶柱厚度不变时,顶底板最大位移 随着间柱宽度增加呈线性减小,塑性区体积随着间柱宽度增 大而减小;细脉带采场结构的最优参数值为顶柱厚１０m、间 柱宽１２m.

• 露天地下联合开采的相互影响研究

  李再扬,王鸿

  利用数值模拟技术,对地下开采与露天开采的相互影 响进行了研究,模拟分析了露天边坡开挖爆破对地下采场的 影响、地下采空区和地下开采爆破对露天边坡稳定性的影 响.结果表明,针对不同的工况采取不同的安全技术措施, 可实现露天开采和地下开采的安全生产.

• 基于连续-离散耦合方法的小间距深埋硐室合理间距研究

  袁海平,王昱博

  硐间距的大小对于小间距深埋硐室的稳定性至关重 要.基于连续 离散耦合方法,依托华东某铁矿实际工程, 通过分析小间距相邻硐室开挖所产生的影响,确定合理的硐 间距.结果表明:硐间距小于０．６７倍硐宽时,中间岩柱发生 以拉伸破坏为主的拉剪破坏,造成硐室失稳;硐室间距大于 等于０．６７倍硐宽时,开挖产生的变形量和围岩损伤程度均 处于安全范围内,即４m 以上的硐室间距便能保证硐室及岩 柱的稳定,这与现场实际相符.研究成果对深埋矿山工程的 灾害预防具有一定的指导意义.

• 长壁逐巷胶结充填工作面关键参数设计

  何志伟,董超伟,郭宇鸣,郭亚奔,杨康,王萌萌

  针对河南某矿老城区下压煤回采困难等问题,提出了 应用长壁逐巷胶结充填采煤法回采老城区下煤炭资源.分 析了充填工作面处于前、中、后３个充填时期的煤层 充填 体相互作用状态,提出了胶结充填采煤工艺的 ３个关键参 数;采用理论分析和数值模拟方法研究了充填工作面的应力 分布及围岩变形特征;在数值模拟的基础上,建立了煤层 充填体控顶力学模型,得到了顶板下沉挠度曲线.研究表 明:长壁逐巷胶结充填采煤的充填巷道宽度为５m,间距为３ 倍掘巷宽度,充实率为９０％时,能有效地避开上一条巷道开 挖的应力增高区,顶板最终下沉位移为０．２８１ m,对顶板变 形起到了良好的控制作用.

• 不同煤柱宽度厚煤层沿空掘巷围岩变形研究

  谷超,李晓斌,王普,徐青云,张磊

  为探究不同煤柱宽度条件下厚煤层沿空掘巷围岩的变 形特征,采用 FLAC３D 数值模拟软件,建立了不同煤柱宽度 条件下的沿空掘巷围岩变形数值计算模型.通过对数值模 拟模型进行合理的参数选择及运行计算,详细分析了不同煤 柱宽度条件下沿空掘巷的顶板下沉量、底板鼓起量、两帮变 形量.结果表明:随着煤柱宽度的增加,沿空巷道的顶板下 沉量、底板鼓起量及两帮变形量均减小,巷道围岩更稳定. 顶板最大下沉量所在位置为巷道顶板中部,底板最大鼓起量 所在位置为巷道中部偏向回采帮一侧,非回采帮最大变形量 所在位置为巷道中部偏向底板一侧,而回采帮最大变形量所 在位置为巷道中部偏向顶板一侧.

• 金川龙首矿下向进路充填采矿的进路稳定性分析

  肖云亮,韩斌

  金川龙首矿地应力高,矿岩破碎,在工程支护困难的矿 段采用下向分层六边形进路胶结充填采矿法,分层逐采.研 究表明,稳定的六边形结构可有效避免应力在进路边缘集 中.结合龙首矿１０４０水平的矿岩条件,使用FLAC３D对进路 回采进行了数值模拟,分析进路采空区应力和位移在开挖过 程中的变化,结合现场进路收敛变形监测,证实了六边形进 路具有较好的稳定性.

