矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2022年第11期

• 金川三矿区下向进路胶结充填采矿法采场结构参数优化

  张金来;王建栋;韩斌;朗岩旺弦;和学衡

  :为了解决金川集团三矿区下向进路胶结充填采矿法单炮爆破量少、采矿成本相对较高等问题,在金川集团三矿区开展了包括5m×4.5m、5.5m×4.5m 以及6.0m×4.5m在内的3种不同断面尺寸的采场进路现场试验。得到了采场进路顶板竖直方向最大压应力、顶板最大下沉量以及两帮最大收敛变形量。然后采用层次分析法(AHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)的综合评价模型,建立了考虑安全、经济、技术、外部条件、环境条件等五方面因素的综合评价体系,优选出了5.0m×4.5 m 的最佳断面尺寸。试采结果表明:优选后的5.0m×4.5m 断面尺寸比原5.0m×4.0m 断面尺寸采场单炮矿量提高12.5%、采矿成本降低4.9%。同时也说明了 AHP-TPOSIS方法在下向进路充填采矿法采场结构参数优化中的有效性。

• 某金矿复杂地质条件矿体协同开采技术研究

  黄乃清;郎磊

  针对复杂地质条件矿体开采技术难题,通过对矿体产状和工程地质条件进行分析,对复杂地质条件下的采矿方法进行了优化,选择上向进路充填采矿法回采不稳固或中厚至厚大矿体,工业试验结果表明:上向进路充填采矿法适用于复杂地质条件的矿体回采,采矿损失率降至8%、贫化率控制在10%,有效地提高了不稳固矿体回采的安全性和经济效益,吨矿效益达300元以上。

• 高瓦斯矿井初采前顶板静态预裂技术研究及应用

  相海涛;严国超;丁宏强;寇凯博;李岗

  针对高瓦斯矿井回采时初次来压步距长的问题,提出初采前采用静态破碎剂(SCA)对切眼进行静态预裂处理的技术方案。通过对静态膨胀的原理进行分析后,设计了测试系统和核心组件对SCA 径向膨胀压力和轴向膨胀压力进行了测定。试验结果表明:SCA 的膨胀压力随管径的增大而增大,管径一定时径向膨胀压力高于轴向膨胀压力。设计并自制了一种可搭接防滑定向聚能静态预裂装置,结合 SCA的研究成果在小常煤业30218切眼进行了现场试验。工业试验结果表明:设计的静态预裂装置能够将径向膨胀压力定向聚能,强化了顶板的预裂效果,简化了静态预裂的工艺。通过 UDEC数值模拟和现场钻孔窥视的方法对顶板预裂的效果进行了验证,经过静态预裂处理切眼顶板后,初次来压步距减少10.8m,取得了良好的工业效果,满足安全生产的要求。

• 弹性力学及数值模拟耦合优选下的充填体假顶结构参数优化研究

  田全虎;王堃;王能跃;陈建新;任泽均

  充填体假顶稳定性对矿岩软弱破碎、地应力高的地下矿山假顶下回采作业安全及矿山经济效益至关重要。以锦丰金矿所采用的上向水平分层进路充填采矿法所构筑的第一层充填体假顶为研究对象,运用薄板理论计算分析,获得了3个较 为 可 取 的 充 填 体 假 顶 结 构 参 数 优 化 方 案。利 用FLAC3D数值模拟软件分别对3个优化方案进行模拟分析,获得了下一阶段充填体假顶下进路回采过程中充填体假顶应力场变化规律及位移场变化规律,并确定充填体假顶结构参数最优方案为方案三,即水泥掺量充填配比为30%、充填体假顶厚度为2.6 m。研究结果为国内外类似矿山实际运用提供参考。

