矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2023年第10期

• 深埋复杂倾斜薄矿体高效回采方案研究

  张芫涛，林卫星，欧任泽，周礼，龚永超

  某锰矿属于典型的深埋倾斜薄矿体,而倾斜薄矿体的安全高效回采一直属于业界难题.为解决矿山的安全生产与达产难题,分析了某大型深井锰矿的开采技术条件,总结现行采矿工艺的缺点,得出该矿山现有的“深、薄、破碎、倾斜”等四大不利于采矿的因素.结合现场情况及已有工程条件,对各类采矿方法进行对比分析,优选出小分段无底柱崩落法进行回采,并在现场成功应用.研究结果对类似大埋深的复杂倾斜薄矿体资源的安全经济高效回采提供了工程实践经验.

• 缓倾斜中厚磷矿残矿资源二次开采与采空区稳定性研究

  任高峰，郑印，徐海波，胡东涛，张聪瑞，褚衍玉

  湖北某磷矿Ⅱ矿段下层 Ph1 矿层通过全面采矿法完成开采,同时留下了大量不规则点柱以支撑采空区.随着磷矿资源价格上涨,同时也为了处置采空区,拟对遗留残矿资源进行二次开采.采用数值模拟与现场工程试验相结合的方法,针对残矿资源现状、残矿资源二次开采完毕以及采空区同步充填3个不同工况的采场稳定性进行了研究,设计了预留门柱的水平浅孔留矿同步充填采矿法.研究表明:在现状Ph1 矿层开采完成条件下,在矿段东北方向小尺寸点柱密集区的矿柱及顶板存在拉裂破坏的风险;在残矿资源二次开采完成条件下,采空区矿柱及顶板的塑性区明显扩大直至贯通,矿柱和顶板处于不稳定状态;采空区嗣后充填结束工况显示最小主应力峰值明显减小,嗣后充填对于提高采空区稳定性具有积极作用.工程试验表明,采用留设“门”型矿柱的残矿资源二次开采方法可显著控制矿柱及顶板位移,该采矿方法可为类似矿山残矿资源二次开采提供参考.

• 分层开采下分层窄煤柱沿空掘巷技术应用研究

  刘振,张智,陈竹

  厚煤层分层开采技术实践过程中,上分层的开采影响了下分层工作面回采巷道的布置.为了确定某矿110502工作面分层开采下分层回采巷道布置方式,运用现场调研、理论分析及现场试验相结合的研究手段,研究了上分层区段煤柱及采空区对下分层的影响,确定了下分层回采巷道窄煤柱沿空掘巷技术方案,设计了下分层窄煤柱宽度及巷道支护参数,并将研究成果 应 用 于110502（2）回 风 顺 槽 的 掘 进 作 业中.结果表明:试验巷道围岩取得了较好的控制效果,为该矿后续窄煤柱沿空掘巷提供了理论及应用基础.

• 相邻采空区诱导冒落处理方案研究及实践

  贾凯跃，安丽萍，谭宝会，梁博，范永亮，李明润

  地下矿山中遗留采空区对采矿作业具有较大威胁,通常需要及时进行妥善处理。某矿山前期采用阶段矿房法回采时在2610 m水平遗留下两个水平相邻采空区,矿山计划后期改用无底柱分段崩落法开采,需要事先处理这两个采空区以确保崩落法的作业安全。在分析对比各种方案适用性的基础上,提出了诱导冒落处理相邻采空区的技术方案﹐并计算了采空区的可冒性。计算结果表明,当两个采空区贯通后,采空区的跨度和面积将分别达到100 m和2356 m2,超过了临界冒落跨度47.7l m和临界冒落面积1789 m2,此时采空区将发生冒落。以此为根据确定出“以矿柱为起始回采点＋预留矿石安全垫层”的诱导冒落方案。采用数值模拟方法研究了相邻采空区的诱导冒落发展过程及冒落规律,研究结果表明﹐在诱导分段率先对空区矿柱进行崩落﹐两个采空区互相贯通后发生失稳并以拱形向上发生冒落﹐随着诱导分段不断扩展﹐采空区一直冒透至地表,顺利的处理相邻采空区,同时形成无底柱分段崩落法的覆盖层。该方案在现场应用后,顺利地实现了采空区处理与覆盖层形成的双重目标，可为类似矿山提供借鉴。