• 掺石灰石粉的胶结充填体强度研究

  张鹏,高谦,王有团,张涛

  为揭示石灰石粉掺量、胶凝材料添加量和质量浓度对 胶结充填体强度的影响规律,建立掺石灰石粉的充填体强度 的计算模型.首先通过物化试验证实石灰石粉和废石均可 满足骨料使用标准;根据级配试验获得废石和石灰石粉的不 均匀系数和曲率系数,结合土力学标准,由不均匀系数可知 废石级配中缺少细骨料,极易被压实,孔隙率较大,影响充填 体强度;开展不同石灰石粉掺量、胶凝材料添加量和质量浓 度的３d、７d和２８d充填体强度试验,通过方差分析确定各 影响因素与充填体强度的关系为正相关,增加石灰石粉掺量 可有效提高不同龄期充填体强度;最后以一元非线性理论为 基础,利用SPSS曲线估计建立各龄期充填体强度多元非线 性模型,各 龄 期 强 度 计 算 模 型 的 平 均 绝 对 误 差 为０．３８９, ０．０５７５和０．１８,模型预测精度较高,对石灰石粉工业应用具 有一定指导意义.

• 复合早强剂对大掺量粉煤灰水泥性能的影响

  林家旭,刘健,唐田甜,吉小利,陈博扬

  针对粉煤灰等量替代在水泥基矿用封孔材料中导致水 泥基材料早期强度不足、凝结时间长等问题,选取氟铝酸钙、 氢氧化钙、三乙醇胺３种早强剂进行掺配得到大掺量粉煤灰 掺合水泥,从早期强度、流动性、凝结时间等方面研究早强剂 对 OPCＧFA 早期性能的影响和激发粉煤灰活性效果.结果 表明:当 C１１??A７??CaF２ 质量比为２％、Ca(OH)２ 质量比为 ０．５％、TEA 质量比为０．０２％时,样品的早强性能提升最高, 相较于基准组１,３,７,１４,２８d抗压强度分别提高１２１．３％、 ８１．７％、５２．３％、３５．６％、２５．５％.根据 XRD、SEM、TGＧDTG 分析得 C１１??A７??CaF２、CH、TEA３种早强剂复配的协同作 用有效地激 发 了 粉 煤 灰 活 性,加 快 了 浆 体 水 化 反 应,使 得 C—S—H 胶体、钙矾石的生成量上涨形成稳定的胶凝物质 聚集,使 OPCＧFA 封孔材料水化结构更加稳定,孔隙更为缩 小,早期强度提升更大.

• 养护龄期对掺膨润土胶结充填体能量耗散的影响分析

  张友锋,付玉华,杨世兴

  为获取不同龄期掺膨润土胶结充填体的稳定状态、二 步骤回采时间,确保采场安全,采用 RMTＧ１５０C岩石力学试 验系统进行单轴压缩试验,结合能量耗散原理对数据进行处 理,对不同养护龄期掺膨润土胶结充填体的能量耗散规律进 行了研究.结果表明:各膨润土掺量的充填体强度与养护龄 期表现正相关性,随膨润土掺量增大,强度呈先减小后增大 趋势,各掺量充填体的强度均能满足采场充填要求;充填体 储能极限与养护龄期遵循二次函数关系式y＝a＋bx＋cx２, 掺入膨润土会降低储能极限;充填体峰前能量消耗主要以弹 性应变能为主,且随着养护龄期延长而增大,但峰前能耗占比 下降;充填体能耗速率与养护龄期呈正相关,而与膨润土掺量 呈负相关,膨润土掺量大小对峰前能耗速率影响较小,充填体 峰前变形破坏阶段能耗速率略高于峰后能耗速率.