• 分级细尾砂充填试验研究

  宋泽普;付有;林顺才;齐兆军;荆晓东;姜海强

  受尾砂细度的增加和环保政策法规要求日趋严格的影响,国内部分矿山开始采用“分级细尾砂充填、粗尾砂综合利用”这一开发模式。然而,尾砂级配的改变必然会引起尾砂浓密、充填料浆输送以及充填体强度的变化。鉴于此,针对某金矿分级细尾砂开展了充填试验研究。试验结果表明:相比于 全 尾 砂,分 级 细 尾 砂 中 25μm 以 下 颗 粒 含 量 增 加 了17.18%,150μm 以上颗粒含量减少了7.61%;分级细尾砂浓密效率不及全尾砂,分级细尾砂相比全尾砂进料质量浓度降低了2.65个百分点,絮凝剂添加量增加了10g/t,处理量降低了0.23t/(m2·h);分级细尾砂充填料浆输送性能不及全尾砂充填料浆,在充填料浆流速1.47m/s、2.06m/s、2.45m/s情况下,质量浓度66.15%的全尾砂充填料浆管道压力损失分别比质量浓度64.13%的分级细尾砂充填料浆管道压力损失降低了36.46%、39.37%、40.17%;分级细尾砂充填体强度低于全尾砂充填体强度,相比于全尾砂充填体,对应料浆状态及灰砂比的分级细尾砂充填体3d强度降低了50%~80%,28d强度降低了30%~70%。研究结果对该矿分级细尾砂充填系统建设具有指导意义,同时为类似矿山采用分级细尾砂作为充填骨料进行井下充填提供参考。

• 超声聚能器作用下全尾砂浆浓密沉降试验

  魏钊;吕文生;杨鹏;王涛;李桂洋

  为探究超声聚能器产生的超声波对全尾砂浆浓密的促进效果,采用自制砂仓模型进行全尾砂浆浓密沉降物理试验,基于控制变量法探究在全尾砂沉降不同时刻施加超声波,及不同功率的超声波对其浓密沉降效果的影响。研究结果表明:超声波在清水及全尾砂浆中的声强衰减规律类似,在距离上均可分为持续衰减阶段与波动衰减阶段两个阶段。在持续衰减阶段,超声波在清水中的声强值与功率的大小关系呈反比,在全尾砂浆中则呈正比;而在波动衰减阶段,两种情况下的声强值都随着功率的增大而增大。此外,两种情况下的声强衰减率在持续衰减阶段均与功率大小呈正比,在波动衰减阶段均呈反比;而从全过程来看,两种情况下声强最终衰减的百分比均随着功率的增大而减小。在实际生产中,并非施加超声波就能改善全尾砂浆的浓密沉降效果,超声波的功率大小及在全尾砂浆沉降过程中的施加时刻均影响全尾砂浆沉降效果,这种影响甚至会对全尾砂浆的浓密沉降起到反作用。

• 提高锡铁山铅锌矿伴生金银回收率试验研究

  范增鑫;郭万中;许永伟;张慧婷;赖春华;周华荣

  为提高锡铁山铅锌矿伴生金银回收率,在工艺矿物学的基础上研究考察了磨矿细度、金银捕收剂种类和药剂用量、调整剂种类和药剂用量对伴生金银回收率的影响。试验结果表明,伴生金银主要赋存在铅矿物中,试验选取磨矿细度为-0.074mm 占57%,采用组合捕收剂25# 黑药+A11,T18作为锌矿物的抑制剂,采用一粗两精一扫的闭路流程,获得铅品位为67.55%,含锌2.15%的铅精矿,铅精矿含金银分别为5.01g/t和641.17g/t,铅回收率达95.13%,金回收率为61.06%,银回收率为81.96%。伴生金银浮选指标较好,为类似铅锌矿提高伴生金银指标提供了借鉴范例。

• 转炉钢渣磁选回收试验研究

  王亮;卜显忠;陈伟;康建雄

  中国钢渣排放量巨大,且尚未得到有效回收利用。某转炉钢渣中铁含量较高,有用矿物主要为金属铁和氧化铁相,以块状或长条状嵌布在钢渣中,可磨性差。基于对原矿性质和细粒级有用矿物嵌布状态的研究,采用磨矿分级 弱磁选的工艺流程,可分级出+0.5mm 粒级磨矿产品,得到品位92.80%、回收率56.90%的铁精矿1。再将-0.5 mm 粒级试样在磁场强度 120kA/m 条件下湿 式 磁 选,得 到 品 位54.73%、回收率11.31%的铁精矿2。相比于传统的磨矿磁选工艺,利用矿物硬度的差异,将合格产品及时选出,大大节约了能源,降低了选矿成本,具有一定的工业推广价值。