• 水泥协同多固废固化铬铁渣充填材料的制备及性能研究

  周艳华,张伟伟

  为解决铬铁渣堆存占地面积大、污染土壤与水体﹑资源化利用水平低的问题,以矿渣–石灰–脱硫石膏–水泥熟料协同激发制备四元体系新型充填材料,揭示料浆流变性能、力学性能的变化规律,结合扫描电镜阐述充填体水化机理，通过毒性浸出试验探明充填材料固化/稳定化机理。结果表明:料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型,随着减水剂掺量的增加,料浆屈服应力显著降低,铬铁渣掺量是影响料浆屈服应力变化的非显著性因素。随着铬铁渣掺量的增加,充填体抗压强度呈降低趋势;减水剂掺量从0.1%增加至0.4%的过程中,抗压强度呈先上升后降低的趋势﹔随着脱硫石膏掺量的增加,早期强度呈上升趋势﹐后期强度呈先上升后降低的趋势;石灰掺量从5%增加至20%的过程中﹐抗压强度呈快速上升趋势，且掺量越大﹐上升幅度越明显。当铬铁渣∶矿渣∶石灰∶脱硫石膏∶水泥∶减水剂为30 ∶ 30 : 20 :8∶ 12∶0.3,抗压强度达最优值。充填体微观结构形貌以柱状钙矾石和团聚状C-S-H凝胶为主,二者紧密黏结形成整体。水化 28 d充填体毒害离子浸出浓度满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求,对Cr3+和Cr6+具备显著的固化/稳定化效果。

• 拌合水物化性质对充填膏体力学性能的影响

  刘音，闵令冉，王春春，陈姝蓉，杜玉娇

  为探究拌合水物化性质对充填膏体力学性能的影响，采用响应面法对初始温度、矿化度和酸碱度3种因素交互作用下的试验结果进行多元回归分析,得出响应面函数后进行可靠性分析,并结合SEM(扫描电子显微镜)和XRD(X射线衍射)试验方法研究拌合水多因素交互作用下对充填膏体力学性能的影响机理。结果表明:基于满意度函数理论确定拌合水3个影响因素的最优水平为初始温度19.923℃、矿化度2471.4 mg/L、酸碱度5.901 ;初始温度与矿化度交互作用对充填膏体早期强度存在显著影响,通过SME试验可观察到充填体内部孔隙结构松散,初始温度为30℃、硫酸盐掺量为3000 mg/L时,早期强度下降;初始温度和酸碱度交互作用对充填膏体抗压强度影响并不明显﹔矿化度和酸碱度交互作用对充填膏体后期强度影响显著﹐通过SME试验可观察到酸性拌合水充填膏体整体密实,而碱性拌合水充填膏体内部孔隙结构松散且产生了较大的裂隙,在矿化度为1800 mg/L、酸碱度为6.5时,抗压强度取得峰值。

• 矿渣 粉煤灰注浆材料的性能与微观结构研究及优化

  贾东秀，唐道增，窦江海，陈军涛，李光强，刘磊，郭洪运

  为研究矿渣–粉煤灰注浆材料的宏观性能与微观结构,利用正交试验和极差分析方法对矿渣–粉煤灰注浆材料进行了测试,研究了水玻璃模数、碱固比、水灰比、矿渣粉煤灰比等因素对浆液流动度、表现黏度,析水率﹑凝胶时间、28 d抗压强度等物理和力学性能的影响规律。通过扫描电子显微镜(SEM)分析了注浆材料微观结构和宏观性能之间的联系。结果表明:水灰比对浆液的物理力学性能有明显的影响,水灰比与浆液流动度﹑凝胶时间、析水率呈正相关,与表现黏度、抗压强度呈负相关;水玻璃模数主要影响凝胶时间，二者呈正相关﹔碱固比主要影响析水率,二者呈负相关;矿渣与粉煤灰的比值对流动度和强度有较大的影响,随着比值的提高,浆液流动度和强度升高。利用矩阵分析法得到了料浆配比的优选方案;矿渣∶粉煤灰为7∶3、水玻璃模数2.0、碱固比4%、水灰比0.9。矿渣–粉煤灰注浆材料充分利用工业废渣﹐现场工程应用效果良好,研究结果为该材料的工程应用提供了参考。

• 国外采矿坑湖生态修复研究进展与启示

  冯姗姗,田婷,常江,邓元媛

  露天开采遗留形成的采矿坑湖的修复与再利用是矿区可持续发展的重要课题之一。基于文献综述﹐归纳分析了采矿坑湖的类型﹑形成机制及特征,全面梳理了国外采矿坑湖生态修复与再利用的研究进展和实践模式。研究发现:目前国外采矿坑湖生态修复研究主要集中于坑湖水量平衡及水化学影响机制、坑湖修复措施及关键技术、坑湖利用规划及其风险效益评估等方面,研究涉及的时段﹑维度及尺度都在不断拓展;适宜的坑湖再利用能够发挥自然调节、生产供给、娱乐教育等丰富的生态系统服务功能。未来应加强对国内坑湖资源的系统普查及价值认知,基于全生命周期建立系统的可持续修复规划与设计理念﹐从多学科、多维视角推动我国露天矿坑修复和矿区复垦。