• 全尾砂絮凝沉降与浓密影响因素试验研究

  诸利一,杨鹏,吕文生

  为探究尾砂入料浓度、絮凝剂分子量、絮凝剂单耗、絮 凝剂溶液浓度对全尾砂絮凝沉降与浓密的影响,以最大沉降 平均速度、最终沉降浓密时间、极限底流浓度作为考察指标, 对某金矿全尾砂浆展开了絮凝沉降与浓密正交试验.利用 SPSS２３数理统计软件对试验结果进行了方差分析.结果 表明:影响最大沉降平均速度、最终沉降浓密时间、极限底流 浓度３个指标的显著性顺序依次为尾砂入料浓度、絮凝剂分 子量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度.推荐该金矿全尾砂絮凝 沉降与浓密的最佳条件为:全尾砂砂浆入料浓度２０％,絮凝 剂分子量１５００万,絮凝剂单耗４０g/t,絮凝剂溶液浓度０．３％.

• EਧA和钢纤维改性混凝土力学特性研究

  肖畅,王开,张小强

  通过对不同掺量的乙烯 醋酸乙烯共聚物(EVA)和钢 纤维对混凝土的力学性能和耐久性能的影响规律研究,得到 了一种用于井巷修补及巷旁充填的新型聚合物改性混凝土, 并确定了各组分之间最佳配比.结果表明:EVA 会降低混 凝土的抗压强度,当掺量达到１５％时,对混凝土的塑性变形 能力和延性会有较好的提升;钢纤维会提高混凝土的强度和 延性,在体积掺量为１．５％时,效果更明显;在C组中,钢纤维 体积掺量为１．５％时,各方面的力学性能相比于体积掺量为 １％时提高的较少.C３试验效果最佳,使混凝土塑性变性能 力和延性 得 到 显 著 提 升,混 凝 土 的 劈 裂 抗 拉 强 度 增 加 了 ６．１％,抗折强度增加了２９％,跨中挠度增加了４２０％,弹性 模量从３．２５GPa降到了１．１２GPa,极大地提高了混凝土的 力学性能和耐久性能.

• 不同卸压孔劈裂角度的硬岩岩爆局部解危效应

  张晓君,李晓程,王宇晨,刘国磊,

  针对岩爆局部解危,分别开展了基于室内试验和现场 尺度的不同卸压孔劈裂角度和无劈裂情况下的 FLAC３D 数 值模拟,结果表明,同条件下,在卸压孔及劈裂缝的周围,０° 劈裂缝的围岩变形不均匀性最大,最易通过局部损伤破裂耗 散能量,９０°劈裂缝和无劈裂缝情况的围岩变形不均匀性最 小,几乎接近均匀,难于通过局部损伤破裂来耗散能量;劈裂 角度为０°~４５°时,塑性区从劈裂缝尖端部开始萌生,并沿最 大主应力方向扩展发育,在形态上呈共轭状分布,在沿卸压 孔轴线方向(y 轴方向)上,塑性区从临空面向孔底部呈近似 锥状收缩,即从孔底到围岩临空面,塑性区范围不断增大,随 着劈裂角度的增加,围岩塑性区范围随之减小;垂直于最大 主应力方向的卸压孔劈裂缝解危效果最好,现场施工与最大 主应力方向相垂直的卸压孔劈裂缝,根据现场围岩表面的破 裂演化情况来综合确定临空面完整性系数,根据现场施工的 卸压孔深度,可大致确定卸压孔劈裂解危深度.

• 基于堆叠ਜSTM 的多源矿压预测模型分析

  贾澎涛,苗云风

  矿压失衡引起的顶板事故是煤矿重大灾害之一,矿压 的精准预测对保证煤层的安全开采具有重要意义.为提高 矿压的预测精度,提出了一种基于堆叠 LSTM 的多源矿压 预测模型.首先,采用灰色关联度对煤矿工作面多源矿压进 行分析排序并进行数据预处理;其次,采用堆叠式网络结构, 确定每一个 LSTM 层的隐藏节点数、迭代次数等参数;最 后,采用 Adam 优化算法对模型进行优化,从而对工作面矿 压进行预测.采用均方根误差作为评价指标对预测模型性 能进行评估,实验结果表明:相较于 BP模型,堆叠 LSTM 多 源矿压预测模型在 训 练 集 和 测 试 集 上 RMSE 分 别 减 少 了 ４９．１５％和 ５１．２６％;相 较 于 LSTM,分 别 减 少 了 ４５．３７％ 和 ４６．６１％;相较于 GRU,分别减少了 ４４．６６％ 和 ４５．８９％.因 此,堆叠 LSTM 多源矿压预测模型在工作面矿压预测方面 具有更高的精确性.