• 过氧化氢-氧化钙强化抑制煤系黄铁矿的作用机理研究

  赖祥平;程伟;梁云帆

  煤系黄铁矿的有效抑制是煤泥浮选脱硫的关键。通过浮选试验和矿物表面分析技术研究过氧化氢(H2O2)和氧化钙(CaO)对煤系黄铁矿的抑制效果强化及作用机理。研究结果表明:单独使用 H2O2 或 CaO 时,在最佳用量条件下,煤系黄铁矿上浮率分别为 15.15% 和 15.45%,当同时加入CaO(2kg/t)及 H2O2(60kg/t)时,煤系黄铁矿上浮率最低为8.97%,说明 H2O2 能强化 CaO 对黄铁矿的 抑 制 作 用。CaO 与黄铁矿作用可产生少量含钙物质(主要是硫酸盐)覆盖于黄铁矿表面,一定程度上降低了黄铁矿的表面疏水性。H2O2 与 CaO 共同作用条件下,黄铁矿表面氧化还原反应加剧,促进表面 Fe—S键断裂和 Fe、S离子的溶出,以及含 Fe氧化产物 Fe2 (SO4)3,Fe(OH)3,Fe2O3 和 含 Ca氧 化 产 物CaSO4,Ca(OH)2 的生成和覆盖,强化对煤系黄铁矿的抑制

• 聚苯乙烯纳米粒子在碳及石英表面的吸附行为研究

  江宁;孙玉金;董宪姝;马晓敏;樊玉萍

  聚苯乙烯(PS)纳米粒子可作为捕收剂用于煤泥的浮选,但由于吸附选择性较差导致药剂消耗量过大,因此探索PS纳米粒子在碳及石英表面的吸附行为对于降低纳米粒子浮选时在非目的矿物表面的吸附,从而达到减少药剂用量以降低成本具有重要意义。采用乳液聚合法制备出阳离子型PS纳米粒子,采用耗散石英微晶天平(QCM-D)研究了不同条件下纳米粒子在碳表面与石英表面的吸附脱附行为。结果表明,不同条件下粒子均会在石英表面及碳表面产生不可逆的吸附,且前者吸附量约为后者的2/5,这解释了为何实际浮选过程中药剂消耗量较大的原因;减小乳液固含量对于抑制粒子在碳表面上吸附更为明显,因此在实际浮选过程中通过降低固含量进而抑制粒子在非目的矿物表面的吸附并不可取;酸性(pH 为5)和碱性(pH 为9)条件对于纳米粒子在石英表面上的吸附效果起到抑制作用,因此浮选时调控pH 为7的矿浆环境更有利于粒子在煤颗粒表面的吸附;随着吸附量的增大,碳及石英表面的吸附层都变得更为密实,且碳表面的密实度均小于石英表面的密实度,较高固含量或中性环境在促进碳表面吸附的同时,吸附层构型也变得更为松散,但水流的冲洗始终不足以克服粒子的吸附能垒造成脱附现象。

• 金川三矿区多中段协同开采下分段巷道变形破坏特征研究

  贾稳宏;余龙哲;黄永祥;王文杰

  针对金川三矿区3中段协同开采期间分段巷道破坏严重的问题,运用地质统计方法调查了各分段巷道的破坏特征;采用数值计算方法构建三维数值模型,并对协同开采中各分段巷道变形特征、围岩破坏范围、应力演化特征进行分析;在此基础上,建立了3中段协同开采扰动下分段巷道破坏理论分析模型,探讨了分段巷道破坏机理。研究结果表明:在协同开采扰动和原始地应力的共同作用下,1330m 分段巷道整体变形破坏最为严重,1110 m 分段巷道的破坏程度次之,1438m 分段巷道的破坏程度最小;1438 m 分段巷道变形破坏部位的主要位于底板与近扰动帮,1330 m 分段巷道的破坏部位主要位于近扰动侧,1110 m 分段巷道的破坏部位主要位于顶板与近扰动帮;各分段巷道不同区域破坏程度较为一致。研究结果为三矿区3中段协同开采条件下的分段巷道维护和灾害防治提供了理论依据。

• 乌山露天矿岩质边坡监测预警系统的构建与应用

  牛鹏;于庆磊;张鹏海;杨天鸿;王赫;徐晓冬;孙星

  针对乌山铜钼矿岩体破坏失稳诱发的地质灾害问题,基于信息量法识别滑坡风险区,并在高风险区进行多源监测,通过工程实例调查及文献检索构建了包含48个露天矿边坡滑坡案例的数据库,根据案例库搜索匹配提取预警阈值,最终构建起基于 WebGIS的矿山边坡监测预警系统;研究表明,乌山铜钼矿北矿段东侧西帮、西南帮、东南帮部分区域滑坡风险等级较高,针对这些区域建立了监测预警系统,建成后运行良好,有效保障了矿山的安全生产与经济效益。

