矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2022年第05期

• 不良充填体条件下Ⅱ步骤采场结构参数优化

  曹港;欧任泽;朱晨迪;龚永超

  安徽芜湖和成矿业主矿体采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采,Ⅱ步骤采场回采进度因Ⅰ步骤采场充填质量问题而严重滞后.为安全高效回采不良充填体条件下的Ⅱ步骤采场,推荐Ⅱ步骤采场采用分段凿岩低阶段空场嗣后充填采矿法,利用 FLAC３D 软件与 Rhino建模软件对６种不同采场结构参数方案进行数值模拟研究,确定的最优采场结构参数为:当 Ⅱ 步 骤 采 场 两 侧 充 填 体 强 度 为 一 侧 大 于 ２MPa,另一侧小于２ MPa、大于１ MPa时,护壁厚度为３m,顶柱厚度为５m,间柱厚度为５m;当Ⅱ步骤采场两侧充填体强度均小于１MPa时,护壁厚度为３m,顶柱厚度为６m,间柱厚度为４m.研究结果可为同类型矿山不良充填体条件下的Ⅱ步骤采场回采提供借鉴.

• 曙光煤矿切顶卸压沿空留巷开采技术研究

  曹骏;冯泽宇;张能旺

  为完善切顶卸压留巷理论技术体系,对切顶卸压沿空留巷机理进行分析,结合地质条件并运用理论公式设计了切缝参数,将切缝高度分为 A、B、C３个区,A 区与 C区切缝高度为１０m,B区切缝高度为１１ m,切缝角度取１５°,并利用FLAC３D数值模拟软件模拟分析了切缝效果,结果表明:切缝后巷道整体围岩应力环境优化,降低了围岩控制难度,减少了巷道变形量,巷道顶板表面临空侧位移量减小了４０cm,显著降低了留巷巷道架后临时支护的控制难度,有利于留巷巷道的成型.

• 某矿山高浓度胶结充填材料试验研究

  李创起;祝鑫;彭亮;仵锋锋;杨鑫;瞿靖

  针对某金属矿山将原废石充填采矿法改为全尾砂胶结充填采矿法的现状,对其选厂全尾砂开展了基本物理化学参数、粒度分析、塌落度等试验研究,进行了不同质量浓度的全尾砂充填料浆的 L 管流动性试验.根据试验结果,计算出全尾砂充填料浆在不同质量浓度、不同流量及不同管道直径条件下的管道输送阻力,分析得出管道输送阻力的关键影响因素,并确定可实现充填料浆管道自流输送的充填倍线.结果表明:充填料浆质量浓度为７０％~７６％时,塌落度均在２８cm 以上,流动性较好;管道输送阻力的关键影响因素为充填料浆质量浓度和管道直径,充填料浆质量浓度越大,管道直径越小,管道输送阻力越大;当全尾砂充填料浆质量浓度为７０％~７６％,输送管道直径为１５０mm,充填流量为８０m３/h时,其流动性及输送性能最佳,可以实现顺利自流输送的充填倍线为６．７１~１１．１３.试验结果可为该金属矿山全尾砂胶结充填系统建设提供技术支撑

• 冶炼渣活性优选及低成本胶凝剂研究

  祝鑫;李翠;仵锋锋;张良兵;尹旭岩

  攀钢钒钛磁铁矿经高炉冶炼后会产生粒状或块状高炉废渣,采用氯化方法对其进行钛资源提取处理后可得到一种新型工业提钛渣.为降低充填成本,探索用冶炼渣制备新型胶凝剂的可行性,开展了高炉渣和提钛渣的抗折抗压强度活性试验.通过以水泥、生石灰作为激发剂,辅以活性剂揭示了提钛渣 全尾砂充填试块强度的发展规律.并进一步进行了胶材料与水泥的技术经济对比分析.结果表明:高炉渣活性较差,而提钛渣２８d活性强度可达到７８％,具备用作胶凝剂的条件;生石灰对提钛剂激发效果不佳,而使用４０％水泥、掺入比例为６０％提钛渣时,３d强度较纯水泥强度提高１２．７８％,７d强度相当;充填料浆质量浓度为７４％、灰砂比为１∶８时,使用纯水泥和使用该新型胶凝材料制作的试块,２８d强度分别为１．３５ MPa、１．４３ MPa,均能满足采矿方法所 要 求 的 强 度.使 用 该 新 型 胶 凝 材 料 较 水 泥 可 节 省５３．９％的成本,年均节省６１５．８万元.