• 隧道近距离下穿含水采空区施工方案及安全性评价

  李斌强，李心平，蒋立，景银丰，刘培全，金爱兵

  如何近距离下穿含水采空区是隧道修建过程中面临的一大难题。以成自宜高铁白云山隧道为背景,对隧道近距离下穿含水采空区的掘进和支护方案进行介绍﹐并通过FLAC3D软件构建白云山隧道及上部含水采空区数值模型，进行隧道施工模拟和各施工阶段隧道稳定性及渗流特征分析,并对隧道安全性做出评价。研究表明:为确保白云山隧道能近距离安全下穿含水采空区﹐应同时采取超前地质预报,超前小导管注浆、注浆加固等多种特殊施工工艺;隧道区域因受上部采空区开采引起的较大应力和位移影响而具备一定施工危险性,施工过程中采取的合理掘进及支护手段能保证围岩及衬砌的位移、应力、塑性区均处于较低水平,隧道施工稳定性得以保障﹔隧道施工区域会受上部近距离采空区积水渗透影响而存在涌水隐患,隧道施工过程中采用的超前小导管注浆及采空区注浆加固措施效果良好,掌子面、注浆圈及衬砌孔隙水压力均较小,隧道不存在涌水危险。

• 金川三矿区破碎围岩巷道低成本支护方式研究与实践

  刘超，黄永祥，王文杰，张鹏强，毛文新

  针对金川三矿区深部破碎围岩巷道支护工程中施工工艺复杂、支护成本高的问题,以三矿区深部破碎围岩巷道为研究对象,建立了双层喷锚网和单层喷锚网＋钢筋条支护方式数值计算模型,对比分析了不同支护方案下的围岩塑性区、围岩变形量、支护锚杆受力、围岩安全区域。结果表明,单层喷锚网＋钢筋条支护能达到双层喷锚网支护效果;支护试验巷道变形监测表明单层喷锚网＋钢筋条支护下的顶板变形量略大于双层喷锚网,但两帮的变形量则小于双层喷锚网,且试验巷道都没有发生破坏;数值模拟和现场试验均表明,在三矿区一定条件下采用单层喷锚网＋钢筋条支护方式替代原双层喷锚网支护方式是完全可行的,满足现场正常生产的要求。

• 金川二矿区贫矿开采对深部巷道稳定性影响研究

  孟福杰，张金来，汪兆松

  为探究金川二矿区贫矿开采及深部开采叠加效应导致的深部地压活动规律,建立浅部和深部联合回采的三维数值计算模型,通过模拟矿山开采,研究浅部与深部联合回采导致的地压活动规律和巷道变形失稳特征。通过现场调查和监测,对贫矿开采条件下深部采场巷道围岩应力场和位移场的变化规律进行了分析,探究了深部巷道的变形破坏模式及受力状态,预测了1250 m 以上贫矿开采对深部巷道围岩的影响。结果表明:1250 m以上贫矿开采对深部各分段巷道围岩均有一定影响,且影响程度随着埋深的增加不断减弱﹔深部巷道存在分区破裂现象,引起巷道变形破坏的主要因素为顶压,其次是斜向挤压作用。研究贫矿开采对深部巷道回采过程中的巷道稳定性可为矿山深部安全生产提供依据。

• 露天爆破动载荷对地下充填体的稳定性影响研究

  潘荣森，陈浩，赵奎，刘连生，曾鹏

  为确定露天台阶爆破对地下充填体稳定性的影响,通过现场爆破振动监测手段,从质点振动速度、振动瞬时能量谱、振动边际能量谱3方面对监测结果进行分析。结果表明:最大爆破振动速度为6.38 cm/s ,满足充填体混凝土挡墙对爆破振动速度的安全要求;在第5次监测＋34 m平台边坡爆破中，减少单段最大药量的情况下，测点4 垂向上0.2944 s的瞬时能量峰值最大,验证了爆破振动能量受单段最大起爆药量和爆心距共同作用;爆破振动信号中的边际能量主要集中在0～90 Hz,在同一高程测点上,随着爆心距的增大,边际能量幅值减小,充填体中部的爆破振动信号边际能量幅值最大;充填体中部介质相对均匀﹐其内部介质的波阻抗差异是影响边际能量幅值的重要因素。利用LS-DYNA软件建立的边坡爆破对地下充填体影响的数值模型,得出质点振动速度为6.73 cm/s,与爆破监测数据契合度较高,验证了现场振动监测的准确性。