• 基于GM(1,1)模型的老鹰嘴边坡位移变形预测

  盛建龙;张鑫;胡斌

  边坡的位移变形反映了边坡所处的稳定性状态,因而有效地预测边坡位移可以作为避灾防灾的依据,从而降低地质灾害造成的经济损失。以四川黄山石灰石矿山老鹰嘴边坡位移监测数据为样本,基于 GM(1,1)模型建立了老鹰嘴边坡位移预测模型。研究表明,初始预测模型精度较低,通过残差修正,模型等级从Ⅳ级提升到Ⅱ级及以上,得到的位移预测值与实测值的变化趋势更加相近;模型预测序列长度对预测结果也具有影响,通过模型优化研究,得出模型的最佳序列长度为20。

• 薄层状顶板煤巷掘进迎头矿压显现规律与空顶区顶板失稳机理

  赵明洲;方娟;温良霞

  煤巷工程巨大消耗量是由我国煤炭赋存特征及其开采体系决定的,煤巷掘进施工参数选取不合理易增加掘进作业处(掘进迎头附近)冒顶风险并降低成巷速度。为了解决煤巷掘进过程中普遍存在的“安全与高效难统一”问题,综合采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,系统研究了矩形断面薄层状顶板煤巷掘进迎头附近围岩的矿压显现规律,揭示了掘进迎头空顶区顶板的变形特征与失稳机理。研究结果表明,煤巷掘进影响下顶板应力、变形与破坏均始动于掘进迎头前方一定距离,且均具有渐次演化特征;空顶区下位薄层岩板挠曲具有非对称性,拉伸和剪切作用是导致其破坏的根源,下位岩层破坏将引起若干层薄层岩板自下而上逐层破坏;以下位薄层岩板抗拉强度不超过其内力作为判据,可确定出特定工程地质条件下煤巷掘进的极限空顶距。基于确定的极限空顶距,结合赵庄矿53152回风巷工程地质条件和原支护方案,优化了支护方案和施工工序,工程实践现场统计与监测结果表明:在确保煤巷综掘期间施工安全与掘后顶板稳定的同时,成巷速度提高了25%左右。

• 动压叠加效应下巷道底鼓机理与控制技术研究

  杨博;柴敬

  :动压叠加效应下巷道围岩变形特征与控制对矿井安全高效回采具有重要意义。以余吾煤业公司典型二次采动影响下底鼓巷道为工程背景,采用综合理论分析、数值计算、现场实测等方法对动压巷道底鼓机制与控制措施进行了研究,得到结论:二次采动条件下低水平应力、低垂直应力及高剪切应力向小煤柱侧转移,底板破坏深度、极值深度分别为一次采动的1.9,3.0倍;当底板刚度小于30MN·m2 时,底鼓值和底板刚度相关性较强;当巷道宽度超过4m 时,底鼓变形速度急剧增大。研究揭示了 S2106专用回风巷道底鼓为高应力作用下的挤压流动型,并提出了“两帮补强+底板加固”的支护系统,以此保证叠加动压影响下巷道的稳定性。

• 开采扰动下底板巷道应力演化规律及围岩稳定性研究

  陆晓东;荣鹏;左宇军;林健云

  为了研究开采扰动诱发底板瓦斯抽采巷围岩失稳问题,以龙凤煤矿5921底板瓦斯抽采巷为研究对象,采用数值模拟的方法分析了5921工作面开采过程中底板瓦斯抽采巷围岩应力演化过程及围岩变形破坏特征。研究结果表明:垂直应力在巷道跨度范围内随深度增加而增大,巷道位于工作面前方的位置,围岩应力分布特征大致相同,巷道位于采空区的部位,左帮岩体处于卸荷状态,而右帮岩体出现明显的应力集中现象;围岩变形在时空上相较工作面开采有一定的滞后,底板瓦斯抽采巷最大变形位置滞后于回采工作面10~30m,工作面前方10 m 范围内围岩变形呈增加趋势;底板瓦斯抽采巷位于采空区范围内的部位破坏以拉伸破坏为主,位于煤壁前方支承压力区的部位破坏则以拉伸 剪切组合破坏模式为主,巷道顶板垮落、底鼓的风险较大。