• 基于微波辐射与循环冲击的磁铁石英岩能耗特征分析

  陈超;张震;马姣阳;李洪宝

  为探究深部开采中微波辅助破岩能量耗散规律,以磁铁石英岩为研究对象,采用微波照射与带围压装置的 SHPB相结合的方法,进行不同围压条件下的循环冲击试验,分析不同微波参数辐射试件破碎的能耗特征.研究结果表明:与未经微波辐射试件相比,微波损伤后的试件,在围压及冲击荷载的共同作用下,试件波阻抗波动较大,导致受高功率、短时间的微波参数 M１试件在围压２ MPa、４ MPa和受低功率、长时间微波参数的 M２试件在围压６ MPa时,试件的能量占比随冲 击 次 数 波 动 较 大;未 经 微 波 辐 射、受 微 波 参 数M１及受微波参数 M２的试件分别在围压６MPa、６MPa和４MPa时,其破碎能耗最小;受微波辐射试件的耗散能远小于未经微波辐射试件的耗散能,且两种微波参数辐射试件的 P波波速大小与其能耗成反比,故在微波辅助破岩实际应用中,应选择合适的微波参数.

• 新型复配捕收剂强化低阶煤泥浮选机理研究

  赵俊吉;王钰赛;刘晓康;何琦;李永改;邢耀文;桂夏辉

  为了探究捕收剂与低阶煤泥表面相互作用机理,利用工业分析、X射线衍射(XRD)、扫描电镜 能谱(SEMＧEDS)、表面张力仪、傅里叶红外光谱(FTIR)等手段探明低阶煤及捕收剂性质,采用动态接触角、X 射线光电子能谱(XPS)测试分析等手段表征低阶煤与捕收剂作用机理,并通过煤泥浮选试验比较了柴油、地沟油、花生油、复配药剂 DH３２等对低阶煤的浮选效果.结果表明,在同等药剂用量下,地沟油与花生油的浮选效果明显优于传统烃类油捕收剂柴油,研究发现,复配药剂 DH３２可以进一步提高精煤可燃体回收率,由于相较柴油 DH３２含有大量含氧官能团,易与低阶煤分子表面的极性位点产生静电和氢键键合作用,使煤样表面附着大量疏水基团(C—C/C—H),大幅增强煤样疏水性,从而达到更好的浮选效果.

• 氧化/低阶煤浮选药剂研究进展及还原浮选的可行性

  杨崇义;樊民强;杨宏丽;李海鹏;薛中华;李志红

  随着我国优质煤炭资源储量日益减少,氧化/低阶煤的提质加工与综合利用势在必行.氧化/低阶煤难浮的主要原因是煤表面的氧化.氧化/低阶煤表面的含氧官能团极易与水分子形成氢键,使疏水有机质被水化层覆盖,降低煤泥的可浮性.通过改善药剂制度、选择浮选方式,或对煤样进行预处理等,可以改善氧化/低阶煤难浮的问题.合适的浮选药剂能明显改善煤表面疏水性,提高煤泥浮选效率.相较于传统药剂,还原剂能够将含氧官能团还原为烃类.使用还原剂还原氧化/低阶煤表面的含氧官能团,理论上能根本解决氧化层问题,有效地提高浮选效率,此方法具有很大的应用潜力和广阔的应用前景,值得深入研究.

• 新型复合捕收剂强化细粒低阶煤浮选机理研究

  王钰赛;赵俊吉;刘晓康;何琦;孟凡彩;车涛;邢耀文;桂夏辉

  低阶煤表面含有丰富的含氧官能团且孔隙发达,用传统非极性烃类油浮选低阶煤时药剂耗量大、可燃体回收率低,针对此问题,将柴油、脂肪酸及其酯类化合物按照一定比例复配,制备了一种新型复合药剂(DK１),并考察了其对低阶煤浮选的效果.通过接触角测量、诱导时间分析以及颗粒 气泡间临界脱附力测量等方法,揭示了新型复合捕收剂强化低阶煤浮选机理.结果表明:同等药剂用量下,DK１可燃体收率是柴油的２~４倍,同时精煤灰分普遍低于柴油１~４个百分点.新型复合捕收剂处理过后的煤样接触角更大,诱导时间明显缩短至１０ms以内,颗粒 气泡间跳入黏附力、临界脱 附 力 的 作 用 程 及 其 大 小 均 有 不 同 程 度 增 加.DK１的柴油与活性物质产生协同作用,有效覆盖低阶煤表面,显著提高了低阶煤的可浮性,降低了药耗,DK１药剂用量仅为柴油的１/８.