• 多孔线性协同定向水压裂缝扩展规律的数值模拟研究

  卢卫永

  针对破岩工程中定向致裂的问题,首先分析了多孔线 性协同定向水压致裂技术原理,然后采用 RFPA２DＧFlow 数 值模拟软件对多孔线性协同定向水力致裂试验结果进行验 证,最后研究了多孔线性协同定向水压裂缝的起裂和扩展规 律.结果表明:RFPA２DＧFlow 数值模拟结果与试验结果 趋 于一致;多孔线性协同定向水力致裂的过程可以分为注水升 压、水压裂缝的起裂、裂缝稳定扩展和裂缝贯通４个阶段;在 裂缝传播过程中,裂缝扩展朝向钻孔分布的方向.不同钻孔 在水压裂缝扩展过程中存在相互影响,导致水压裂缝扩展 贯通.

• 蒙脱石含量对 N౽ 红土层裂缝弥合的影响规律研究

  赵兵朝,,杨啸,,郭亚欣,,孙浩,,翟迪,

  黏土矿物是影响红土隔水层裂缝弥合的首要因素,红 土黏土矿物的主要成分为蒙脱石,其含量变化对裂缝弥合的 研究具有重要意义.以榆林矿区某矿１０２工作面上覆 N２ 红 土层为研究 对 象,采 用 理 论 分 析 和 计 算,结 合 实 验 室 试 验 (XRD、红土试件膨胀、弥合试验和相似模拟试验),探究了蒙 脱石含量变化对红土层裂缝弥合的影响规律.试验结果表 明:①N２ 红土中黏土矿物含量为１９．８％~３２．７％,蒙脱石含 量占红土黏土矿物的３８．１％~５６．４％,蒙脱石的膨胀性是裂 缝弥合的根本原因;②当蒙脱石含量占红土矿物总量的比值 从７．３％增加至１２．３％时,膨胀率从１０．９７％增长至１５．３１％, 弥合率从２６．６５％提高至３３．２％,红土的弥合能力随蒙脱石 含量增加不断增强;③通过相似模拟试验验证了红土层裂缝 弥合规律.

• 液氮作用下煤体孔隙演变对吸附解吸特性的影响

  李磊,李晓伟,王杰,赵东,

  为研究液氮作用下煤体孔隙演变规律和液氮处理次数 对甲烷吸附解吸特性的影响,以山西阳泉无烟煤为例,进行 了液氮作用下孔隙演变的压汞试验和一系列吸附解吸试验. 结果表明:①煤样经４次液氮处理后,不同尺度的孔隙数量 均有不同程度的增加,其中液氮处理对大孔数量增加的贡献 最大,液氮致裂增透归因于 ３个原因:孔隙连通,孔裂隙扩 展,孔裂隙增生;②随着液氮处理次数的增加,液氮处理对甲 烷最终吸附量的影响不断减弱,低吸附压力下 Freundlich公 式能够较好地描述甲烷的等温吸附;③改进的 Lagergren吸 附动力学公式能够更加准确的描述吸附量随时间的变化,煤 吸附气体的时间效应几乎不受液氮处理次数的影响,液氮冻 融损伤煤体能够促进煤中甲烷的解吸扩散渗流,煤样在液氮 处理４次后解吸收益达到最佳.研究结论对原位煤层液氮 致裂改性,增产煤层气工艺提供了理论依据.

• 基于SPਘ 方法的小西沟尾矿库三维溃坝数值模拟

  姜永丰,刘雷,

  运用 光 滑 粒 子 流 体 动 力 学 理 论(SPH),以 HerschelＧ Bulkley为计算模型对小西沟尾矿库进行了三维溃坝数值模 拟.充分考虑尾砂的类流体剪切黏性行为,基于物理模型试 验得到的溃口形态建立计算模型.模拟得到了溃坝尾砂演 进动力特性及空间堆积特征,确定了尾矿库溃坝对下游的影 响范围,并分析了建构筑物对尾砂流的消能作用;根据尾砂 的运动特征,分类圈定风险防控范围,并以此制定风险防控 的针对性措施,以防范尾矿库的溃坝风险.