• 巴润露天采场边坡地下水治理方案研究

  贾文松;吴顺川;韩龙强;张西良;刘占全;刘兴雷

  针对巴润露天采场,在分析矿区工程地质和水文地质条件的基础上,对矿区内的出水点进行了现场调查,指出在矿山生产过程中有必要对巴润露天采场边坡的地下水进行治理,提出了井点降水法和仰斜式排水孔法两种排水方案并通过对比分析得出最优方案,并利用边坡稳定性分析软件对排水前后露天矿采场边坡的稳定性进行了分析研究。结果显示:仰斜式排水孔方案的降水效果优于井点降水方案,排水后边坡稳定性安全系数 K 与排水前相比提高了54.30%,排水效果显 著,排 水 方 案 可 行,可 为 类 似 问 题 的 解 决 提 供借鉴。

• 离子型稀土矿山堆浸场地土体加固材料强度特性研究

  陈飞;施康;罗特

  采用堆浸工艺开采稀土的离子型废弃稀土矿山植被生长稀疏,水土流失等地质灾害现象较为严重,为了改良稀土矿山土体性质,提高土体的强度,以定南县大塘尾废弃稀土矿山为研究示范区,采用膨润土、碳酸氢钠、水性聚氨酯、水泥和水按照一定比例制成土体加固材料,对离子型稀土矿山堆浸场地进行土体强化,采用直剪试验测试土体抗剪强度。试验结果表明:土体的抗剪强度显著提高,其中黏聚力提高了145.55%,内摩擦角增幅不明显;在较低的竖向应力作用下,加固土体的应力“硬化”潜力降低,剪切破坏类型向应力“软化”转变。研究成果为类似场地的生态修复以及水土保持工作提供了理论依据。

• 微波加热路径对花岗岩力学及能量特性的影响

  李鑫;李庆文;相犇;郭红臣;朱燕文

  :为探究花岗岩在不同微波加热路径下的力学性能和能量特性变化规律,通过控制加热功率和加热时间来设置不同微波加热路径对岩石进行加热。利用能量理论对微波照射后的损伤岩石力学性能进行单轴压缩试验分析,得到岩石在变形破坏过程中的弹性能、耗散能演化规律。结果表明:在微波加热条件下,相比于加热时间,加热功率对岩石造成的损伤更大;岩石热损伤存在损伤突变阈值,当超过该阈值时,损伤急剧增大;不同微波加热路径下岩石内部的能量演化规律大体相同,峰值强度点处总能量和弹性能随着加热功率和加热时间的增加而降低。

• 不规则砂岩的三维模型数字重构及其破裂过程研究

  任海鹰;史开文;左宇军;潘超

  以烂泥沟金矿为工程背景,基于数字图像处理及破裂过程分析程序对不规则砂岩进行三维模型数字重构,模拟单轴压缩作用下不规则砂岩的真实细观非均质力学模型的失效机理及破裂过程;研究了不同颗粒粒径及不同内部结构砂岩的破裂过程及力学特性。结果表明:不规则试件在单轴压缩条件下破裂模式由单裂纹向多裂纹转变,裂纹方向与主应力方向成一定夹角;随着应力的增加,试件内部拉伸破坏单元的产生、发育、贯通导致试件形成宏观剪切破裂带;岩石试样在破裂过程中释放的大部分能量来自于高应力区的破碎带。此外,在模拟过中发现试件越趋于球形,应力 应变曲线线性行为越长,试件强度越大。研究结果对探讨矿岩破碎机理、寻找高效节能的破岩方式具有重要意义。

• 水压力与地应力作用下岩石透射波幅值特性试验研究

  金解放;石子勃;胡玮锋;孙俊涛;杨洪灏;刘康

  深部资源开采和深埋隧洞等岩体工程多处于高水压高地应力环境中,在爆破开挖和地震灾害等动态荷载扰动下,动荷载以应力波形式在岩体中传播,研究岩石应力波传播特性是分析评估动荷载作用下围岩体稳定性的基础。为研究不同大小水压和地应力对岩石应力波传播特性的影响,利用改进的SHPB试验系统,对饱和红砂岩开展了应力波传播试验研究,设置6种水压力和4种轴向静应力等级,分析透射波幅值随水压力和轴向静应力的变化关系,并构建其经验模型。结果表明:当冲击速度和轴向静应力一定时,随着水压的增高,透射波幅值呈幂函数增加,但增加的幅度越来越小,这是由于水压本身的侧向约束作用、弯液面效应和Stefan效应抑制了岩石内部孔隙的扩展,加强了应力波在岩石中的穿透能力;当水压一定时,轴向静应力越大,透射波幅值越小;轴向静应力越大,透射波幅值随水压增加的幅度越大。研究结果可为深部高水压工程岩体爆破开挖时的围岩体稳定性分析提供理论依据。