• 某石膏矿床深部开采稳定性分析

  赵亮;文兴;覃敏;左世晓;于杜涛;刘兴成

  某石膏矿采用房柱法进行回采,开采范围内已经形成大面积采空区,且矿区范围内有村庄,人口稠密.为对－４００m 以下深部资源进行科学开采并保障地表建(构)筑物安全,采用数值模拟的方法分析开采对岩体的稳定性及地表变形的影响.结果表明:－４００m 以下矿体分层开采后,岩体的最大变形和竖直位移都出现在顶板位置,整体变形均偏小,下沉或底鼓现象并不明显;矿柱部位出现区域压应力集中,最大达 ２６．３８ MPa,矿 房 边 墙 所 受 拉 应 力 较 小,不 超 过 ２MPa,整体无较大应力集中区域和塑性贯通区;地表沉陷最大位移为２．７２mm,水平变形最大值为０．００３５mm/m,倾斜率最大值为 ９．１×１０－３ mm/m,曲率最大 值 为 ６．７４×１０－５mm/m２,各指标结果表明－４００ m 以下矿体分层开采整体稳定,对地表建(构)筑物的影响很小.

• 露天矿滑坡分析与治理方案研究

  李少平;韩斌;王建栋;和学衡

  针对黑龙江争光岩露天金矿边坡出现不同程度破坏的状况,从地质构造、岩体质量、降雨、边坡坡面与岩体层面空间关系等方面对边坡滑坡进行分析,并提出了对５０４m 标高以上台阶滑动的松散土体采用 HDPE防渗膜护坡;对４９２~５０４m 标高段发生的顺层滑坡以及楔形体滑坡,采用长锚索加固的方案.采用数值模拟软件 FLAC３D 对长锚索加固后的边坡进行模拟计算,分析长锚索加固后的边坡稳定性,并基于强度折减法原理求出边坡安全系数为１．５,且加固后边坡的最大位移仅为４．３mm.研究结果表明,采用 HDPE防渗膜护坡和长锚索支护的分层治理方法对争光岩露天矿东部失稳边坡进行加固治理,效果良好,可为类似露天矿山边坡滑坡的治理提供参考.

• 露天采场多台阶滑坡机理与治理方案研究

  崔松军;王飞飞;郭其林;朱自强;宋洪勇

  为了研究露天采场边坡多台阶滑坡产生的机理,以某露天采场滑坡为研究背景,分析了滑坡产生原因、边坡破坏类型及产生机理,并通过数值模拟方法开展滑坡体稳定性分析.依据机理研究结果与相关规范,制定了滑坡治理方案.研究结果表明:采场滑坡主要由坡体岩石破碎、坡面角较陡、节理构造发育、坡体顶部排水不畅等多种原因造成;边坡破坏类型为垮塌 推移式滑坡破坏,是由于上部第一个台阶垮塌导致下部第二个台阶到第四个台阶滑移产生滑坡;数值模拟结果显示,滑坡体的安全系数小于许用安全系数,滑坡体处于不稳定状态;采用削坡减载治理方案,可以消除滑坡体的安全隐患.研究结果为矿山边坡滑坡治理设计与施工提供了依据,并取得良好效果.

• 高原梯度带地区碎裂岩边坡的地震破坏过程分析

  陈渤;李超飞;李天斌;周君波;吴斌;狄海波

  针对高原梯度带地区地震诱发碎裂岩边坡变形破坏问题,采用 UDEC软件对地震波４５°斜入射作用下碎裂岩边坡的破坏进行了数值模拟.结果表明,边坡的变形破坏可以分为３个阶段:在地震波作用下,坡顶处的裂隙首先发育并迅速发展,边坡上部岩体被结构面切割而损伤破裂,完整性差,开始出现局部滑动;随着裂隙扩展贯通至节理面处,形成控制性结构面,边坡整体稳定性迅速降低,坡顶岩体开始局部下滑;随着岩体破碎严重区域增加,坡面上岩块以滑坡和崩塌２种形式掉落,形成堆积体,滑动区域逐渐扩展至边坡中下部,直至整体失稳破坏.地震动荷载对边坡的影响区域可分为破坏区和损伤区,破坏区对地震的动力响应明显大于损伤区;坡角和结构面倾角对边坡的变形破坏特征也有影响,坡角、结构面倾角越大,边坡变形破坏越严重.