• 基于大断面切眼交替掘进巷道围岩控制研究

  陈子贤,刘增辉,孙梦迪,黄凯,王帅帅

  为了研究大断面切眼二次成巷顶板下沉量大、工期长、效率低等问题,以任楼煤矿Ⅱ8224 大断面切眼为工程背景，采用相似模拟、理论分析和现场实测的研究方法,分别从围岩顶底板应力、围岩位移进行了分析。研究结果表明:大断面切眼在二次开挖时会产生二次扰动,顶板应力持续增大，不利于围岩控制;多点位移计监测的顶板各个测点相对位移为2 mm,变化量很小,顶板围岩并未发生过大离层情况,围岩变形处于安全界限之内;采用锚带网索支护后,顶板锚索轴力和锚杆轴力相对稳定,左帮锚杆轴力增加了4 kN,锚杆锚索受力均控制在安全范围内。研究结果为大断面切眼成巷提供了有益借鉴。

• 陡倾结构金属矿山岩层移动和地表变形的离散元模拟研究

  王润清，董文涛，刘秀敏，孙朝燚，邵勇，陈从新

  以金山店铁矿东区为例,采用离散元软件UDEC,结合地表监测成果,从岩体破坏、岩层移动、地表变形3个方面开展陡倾地质结构下金属矿山岩层移动和地表变形机理研究。研究结果表明:随着采矿的推进,回采区顶部垮塌和张拉破坏贯通区范围不断扩大﹐岩体塑性变形破坏逐步加剧;地表沉降位移和水平位移随着各分段向下开挖而不断增加﹐在一680 m开采水平下,地表沉降位移最大值约72.6 m,水平位移最大值约29.9 m;由于陡倾结构面的存在﹐上盘的变形破坏范围明显大于下盘﹐上盘岩层移动表现出倾倒特征，下盘岩层移动表现出剪切–滑移特征;在采矿初期﹐移动角和陷落角较大,随着采矿的进行﹐角度不断减小,开采至―382m水平后趋于稳定;实测地表变形特征和变化趋势与数值模拟结果基本相符。研究结果可为其他具有陡倾结构的金属矿山开采提供借鉴。

• 不同土层结构下覆盖型岩溶塌陷试验研究

  王平，张彦文，俞栋华，程爱平，乔宇

  以武汉市蔡甸区四海湾村湖北工建机电科技产业园建设项目岩溶发育区为研究对象﹐在现场工程勘查的基础上，结合研究区地质环境特征和工程地质资料,设计了物理试验装置。以项目现场的砂土和黏土为试验土体,开展了室内物理模型试验,研究了不同土层条件下的岩溶塌陷形态,以及演化过程中层内土体水平向应变、竖向应变、地表沉降随时间的变化规律。结果表明:不同土层结构下最终的岩溶塌陷形式各不相同,呈现出漏斗形、空腔形、直筒形等形式;层内土体水平向应变和竖向应变的变化与水位的升降、维持稳定的过程在时间上保持一致性,通过各个测点的应变变化可以判断出土层内部岩溶土洞的发育情况;岩溶塌陷对不同土层地表沉降的影响范围不同,黏土层地表塌陷坑直径较大,但对距离溶洞中心较远的地表沉降影响较小,砂土层地表的塌陷坑直径较小,但可以影响到距离中心溶洞较远的地表;塌陷演化过程中,层内土洞的发育同时向上部及水平方向扩展,根据地表沉降和层内各测点的监测数据，可以判断出岩溶塌陷经历了层内土体流失、土洞形成发育和地表塌陷3个演化阶段。研究结果对岩溶塌陷的防治具有实际意义和参考价值。

• 基于改进麻雀搜索算法优化SVR和 FLAC3D的开采地表沉降预测

  黄鑫康，刘萍，芦庆和，高方玲，陈镇，罗畅

  准确地预测矿山地下开采造成的地表沉降一直是矿山安全发展的难题。为了能够提高采空区地表最大下沉量预测的精度﹐分别利用机器学习和数值模拟的方法预测某磷矿的采空区地表沉陷﹐并进行对比研究。综合考虑地表最大下沉量的影响因素,参照有关文献对国内矿山相关数据的统计成果,利用探索性因子分析(EFA)实现影响因素降维﹐用t分布和切线飞行机制改进的麻雀搜索算法(tSSA)优化支持向量回归机(SVR),从而构建采空区地表沉降EFA-tSSA-SVR预测模型,并用该模型和FLAC3D数值模拟模型对某磷矿地下开采所造成的地表沉降进行预测。结果表明,两种模型对一步骤盘区开采后的最大下沉量预测结果相近,与一步骤开采后的实际下沉量做对比,FLAC3D数值模型预测的地表最大下沉量的相对误差是EFA-tSSA-SVR模型的3倍，表明EFA-tSSA-SVR模型预测结果较好。用EFA-tSSA-SVR模型预测该磷矿未来的二、三、四步骤盘区开采后的地表最大下沉量,预测结果分别是为22.3 cm、24.1 cm,25.9 cm。