• 黄山矿区潜在泥石流发生机理与冲起高度的模拟研究

  祝鑫,,胡斌,,李京,,崔凯,,方庆红,,杨为,

  四川黄山石灰石露采矿区高位冲沟内因采矿剥离堆积 的大量黏土极易诱发泥石流,为了分析泥石流灾害发生的可 能性,对该区域潜在泥石流形成条件、发生机理等进行了研 究,并设计最优的防范措施,计算了泥石流触发后下冲至坡 底及触底反弹的冲起高度,并采用颗粒流软件 PFC 进行了 数值计算模拟验证.结果表明:该矿区高位冲沟具备潜在泥 石流灾害形成的物源、地形地貌、水源等３个基本条件,极可 能发生矿山泥石流灾害;冲沟内碎石土在降雨下渗过程中逐 渐饱和,内摩擦角和内聚力不断减小,直至最后丧失平衡,沿 斜坡下滑并与水搅拌混合形成泥石流.根据经验公式计算, 预测泥石流 下 冲 至 坡 底 及 触 底 反 弹 后 的 冲 起 高 度 为 ２９．５ m,与颗粒流仿真模拟结果吻合度较高,为该矿山泥石流防 护与治理措施的设计提供了重要的参考依据.

• 三轴压缩条件下尾砂力学行为与破碎机理

  赵奎,,朱梓豪,,曾鹏,,刘周超,,王万银,,王金鉴,,宋林,

  为探究尾矿材料在高应力状态下的力学行为与破碎机 理,对其进行不同条件的三轴压缩试验,分析围压、含水率、 干密度对尾矿颗粒破碎程度的影响.引入修正颗粒破碎率 B? r 的概念来表示颗粒破碎程度,计算尾矿材料试验前后的 颗粒破碎分形维数及分形维数差值,并探究尾矿材料修正颗 粒破碎率B? r 与分形维数之间的关系.试验结果表明:颗粒 破碎与围压、含水率具有良好的相关性,干密度对颗粒破碎 影响微弱;高应力状态下颗粒破碎过程中存在１５００kPa与 ４０００kPa两个分界值,该分界值将颗粒破碎程度划分为３个 不同的阶段;尾矿颗粒破碎具有良好的分形特征,分形维数 差值与颗粒破碎率之间存在良好的线性关系,颗粒分形维数 差值可以很好地表征颗粒破碎程度.该试验研究成果可为 大型高尾矿库的稳定与安全评估提供理论指导和依据.

• 降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的 大型尾矿库重金属Cu౽౵ 迁移模拟分析

  侯永莉,陈红丹,郝喆,张颖

  考虑降雨 蒸发 蒸腾与地下水耦合作用,以本钢集团 歪头山铁矿尾矿库为例,利用 Geostudio软件中的 SEEP/W、 VADOSE/W 和 CTRAN/W 模块,模拟降雨 蒸发 蒸腾作 用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律. 结果表明:尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈 下降趋势,深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨 蒸发 蒸 腾作用影响;降雨 蒸发 蒸腾作用对重金属污染物的迁移 起干扰作用;重金属污染物Cu２＋ 在０~１０９５d内沿初期坝方 向迁移,重金属 Cu２＋ 浓度随时间推移而增大;考虑降雨 蒸 发 蒸腾作用,一定程度上增加了重金属污染物在１０９５d内 的总移距和平均速度.研究结果为大型尾矿库环境地质评 价和污染预测防治提供依据