• 基于二级层次分析的模糊综合评判法评价露天矿边坡稳定性

  胥孝川;王忠康;叶鲁青;王润;雷刚

  为综合评价生产过程中露天矿边坡稳定性,采用二级层次分析的模糊数学评价模型对边坡稳定性进行评价.充分考虑影响露天矿边坡稳定性的工程地质、几何条件、水文气象及外加荷载等诸多要素,建立两级评价指标体系,共１４项分指标.考虑不同分指标对露天矿边坡稳定性影响的趋势特点,建立相应指标的权重集合和隶属度模糊矩阵,构造基于二级层次分析的模糊综合评判集合,给出边坡稳定性程度评价结果.研究表明,基于二级层次分析的模糊评判法计算简单、实用,评判结果与实际情况较为吻合,可为影响因素众多且生产爆破频繁的露天矿边坡稳定性评价提供指导与帮助.

• 散体作用下塌陷坑围岩稳定性影响研究

  张威威;许梦国;王平;程爱平;兰建强;刘红阳

  在金属矿山崩落法开采中,塌陷坑内崩落矿岩散体对围岩的支撑以及对周边岩体应力状态及移动具有不可忽视的影响.结合程潮铁矿－５００m 以下深部开采现状,采用相似模拟和 PFC 数值模拟相结合的方法,选取典型剖面针对开采不同水平矿体时塌陷坑内上覆散体变化对下盘围岩稳定性影响开展研究.研究结果表明:(１)塌陷坑内上覆散体变化对下盘围岩带来的持续影响主要是围岩水平方向移动与变形;(２)围岩水平应力受散体变化影响呈整体减小的趋势,这一变化趋势在近地表区域更明显;(３)至－５８７．５m 水平开采结束,下盘围岩竖直方向变形表现出明显的增长趋势,在后续开采阶段趋于平稳,至开采结束,新副井区域地表倾斜值达到０．０１９mm/m,超出临界影响标准值.研究结果揭示了塌陷坑内上覆崩落岩体变化对矿体下盘围岩移动规律的影响,为程潮铁矿地表重要构建筑物的安全维护及下一步采矿制定相应措施提供了参考依据.

• 倾斜层理岩体预应力锚索主动锚固机理试验研究

  郭毛毛;苏学贵;杜献杰;杨朋博

  :倾斜层理顶板巷道通常具有明显非对称破坏特性,其稳定性控制是巷道支护的复杂难题,对层理岩体锚固机理研究有利于合理确定支护参数.采用相似模拟试验对不同锚固角及预应力条件下层理岩体锚固控制机理进行了研究.结果表明:锚索预应力可有效抑制层理岩体裂隙扩展,且随锚索轴向约束载荷增大抑制效果愈加明显,锚固体峰值强度较无锚时提高９６．９７％,锚索高阻特性使层理岩体锚固结构强度保持缓增趋势,岩体碎胀变形得到有效控制,残余强度提高１４８．３３％;锚固角对岩体加固效果影响明显,锚固角为９０°时较无锚试件其弹性模量、峰值强度及残余强度分别提高５９．３３％、３４．３４％和９６．６７％,锚固角为４５°时较锚固角为９０°时各参数分别提高１６．７１％、１４．２９％和１８．６４％;锚索预应力与层理岩体的承载能力正相关,预应力由０．５kN 增至０．７kN 时,试 件 弹 性 模 量、峰 值 强 度 及 残 余 强 度 分 别 提 高６６．１４％、４６．６２％、２６．２７％,即增加锚索预应力可有效提高试件整体锚固强度;试件垂向位移量一定时,随锚固角优化及预应力提高,锚索对岩体扩容约束作用增强.

• 深埋大采高综采面采动巷道底鼓机理及控制研究

  范国涛;晁伟;张丁丁;张彦军

  围岩稳定性是影响煤矿巷道正常使用的关键,巷道底鼓是制约矿井高产高效的关键因素之一.以宁东矿区梅花井煤矿２３２２０４辅运顺槽地质条件为背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的方法研究了巷道底鼓机理.研究发现巷道底板无支护和采动影响是巷道底鼓的根本原因,在原支护条件下巷道围岩呈不均匀收缩状态,顺槽发生挤压流动型底鼓.提出了巷道优化支护方案并进行验证.结果表明:巷道底板最大破坏深度为３．２ m,优化支护后,巷道底鼓量由原支护条件下的１１５０mm 减小到３５０mm,两帮对底板软岩产生的“挤压”效应得到了有效缓解,整体围岩系统在“顶 底帮”优化支护后能实现长期稳定.