• 组合裂隙及其倾角对岩石力学特性及破坏特征的影响

  徐贞社;卞壮;刘毅;冯帆;邵海波

  基于颗粒流数值模拟软件(PFC),建立了含不同倾角裂隙的岩体数值模型,并对其进行单轴压缩试验,研究了不同裂隙倾角对缺陷岩体的力学特性及变形破坏模式的影响。结果表明,裂隙岩石的峰值强度和峰值应变随裂隙倾角的增加呈现出先升高后降低,然后再次升高的趋势;当裂隙倾角为60°时,岩石的峰值强度和峰值应变均最小;受不同裂隙倾角的影响,裂隙岩石起裂应力及损伤应力与完整岩石相比明显降低,其微裂隙较完整岩石更先发育,并首先在裂隙尖端产生;由于岩 石 内 部 微 裂 纹 扩 展 方 向 和 分 布 范 围 的 不 同,致使岩石发生不同形式的破坏,其破坏形式分为拉破坏和剪切破坏两种类型;裂隙缺陷的存在导致裂隙岩体的承载能力和破碎程度明显下降,其中,裂隙倾角为90°的缺陷岩石其承载能力 和 破 碎 程 度 明 显 高 于 裂 隙 倾 角 小 于 75°的 缺 陷岩石。

• 铁尾矿细粉在低熟料体系中对混凝土性能影响的试验研究

  王欢;翁金红;刘娟红;吴瑞东

  针对铁矿山尾矿库中大量的尾矿细粉,研究铁尾矿细粉对混凝土性能的影响。选择不同比例的铁尾矿细粉和矿渣粉复合,在低水泥熟料体系下制备 C30和 C50混凝土,研究铁尾矿细粉对混凝土工作性能、力学性能和耐久性的影响,并利用扫描电镜观察混凝土内部结构。研究表明,当铁尾矿细粉和矿渣粉的比例为3∶7时,混凝土有较好的流动性,力学强度最佳,C30和 C50混凝土的360d抗压强度分别达47.8MPa和74.9MPa,混凝土抗碳化和抗氯离子侵蚀能力与单掺矿渣粉混凝土相当,水化产物较多,微观结构致密。

• 多因素影响下湿喷混凝土的强度与配比优化

  濮俊缘;李克庆;张思奇

  配合比是影响湿喷混凝土强度的关键,而多种因素影响的混凝土最佳配比难以确定。为探究多因素影响下的湿喷混凝土强度发展规律,优化配合比,采用中心复合试验法开展了配合比试验。在中心复合试验中,将废石占比、水泥掺量和水灰比设为影响因素,将湿喷混凝土抗压强度设为响应量,从而建立了强度回归模型,并开展了强度优化分析。建立的强度回归模型 P<0.01,极显著;F>3.2,具有统计学意义。湿喷混凝土强度随废石占比增大先提高后降低,随水泥掺量增大、水灰比减小而提高。多因素影响下的强度变化规律与单因素作用下基本一致。提出了C25和C30强度等级的湿喷混凝土最佳配合比,经过试验验证了相关配比的可靠性。

• 大红山铜矿西矿段巷道喷涂隔热材料降温效果的数值模拟分析

  张希;喻晓丽;黄冲红;李杰林;周科平

  :随着深部开采活动的增多,越来越多的矿山面临着因地热导致的矿井热害难题。为探讨高温巷道围岩喷涂隔热材料后的降温效果,以大红山铜矿西矿段-20 m 中段为研究对象,进行围岩热力学参数测试,并利用 Ventsim 软件开 展-20m 中段全区域巷道喷涂隔热材料的降温效果仿真分析,进一步分析了不同进风条件下局部巷道区域喷涂隔热材料的降温效果。结果表明:在-20 m 中段全区域喷涂隔热材料后,平均降温仅1.12℃,整体降温效果不佳;当局部巷道喷涂隔热材料且入口风流温度小于28℃时,喷涂隔热材料的降温效果能满足要求,喷涂隔热材料可作为一种辅助降温措施应用于局部区域的热害防治。