• 复杂构造围岩巷道定量注浆加固技术研究

  黄辉,徐阳,何淼

  为解决复杂构造围岩体支护难、围岩变形量大的问题, 采用定量劈裂注浆加固技术对李村煤矿二采区辅运巷断层、 陷落柱段进行注浆加固,提高复杂构造围岩体的整体承载能 力.根据构造围岩体劈裂注浆形态和破碎围岩壳体支撑技 术,建立注浆加固后壳体承载力学模型,推导出保障构造围 岩稳定的临界承载壳体厚度,给出构造围岩体定量注浆加固 表达式;采用 ３DEC 数值模拟软件进行浆液扩散规律的分 析,得出注浆压力、裂隙开度与浆液扩散半径及扩散形态之 间的关系,并进行定量劈裂注浆加固方案的设计与实施.结 果表明:注浆加固实施后,巷道０~３m 范围内的破碎围岩被 有效地胶结在一起,形成了承载壳体,解决了围岩变形量大 的问题,注浆效果显著.

• 矿山动水空洞条件下湖泥 水泥固化浆液抗冲散性模型试验

  彭国威,,张云毅,,王颖卓,,张可能,,但新民,桑康云,,于佳维,朱仰凯,

  矿山动水空洞注浆一直是矿山帷幕注浆中的一大难 点.针对城门山铜矿三期帷幕注浆中的动水空洞,研制了一 种湖泥 水泥固化浆液,采用室内模拟注浆试验研究浆液的 扩散规律和抗水冲散性能.通过试验获取了不同动水流速 和浆液坍落度条件下的浆液留存率,明确了浆液留存率与流 速和坍落度之间的关系.研究结果表明:浆液的抗水冲散性 能与浆液的坍落度和动水流速皆成负相关,在动水流速不大 于１．５m/s的情况下,浆液的抗水冲散性能较好.

• 吸水树脂复配铁氧体对煤矿封孔水泥早强性能的影响

  陈博扬,刘健,吉小利,钱亮,林家旭

  针对煤矿用封孔水泥在井下复杂的工作环境中存在的 早期强度不佳、凝结时间不稳定、封孔后期失效等问题,在水 泥中引入高分子吸水树脂(SAP),同时复配亚纳米级镍锌铁 氧体,通过 抗 压 强 度、流 动 度、凝 结 时 间、XRD、电 镜 扫 描 (SEM)、热重(TGＧDSC)等分析测试,研究 SAP复配镍锌铁 氧体对矿用水泥基封孔材料早强性能的影响.试验结果表 明,当添加质量分数为０．３％SAP和１％镍锌铁氧体时,二者 间产生较好的协同作用,对水泥试样早强效果的提升最为显 著,其１,３,７,２８d的 抗 压 强 度 分 别 达 到 了 ９．３１,２４．６３, ３０．５９,４２．８２ MPa,较空白组分别提升了 ３９．５８％、２９．５６％、 ２６．７７％、２９．６８％,且凝结时间明显缩短.根据微观结构分 析,亚纳米材料镍锌铁氧体在水化初期因 SAP粒子电离作 用可形成一种紧密的高能粒子结构,使水泥内部更加致密, 铝酸三钙、硅 酸 三 钙 等 物 质 转 换 成 氢 氧 化 钙 的 速 度 加 快, SAP和镍锌铁氧体的复配有效提高了试样早期强度和自养 护性能.

• 复杂流场下平均风速变化规律研究

  鹿广利,周浩,梁秀峰,刘传印

  矿井风速是支持矿井生产的重要指标之一.基于模拟 矿井通风模型以及 Fluent数值模拟技术,构建了拐弯巷道 下的模拟矿井通风实验室以及三维物理模型,模拟在风流拐 弯流场下距离对流场的影响,并用巷道直径作为划分影响流 场的判断标准,通过试验与数值模拟得到风速传感器在距离 拐弯后１０倍巷道直径处,得到的测量值近似于平均风速值, 此处平均风速受巷道拐弯的影响较小;在拐弯后２~８倍巷 道直径范围内,半圆形巷道存在一部分区域风速值接近平均风 速,区域位置在距底板长度的１/４处,沿着巷道中线往巷道外侧 偏移,偏移范围为底板长度的１/４;矩形巷道同样存在近似平均 风速范围,只是移动范围较小,偏移范围为底板长度的１/５.