• 高应力松软底板巷道底鼓机理及锚+桩控制研究

  杨朋博;苏学贵;杜献杰;郭毛毛

  软岩底板巷道常表现出底鼓变形破坏,尤其是受采动和构造应力影响时底鼓尤为严重.以双柳矿３３１３抽采巷道为工程背景,采用解析分析、数值模拟的方法对巷道底鼓机理及稳定控制对策进行了研究.分析表明:构造应力使巷道围岩的水平应力增大２．１倍,采动影响使巷道围岩垂直应力增大２．１~３．５倍,由此导致巷道底鼓滑移破坏力增大２．４５~２．９１倍.提出通过增打两帮斜拉锚索以降低帮部垂直应力、增加底部钢板桩以降低底板水平应力的底鼓控制优化方案,研究表 明:增 加 巷 帮 斜 拉 锚 索 可 使 两 帮 垂 直 应 力 降 低１５．１％,增加底部钢板桩使底板水平应力降低１８．３％.采用优化的支护方案后,巷道稳定性的改善效果明显,巷道两帮收敛量减少７３．６％,巷道底鼓量减少７３．１％,塑性破坏区减少６１．５％,实现了巷道整体稳定.优化的支护方案在双柳矿新掘抽采巷的应用取得了良好的效果,从而为高应力区松软底板巷道支护提供了借鉴.

• 沿空留巷高强让压巷旁支护体“承-让”机理研究

  张钰凯;张小强;张泽瑞

  针对深井高应力条件下沿空留巷过程中现有充填体材料不能适应顶板活动的问题,在 C４０基准混凝土的基础上使用不同掺量聚合物(EVA)和钢纤维进行正交试验,得到了应变系 数 为 ２％ ~１０％ 的 改 性 混 凝 土.以 麦 地 掌 煤 矿２１２１３工作面回风顺槽留巷为研究对象,运用理论分析与数值模拟相结合的方法,研究不同应变系数的改性混凝土充填体的支护效果.研究表明:(１)基于弹性地基基础理论和砌体梁理论,得到在该地质条件下应变系数为５．６％的改性混凝土可以使关键块回转触矸达到稳定状态,充填体所需的最大支撑力为２０．４６MPa;(２)数值分析结果表明,随着充填体的应变系数逐渐增大,充填体侧与实体煤侧最大垂直应力比由１．２６减小到０．３３,应力集中位置逐渐从充填体侧转移至实体煤侧,充填体起到让压承载的作用.但应变系数过大的充填体支撑力不足,顶板下沉速度过大,不利于留巷围岩控制.综合分析得出:在２１２１３工作面回风顺槽留巷时应采用应变系数为６％的混凝土为充填墙体,在适应顶板给定变形的同时,有足够高的强度使基本顶平稳回转下沉.

• 抚顺西露天矿影响区地裂缝对拟建综合管廊的影响机制研究

  刘邦;王金安

  在露天矿影响区的地裂缝活动环境下开展地下综合管廊建设具有一定的风险,为了探究地裂缝活动对拟建地下综合管廊结构的影响,以穿越抚顺西露天矿影响区１号地裂缝的综合 管 廊 结 构 为 研 究 对 象,结 合 现 场 监 测 数 据,利 用ABAQUS有限元软件分析了地裂缝错动作用下地下管廊结构的变形和受力特征.研究结果表明:管廊的竖直和水平位移随地裂缝错动量的增大而增大,上盘沿纵向距地裂缝６０m,下盘距地裂缝４５m 范围为管廊的变形区;在地裂缝的错动作用下,地下综合管廊竖直方向的变形呈现出反“S”形特征;当地裂缝的累计错动量达５０cm 时,管廊的水平位移在地裂缝位置达到峰值,顶板水平位移峰值为４cm,底板位移峰值为３．１cm,靠近地裂缝位置的管廊结构易发生张拉破坏;在地裂缝错动作用下,位于下盘位置的管廊顶板受压,底板受拉,位于上盘的管廊顶板受拉,底板受压,顶板和底板是管廊的主要轴向应力区;地裂缝错动超过２０cm 时,管廊顶、底板轴向应变远超规范规定的应变值,拉破坏为管廊的主要变形破坏模式.分段设置柔性接头可以显著降低管廊结构因地裂缝错动而产生的轴向应力和应变.研究结果可以为抚顺市地下管廊穿越地裂缝带的结构设计提供科学依据.

• 考虑煤岩材料非均匀性的特大采高工作面周期来压分析

  孙秋迪;杨小彬;吕嘉琦;唐娟;张立辉

  考虑煤岩材料的非均匀特性对特大采高工作面矿压显现规律的影响,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法,研究神东矿区某８m 特大采高工作面周期来压规律.提出煤岩微结构密度参数,理论推导工作面非均质顶板周期垮落步距计算公式;建立非均质煤岩体工作面推进数值计算模型,结合现场实测结果验证理论模型和数值计算结果的合理性.结果表明:考虑煤岩材料非均匀特性,周期垮落步距随煤岩微结构密度参数增大呈近似线性减小;周期来压过程,８m 采高工作面垮落步距约为１５m,与现场矿压监测结果较为吻合.研究成果对于掌握神东矿区８m 特大采高综采工作面周期来压规律和保障特大采高综采工作面的 安全开采具有重要参考意义.