• 基于深度学习的镜下矿物图像识别方法

  陈博勋;王宏铭;王玲;汤化明;王龙;曹冲

  为探究利用深度学习和图像处理技术实现镜下矿物图像特征智能化识别的可行性,基于卷积神经网络、Adam 优化算法等,对采集的辉石、石英、角闪石、橄榄石、斜长石5种矿物图像进行了试验研究,采用 OpenCV 对有限的数据集进行增广,有效地扩大数据规模、降低样本的不平衡性,基于ResNet-50网络架构优化模型,使用迁移学习的训练策略进行模型训练,以精度和损失作为评价指标。测试结果表明:优化后的网络模型识别精度大幅提高,在模型测试中达到了98.48%的精度,损失控制在0.01~0范围内,并且具备更快的收敛速度、更低的训练耗时,大大提升了网络的训练效率,成功实现了镜下矿物智能化识别及分析。

• 露天矿卡车司机驾驶行为Yolo-V5检测模型轻量级优化研究

  刘煜祖;马连成;段金刚;史小冬;王仁炎;张烨佼

  :针对 Yolo-V5目标检测算法在露天矿应用中存在的模型拟合能力低、实时目标检测占用内存过大及设备配置要求高等缺陷,提出融合优化策略对 Yolo-V5模型进行轻量级优化研究。在模型训练阶段,引入动量改进torch.optim.SGD()算法对模型训练权重进行优化,加快训练收敛速度,增强模型拟合度;模型训练后,在 OpenVino环境下对 Yolo-V5模型进行网络层剪枝和 FP16量化,模型体积压缩75%,运算内存降低33.88%。通过实验室对比试验,得出如下结论:相较搭载 GPU 设备,采用融合优化策略的检测模型,在低配置CPU 设 备 上 推 理 FPS 提 升 83.71%,平 均 推 理 时 间 降 低45.11%,8类驾驶行为检测预警时间降低9.89%~82.21%,对吸烟、吃喝、手机检测精确度提升3.34%~10.00%。研究表明:融合优化策略实现了 Yolo-V5轻量级优化的研究目标,实时目标检测摆脱了对 GPU 设备的依赖,为 Yolo-V5目标检测进一步在露天矿应用推广打下了良好的研究基础

• 基于卷积神经网络和语义分割混合模型的煤岩识别系统研究

  孙涛;王宏伟;闫志蕊

  综采工作面煤岩识别是实现煤矿智能化无人开采的关键技术。目前,基于图像的煤岩识别研究主要是对煤岩进行分类识别,对煤岩复杂混合层界面的识别研究较少。因此,提出了一种基于卷积神经网络的煤岩信息识别边缘计算系统,该系统包括煤矸石智能分类单元以及煤岩层智能语义分割和视觉重构单元。在煤矸石智能分类单元,采用数据增强模块和图像显著化处理模块处理图像,获得的显著化图像经过 VGG16深度网络模型进行分类识别。试验结果表明,在自制煤矸石数据集上该模型测试准确率可达99.07%;在煤岩层语义分割和视觉重构单元,将通道注意力模块(ChannelAttention,CA)嵌入到 DeepLabv3+的主干网络中,并采用Poly自适应学习策略自动调整网络训练的学习率,构建了一种适用于煤岩层图像分割的 CA_Poly_DeepLabv3+ 网络,在自制 煤 岩 分 割 数 据 集 上 的 平 均 交 并 比 定 量 指 标 为66.81%,相较于 DeepLabv3+基准网络提高了7.74个百分点,实现了较好的界面分割识别和视觉重构。

• 基于隐式数字孪生的采煤机自主调高策略研究

  蔡安江;刘俊强;刘亚东;任志刚

  针对传统控制方法存在滞后性和难以实现对采煤机进行自主调高控制的问题,构建了采煤机自主调高隐式数字孪生模型(IDT),实现了采煤机的高效自主调高。提出了IDT和长短时记忆神经网络(LSTM)联合驱动的采煤机截割轨迹预测方法,首次采用蜜獾算法(HBA)优化 LSTM 的超参数,算例分析结果表明:蜜獾算法优化长短时记忆神经网络(HBA-LSTM)相比普通 LSTM 具有更高的精确度。提出了基于隐式数字孪生的采煤机自主调高控制策略,其结构包含数据采集、IDT模型和采煤机自主调高3个部分,在自主调高部分引入控制项修正了采煤机的控制参数。实例仿真表明:在IDT环境下,参数修正后的采煤机自主调高轨迹曲线更接近采煤机实际调高轨迹,最大误差仅为0.028 m,有效地提高了采煤机自主调高的适应性。