• 焙烧联合碳酸钠改性尾煤基吸附剂的 制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附

  何梓豪,姚素玲,董宪姝,李瑞

  尾煤基吸附剂的开发不仅可以降低重金属离子废水的 处理成本,还能够解决尾煤堆积造成的环境生态问题,实现 尾煤高附加值利用.以浮选尾煤(TC)为原料,通过氮气氛 下焙烧联合碳酸钠改性制备了一系列尾煤基吸附剂,研究了 各种尾煤基吸附剂对 Cu２＋ 的吸附性能,并采用 XRD、FTIR 及SEM 等分析手段对吸附剂的吸附性能进行表征.结果表 明:当焙烧温度为８００℃,焙烧时间为１h,Na２CO３ 溶液浓度 为１．０mol/L,Na２CO３ 溶液改性时间为２h时,制得的吸附 剂 CNTC对水体中 Cu２＋ 去除的效果最好;当 CNTC投加量 为３g/L,２５℃下吸附时间为４h时,对初始浓度为５０mg/L 的废水中 Cu２＋ 的去除率可达９９．８％,实现了废水中 Cu２＋ 的 有效去除;对 Cu２＋ 的吸附主要包括物理吸附,以及 Na＋ 与 Cu２＋ 的离子交换,含氧官能团—OH、Si—O 与 Cu２＋ 的化学 吸附.

• 基于人工鱼群神经网络进化的露天矿卡车优化调度研究

  阮顺领,金裕,李发本,顾清华,王丹娜

  为提高露天矿生产运输效率,实现生产资源的有效回 收和低成本运营,提出基于神经网络代理辅助的多目标露天 矿卡车优化调度方法.依据露天矿卡车生产运输的特点,综 合考虑卡车运输的各项成本,构建以卡车运输成本最小、卡 车总等待时间最短,以及卸矿站品位偏差率最小为目标的多 目标组合优化模型.在基本人工鱼群算法基础上,通过引入 神经网络代理辅助模型训练历史调度数据,对雄安新区某露 天矿的生产调度情况进行了仿真研究.结果表明,基于神经 网络代理辅助的人工鱼群算法可有效提高算法计算速度约 ４７．８％,降 低 露 天 矿 卡 车 运 输 成 本 ８．１６％,减 少 等 待 时 间 １２．１２％,并减小品位偏差８．６９％,在加快计算速度的同时, 实现了平衡算法收敛性与多样性的目标.

• 基于PSOGA႗SਧM 的露天矿卡车油耗预测研究

  顾清华,,王骞,江松,马平平

  针对露天矿卡车运输油耗预测问题,提出了一种基于 遗传算法(GA)改进的粒子群优化算法(PSO),用以优化支 持向量机(SVM)参数,构建了基于 PSOGAＧSVM 的露天矿 卡车油耗预测模型.模型考虑运量、运距、道路质量以及天 气等８个影响因子,选取某大型露天矿智能生产管控系统中 采集到的卡车油耗数据进行试验,将模型应用于矿山实际进 行试验.试验结果表明,PSOGAＧSVM 卡车油耗预测模 型 能够比较快速、准确地预测出卡车油耗数据.相比其他对比 试验模型,预测精度提高了３０％、预测稳定性提高了３４％, 模型在露天矿卡车燃油消耗的预测应用中具有较好的适应 性,可为露天矿卡车燃油消耗考核与油库管理提供参考.

• 深海采矿系统波浪中耦合运动的模型试验研究

  肖林京,宋庆辉,王宇,烟芳萍

  深海采矿船与扬矿管系统的耦合动力分析对采矿系统 的研发应用具有重要意义.为了研究波浪引起的扬矿管和 采矿船之间的耦合动力响应,采用等效截断设计原则,对扬 矿管截断模型的弹性模量、轴向刚度以及单位长度质量等特 征参数进行优选,得到了合理的截断模型参数.基于相似理 论建立了深海采矿５０００m 扬矿管耦合动力学试验模型,解 决了深海采矿系统在有限水深试验条件下进行模型试验的 问题.同时开展了不同波高、不同波向角和不同矿仓质量下 采矿系统模型的耦合运动试验,结果表明,波高、波向角和矿 仓质量对耦合响应的幅值、耦合作用时间均有较大影响.该 试验模型的建立,为后续管道稳定性和升沉补偿特性的研究 提供了技术基础.