• 岩体质量分级RMR法的修正及应用

  胡胜;王贻明;王少勇;张敏哲;郝硕

  针对传统岩体质量分级 RMR 法(Rock MassRating)中存在的评价方式偏于保守或过于激进等问题,为使评价更客观科学,对 RMR 法各项指标进行了研究;对岩石强度指标、岩心质量 RQD和节理间距指标评分进行了非线性拟合研究;对节理性状的指标进行了加权平均法研究;引入地下水修正系数,增加 RMR法的适用范围;修正后的 RMR法在山东某金矿进行了工程应用,结果表明:修正后的 RMR 法可以客观评价岩体质量等级;该矿山花岗岩和煌斑岩巷道的岩体质量等级分别为Ⅱ级和Ⅳ级;花岗岩岩性巷道支护方式为锚杆＋锚网支护,煌斑岩岩性巷道支护方式为锚杆＋喷射混凝土＋锚网＋锚索＋钢拱架支护.

• 基于FLAC3D的含软弱裂隙带隧道围岩稳定性研究

  马磊;孙晓冬;吴金;付頔;许小燕

  以云南兴隆隧道１号斜井为工程背景,针对有限长裂隙带对隧道围岩稳定性的影响问题,采用 FLAC３D 进行数值模拟,分析不同倾角和宽度的裂隙带对围岩竖直位移的影响规律,并进行量化评价.结果表明:(１)随着裂隙带与中心线夹角的增大,上下台阶开挖过程中最大竖直位移变化规律大致相同,均在夹角为３０°时达到最大值,但最大竖直位移差值逐渐增加;(２)随着夹角的增大,影响区域由裂隙带附近逐渐转为隧道上方大面积围岩,形状由三角形逐渐转变为帽状,面积先增大后减小,最大影响区域面积为６２．７０m２;(３)随着０°夹角裂隙带的宽度增大,竖直位移先迅速增加,后趋于平缓,而影响区域面积呈直线增加;(４)提出以竖直位移增量和影响区域大小来量化裂隙带对隧道围岩的影响,以直观反映裂隙带引起的局部失稳和大范围变形.

• 冻融循环作用下砂岩劣化试验研究

  王子一;康向涛;江明泉;周浪

  为从宏观与微观两方面研究砂岩在冻融循环作用下的劣化特征,选取内蒙古新乌苏矿区的青砂岩作为试验材料,并对３组试件分别进行１０次、３０次、４０次冻融循环试验,采用图像二值化和核磁共振的方法对试件的外观、质量变化率、孔隙变化率、核磁共振 T２谱进行分析.试验结果表明:随着冻融循环次数从１０次增加到４０次,试件外观劣化程度也随之加深;冻融循环次数越多,试件吸水量、质量变化率和孔隙变化率也随之增大,孔隙变化率最终趋于稳定;青砂岩孔隙是一种大小孔隙并存的状态,且随着冻融循环次数增加,青砂岩小孔隙数量减少,大孔隙数量显著增加.

• 单轴压缩下相似材料煤样破裂过程研究

  朱昌星;安烨明;李伟东

  为研究巷道煤体的破裂演化过程,以平煤股份二矿庚一轨道巷为背景,采用水泥、石膏及全粒径煤粉等材料,制备不同配合比的相似材料煤样,通过单轴压缩试验及颗粒流(PFC２D)数值模拟,分析相似材料煤样的破坏模式及裂纹演化过程.结果表明:相似材料煤样的应力 应变曲线特征与原煤的曲线特征相似,试件破坏模式主要是沿斜截面剪切破坏;煤粉含量多的试样(水泥∶石膏∶全粒径煤粉＝１∶１∶１．２５)其破坏模式更接近原煤的破坏模式,PFC２D数值模拟与室内试验得到的应力 应变曲线具有较好的一致性,最终破坏模式相似;根据裂纹累积曲线将裂纹演化过程分为裂纹产生、裂纹扩展、裂纹贯通３个阶段.研究结果为后期相似材料模型试验及巷道支护提供了技术指导.