• 矿用变频器电磁兼容传导干扰测试研究与分析

  刘碧芋;翟守忠

  电气智能设备能提高矿山开采效率,被大量应用到矿山开采之中,但其产生的电磁干扰对矿山生产带来了很大的安全隐患。基于已有的电气传动试验系统,搭建了电磁兼容传导干扰测试实验平台,对4组矿用变频器开展了传导干扰实验测试,研究矿用变频器产生传导干扰的特征以及分布规律。研究结果表明,所测传导电磁干扰均存在波峰,且在0.4MHz频率附近占主导地位;所测变频器的传导干扰均低于限值,满足电磁兼容测试要求。该方法对矿用变频器电磁兼容测试以及整改具有指导意义。

• 基于CFD-DEM耦合的螺旋管料浆输送特性与磨损分析

  刘行;吕文生;杨鹏;杨超

  为解决高浓度充填料浆水力输送过程中水平管路磨损严重的问题,提出了采用三纹螺旋管进行料浆输送的方案。应用计算流体力学 离散单元法(CFD-DEM)对料浆输送过程进行了数值模拟研究,探究螺旋管道的料浆输送特性及管道磨损规律。结果表明,普通管道的磨损主要发生在管道底部,且磨损主要由颗粒滑动摩擦造成,而螺旋管中磨损较均匀地分散到管壁上。当入口速度为1.2~2.4m/s,颗粒平均粒径为1.2~2.1mm 时,螺旋管的最大及平均磨损深度相较于圆管分别降低了17%~34.6%及72.6%~87.7%。螺旋管在保证料浆连续输送的同时,极大地降低了水平管道磨损,为充填管路设计提供了新思路。

• 矿山生态效益评估模型及其应用

  秦静;李国清;侯杰;王佳斌;熊超;赵威

  为了核算生态矿山建设取得的生态效益,给出了以政企地和谐共处为核心的生态矿山建设内涵,构建了包括本质安全、资源高效利用、节能减排、社区和谐和生态修复在内的生态效益评价指标体系,并建立了生态效益指标量化模型,可货币量化评价生态矿山的建设效果。以某金矿为例进行生态效益核算,结果表明,生态矿山建设取得的生态效益值为35743.82万元/a,其中本质安全效益为2696.33万元/a,资源高效利用效益为2634.3万元/a,节能减排效益为1057.92万元/a,社区和谐效益为29248.4万元/a,生态修复效益为106.97万元/a。从矿山角度看,本质安全效益所占 比 重 最大,且保证了员工生命安全。从社会角度看,社区和谐给社会带来了巨大的经济效益。研究结果表明,生态效益评价相对客观地反映了生态矿山建设效果,在一定程度上可为生态矿山建设提供参考。

• 黑色金属矿产在战略性新兴产业的作用及消费需求分析

  潘昭帅;张照志;车东

  战略性新兴产业是对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用、成长潜力巨大的产业,而黑色金属矿产则是支撑战略性新兴产业发展的一类关键矿产。因此,厘清黑色金属矿产在战略性新兴产业中的作用及消费需求至关重要。基于产业发展和矿产资源国情,首先运用“顺产业链”和“逆产业链”相结合的方法分析了各类黑色金属矿产在战略性新兴产业的作用和消费现状,其次运用 ARIMA 模 型 对“十四五”期间,黑色金属矿产在战略性新兴产业的需求量进行预测。结果表明:2020年,黑色金属矿产在战略性新兴产业中主要应用于新一代信息技术产业、高端装备制造产业、新材料产业和新能源4个一级产业;2020年,黑色金属矿产在战略性新兴产业中的消费总量为1775万t(金属量),占当年总消费量的1.7%;“十四五”期间,黑色金属在战略性新兴产业的需求量将保持增长,2025年的需求总量将达到2104.6万t,占当年总消费量的2%。