• 基于浮选尾煤图像的灰分检测试验研究

  周博文,王然风,付翔

  针对实际生产中难以实现浮选尾煤灰分在线检测的问 题,在浮选现场搭建旁路图像采集装置,进行了基于浮选尾 煤图像的灰分检测试验,研究了图像颜色特征与灰分的关 系,并根据图像灰度和颜色特征建立了 GSAＧSVR 灰分预测 模型.结果表明:浮选尾煤图像的灰度均值及 R、G、B 均值 和灰分呈显著正相关,H、S 均值和灰分呈高度负相关;以图 像灰度特征和颜色特征作为模型输入变量的预测模型效果 最好,模型均方根误差 RMSE 为１．８２８,决定系数为０．９８６; 将基于浮选尾煤图像的灰分检测方法应用于现场灰分检测 中,检测精度９６．５４％,检测精度高,实时性好.研究成果为 浮选尾煤灰分检测提供了新思路,为浮选智能化发展提供了 新依据.

• 空气放大器式静电感应煤尘测量研究

  刘丹丹,杨磊,李德文,焦敏,汤春瑞

  为了解决现有的静电感应式煤尘测量装置在煤尘质量 浓度较低、速度较小时测量不精确的问题,依据空气放大器 的原理,对测量管道进行优化改进,使用压缩空气作为动力 源来提高煤尘的运动速度,从而增大感应电极的电荷量信 号,提高煤尘质量浓度测量精度.利用 Fluent软件建立试 验模型,通过对优化的测量管道进行气固两相流仿真,得到 管道内煤尘粒子的速度云图,并利用 Matlab对装置的感应 电流值进行计算.仿真试验结果表明:在空气放大器的作用 下,煤尘的速度远远高于原有抽尘风机所提供的风速,其感 应电流值计算可以提高７５７．２４％,有效地提高了煤尘质量浓 度测量精度.

• 基于通道注意力和代价敏感改进图像分割的矿区环境遥感监测

  朱泽民,杨改贞

  为了实现对矿区遥感图像分割,从而判别矿区时空环 境变化,达到矿区环境遥感监测的目的,提出了改进语义分 割的矿区环境监测模型.首先将 UＧNet作为语义分割模型 的基础网络,其次为了增强模型对小目标的学习能力,使用 了代价敏感权重向量方法,改进了训练时的目标函数,并且 利用通道注意力模型挖掘卷积特征图的通道依赖性,最后通 过条件随机场将 UＧNet的分割结果精细化.相对于传统算 法,改进后的算法极大提升了矿区环境小目标的边缘分割精 度,便于从遥感图像上更加准确地监测矿区环境变化,如房 屋移位、水体变化等,为矿区安全建设和开采计划调整提供 决策参考依据.

• 中国煤矿智能化知识图谱可视化分析

  尚雅琪,王向前,

  随着科技的迅猛发展,煤矿领域的智能化技术也日渐 进步,为了更加全面的了解目前智能矿山以及煤矿领域的热 点与发展方向,以中国知网(CNKI)数据库为数据源,利用 Citespace软件对２０００—２０２０年知网收录的有关“煤矿智能 化”、“智慧矿山”领域的１３９９篇文献进行了知识图谱的构建 与分析,通过对文献发表年份、关键词、关键作者以及机构的 可视化分析,详细地介绍了该领域的全貌及未来的发展方 向.分析表明,该领域作者和机构数量较多但合作较少,合 作也主要以小范围交流为主,研究机构不仅仅局限于高校, 研究院和企业的数量也较多;该领域的研究前沿主要集中在 “５G技术”、“互联网＋”、“智慧矿山”等方面.就目前情况来 看,随着智能化技术的发展,未来将会在煤矿行业掀起一场 “创新变革”,实现“矿区无人化”指日可待.