• 掺铁尾矿粉碱矿渣混凝土力学性能及透水性能研究

  武志勇;邢燕;朱峰;王飞宏

  为揭示水玻璃模数、粉煤灰掺量、水灰比和养护条件与碱矿渣混凝土力学性能及透水性能的关联规律,研究采用铁尾矿微粉、水泥、矿渣和粉煤灰为原料制备胶凝材料,以不同模数水玻璃作为碱激发剂制备碱矿渣混凝土.试验结果表明:水玻璃模数从１．０增加至１．５的过程中,碱矿渣混凝土力学性能呈先上升后降低的趋势,透水系数波动幅度较小,表现为先缓慢降低后轻微上升的趋势,水玻璃模数为１．２是其性能变化的拐点;粉煤灰掺量与碱矿渣混凝土力学性能整体呈负相关;随着水灰比的不断增大,碱矿渣混凝土力学性能先增大后减小,透水系数呈线性下降趋势;养护温度和养护湿度是决定碱矿渣混凝土力学性能发展的关键因素,不同养护条件下碱矿渣混凝土３d和７d抗压强度排序为蒸汽养护ZC＞蒸养后潮湿养护 HC＞套袋密封养护 MC＞标准养护SC＞恒温水中养护 WC＞室内养护 NC,２８d抗压强度排序

• 离子型稀土矿山堆浸场地土体物理力学性质研究

  陈飞;施康;高超;王观石;罗特

  采用堆浸工艺开采离子型稀土会破坏矿山地表的植物和污染土壤.露天开采使得土体完全裸露在外,容易发生水土流失、滑坡等地质灾害,土质类型也逐渐向砂类土转变.以定南县离子型稀土矿山大塘尾堆浸场地为研究区域,研究了该堆浸场地废弃矿渣土体的物理力学性质,分别进行了土体的含水率,密度、液塑限和抗剪强度等物理力学性质试验.为进一步阐明不同含水率条件下土体抗剪强度及其指标的变化规律,设 置 土 体 含 水 率 分 别 为 ９％、１２％、１５％、１８％、１％五种不同梯度条件,制备重塑扰动土样并进行直剪试验.试验结果表明:随着含水率的增高,土样的黏聚力整体呈下降趋势,内摩擦角变化不大,而土样的抗剪强度逐渐降低.研究结果 可 为 类 似 场 地 的 生 态 修 复 和 治 理 提 供 理 论依据.

• 酸化作用对煤润湿性影响试验研究

  张锐;袁梅;谢红飞;李照平;陈恋

  为了研究酸化作用对煤润湿性的影响机制,选用氢氟酸对试验煤样进行酸化处理,借助 X 射线衍射(XRD)试验和红外光谱(FTIR)试验分析其矿物质组成及化学结构的演化规律,通过接触角测定和表面张力计算表征试验煤样润湿性.研究结果表明:酸化作用可有效溶蚀煤中矿物质,其中碳酸盐矿物被完全溶蚀,硅酸盐矿物含量降低了２４．４个百分点;酸化作用能改变煤表面官能团结构,酸化处理后煤样的含氧官能团和羟基结构含量分别增加５５．８％和１０．４％,芳香结构含量减少了３１．４％,脂肪类结构含量变化很小;经接触角试验发现,酸化处理后试验煤样的煤 水接触角减小,表面张力增大,亲水性增强,印证了前述试验结果分析的正确性.试验煤样亲水性增加能促进瓦斯解吸,为煤层气高效开采提供了理论依据.

• 露天开采环状推进采剥计划自动编制方法

  宋阳;陈鑫;李金玲;毕林;谢凌琛

  针对露天矿开采计划编制存在的计算过程复杂、操作繁琐和实时性不高,从而导致配矿品质波动难以控制、开采量不合理、剥采比失衡等问题,提出了一种露天开采环状推进采剥计划自动编制方法.结合矿山开采现状,通过设置环状推进采剥开采计划目标、指定推进起始点位置,建立环状推进采剥模式下的开采计划自动编制数学模型,通过解算模型得到最优计划编制结果.该方法满足环状推进采剥模式下露天矿开采计划自动编制要求,实现在时间、空间、工艺约束下环状推进采剥计划的有序展开.计划编制结果同时满足矿石品质波动、采矿量和剥采比控制要求,保障了露天矿持续均衡生产和高效经济运营.

• 基于BP-NSGAⅡ模型的湿喷混凝土参数多目标优化研究

  韩斌;王建栋;李少平;张金来

  为获得最优性能湿喷混凝土参数设计方案,提出一种基于 BPＧNSGAⅡ的湿喷混凝土配合比参数多目标优化模型.首先以湿喷混凝土料浆塌落度和混凝土２８d单轴抗压强度作为目标函数,以水泥掺量、水灰比、砂石比、减水剂掺量等作为决策变量建立模型基本框架;然后结合具体工程要求,设计并开展了湿喷混凝土配合比试验,得到全面可靠的湿喷配合比及抗压强度试验数据;其次将所得数据预处理后划分为训练集与测试集并作为输入变量训练 BP神经网络;然后将训练好的 BP神经网络作为整体集成为一个适应度函数,利用改进的非支配遗传算法(NSGAⅡ)根据目标函数对适应度函数中的决策变量求 Pareto 最优解.最终得到满足 C２５强度的最优湿喷混凝土配合比参数:水灰比为０．５３,水泥掺量为４４０kg/m３,砂石比为８∶２,减水剂掺量为０．６０％;满足 C３０强度的最优配合比参数:水灰比为０．５０,水泥掺量为４６０kg/m３,砂石比为 ７∶３,减水剂掺量为 ０．６５％;满足C３５强度的最优配合比参数:水灰比为０．４６,水泥掺量为４８０kg/m３,砂石比为８∶２,减水剂掺量为０．６３％.

• 旋转摩擦起电器几何参数的CFD模拟研究

  叶世旺;陶东平;陶有俊;黄志敏;薛刘萍;张雷

  旋转摩擦起电器是旋转摩擦电选机的核心部件,其性能很大程度上决定了静电分选机的分选效果.为探究旋转摩擦起电器几何参数对粉煤灰荷电效果的影响,采用标准kＧε湍流模型结合颗粒轨道模型,以粒径为２０,４０和６０μm的球形碳、灰颗粒为研究对象,对所设计的８种不同摩擦起电器形状内颗粒的运动特性进行了数值模拟研究.结果表明:旋转摩擦轮截面边数为１２且内凹圆弧和直线段交替分布时,不仅可显著减小颗粒在摩擦起电器右下方的堆积,而且颗粒的最大速率相比圆形摩擦轮截面的情形至少提高了３．５６％,同时摩擦轮碰撞的区域面积相比圆形摩擦轮截面的情形至少提高了２倍以上,从而使碰撞摩擦更加充分,粉煤灰颗粒摩擦起电效果更好.

• 矿用先导阀电磁铁动静态特性分析

  马增财;左超;魏然雨;王浩宇;曹连民

  以液压支架电磁先导阀上的电磁铁作为研究对象,分析先导阀电磁铁的工作特点,运用 Maxwell有限元软件对电磁铁进行仿真分析,得到电磁铁的静态输出特性,发现衔铁长度在２８mm 时效果最佳;将静态特性仿真分析结果导入AMESim 中,建立 电 磁 铁 驱 动 负 载 动 态 系 统 模 型,实 现 电磁 液压 机械的联合仿真分析,得出电磁铁气隙、安匝数、电感、输出力之间的关系,发现初始气隙的大小应低于０．８mm,以提升电磁铁的承载能力.

• 基于TreeNet算法的煤与瓦斯突出预测模型构建研究

  周松元;罗渭;马伟东;黄炳

  针对煤与瓦斯突出矿井防突措施实施过程中,大量的突出预兆信息没有被充分利用,难以指导煤矿有效预测突出的问题,提出了采用 CART 算法构建突出预兆工程信息测试样本空间,采用分步式迭代逼近方式的 TreeNet算法的煤与瓦斯突出预测模型构建方法,通过建立分类预测模型,通过算法找到了测试样本中的重要预测变量,同时通过预测变量对目标变量的贡献归因分析,得到了预测指标取值的最危险区间,以此构建矿井突出预测敏感指标体系.通过对原利民煤矿历年突出资料进行测试分析,发现坚固性系数、最大钻屑量、瓦斯涌出量对突出发生有着较为明显的对应关系,可作为该矿井煤与瓦斯突出预测的敏感指标.研究结果表明:基于 TreeNet算法的煤与瓦斯突出预测模型构建是一种机器学习的工作面预测指标的敏感性判别方法,可用于煤矿建立工作面突出预测敏感指标体系.

• 基于三维点云的边坡岩体结构面提取方法与应用

  郭登上;谢谟文;刘卫南;贺铮;熊娟

  结构面在空间上的展布是岩体稳定性的重要影响因素,为解决传统结构面调查风险高、效率低,一般智能识别方法不适用于结构面发育破碎区的问题,基于三维激光点云数据,提出了一种精准、简便提取结构面并获取其产状信息的方法.首先,基于局部邻域熵函数最小准则改进了点云主成分分析算法,获取点云法向量信息;然后,利用区域生长算法对点云法向量夹角及曲率阈值进行分析,识别出了结构面;最后,通过法向量坐标转化获取结构面产状信息并对其进行分组.以青海黄藏寺某裂隙岩体为例,现场识别测试结果表明,该方法可以精准、简便地提取岩体结构面产状信息.