• 地应力下岩石多孔爆破损伤演化数值模拟

  庞宁波,杨永康

  为研究地应力作用下岩石多孔爆破裂纹扩展机理﹐基于LS-DYNA软件,讨论不同地应力下岩石孔间裂纹扩展与演化过程。结果表明:在各向同性地应力作用下,岩石爆生裂纹的扩展与演化会受到抑制,且抑制作用随地应力水平的提高而增强。裂纹的分布形态呈现各向同性的特征,各向同性地应力仅影响爆生裂纹的发育长度,主裂纹的扩展方向保持不变。在各向异性地应力作用下,爆生裂纹倾向于沿最大主应力方向演化。当岩体开挖方向与最大主应力方向一致时,地应力的抑制作用有利于保护预留岩体不受损伤。减小孔间距、孔内放置水袋和采用高爆速、高爆压的炸药均有利于实现高地应力作用下的孔间裂纹贯穿。水作为耦合介质所占比例从О提高到66%时,压碎区范围扩大了62%,裂纹数量增多﹔从66%提高到100%时﹐压碎区范围、裂纹数量无明显变化。其中﹐后两种方法有利于提高爆破致裂的效果﹐孔间裂隙发育更完全。

• 大落差正断层应力分析及活化规律研究

  于春生，时永峰，王伸，赵留安，李东印，秦伟超，崔源

  基于大落差断层易造成巷道围岩严重破碎,受采掘动压影响后产生断层活化现象而不利于矿井安全生产的问题，采用FLAC3D二次开发技术优化断层模拟方法,对大落差正断层附近的应力影响范围﹑、煤岩体破坏程度及断层活化判别标准进行了研究,揭示了大落差正断层应力分布及活化规律。结果表明:当煤层位于大断层下盘时,过断层后应力急剧上升,在短距离内达到峰值;当煤层位于断层上盘时﹐应力集中现象发生在下盘,在距断层一定范围内应力急剧升至峰值,而过断层后逐渐趋于平缓;断层落差越大,应力影响范围越大;埋深越大,断层应力集中程度越高,对煤岩体的破坏范围越大。研究结果不仅扩展了模拟软件的适用范围,还为大落差断层保护煤柱的留设提供了重要依据。

• 高温三轴应力下石灰岩热膨胀特性演化规律

  陈正男，冯子军，阴伟涛，张超

  石灰岩作为地下工程中常见的岩层﹐其热力耦合作用下热变形在核废料深层封存、煤炭地下气化、地热资源开发等高温地下工程中至关重要。利用伺服控制多功能三轴试验系统,研究了高温三轴应力状态下石灰岩热膨胀的演化规律。试验结果表明:高温三轴应力下实时升温过程中,三轴应力压缩裂隙闭合和抑制矿物颗粒膨胀,随着温度的升高微裂隙伴随不断的开闭竞争关系,石灰岩热应变曲线呈阶梯状﹐并随着静水压力的增大﹐热应变大小及阶梯波动逐渐减小。热力耦合作用下,由于石灰岩固体骨架在温度作用下发生热破裂和软化,高温阶段三轴应力对热膨胀系数抑制作用增强。500℃升温过程中石灰岩热膨胀平均系数存在阈值压力,当静水压力不小于25 MPa 时﹐热膨胀系数显著衰减。

• 砂岩的三维非线性损伤蠕变特性

  王丹，冯子军，张子翔

  岩石的蠕变性质对预测巷道围岩失稳、保障矿山生产安全等具有重要影响,岩石蠕变本构模型的建立是研究岩石蠕变变形特性的重要依据。针对传统蠕变模型难以反映岩石的加速蠕变阶段特征的问题,提出了一种改进的西原体模型,建立了一个可变黏性系数的黏性元件,用来替代传统西原体模型中的常规黏性元件,并推导出改进后的西原体模型的本构方程和一维、三维蠕变方程。通过不同应力等级下的三轴压缩蠕变试验﹐采用Origin 软件对该模型进行参数辨识及曲线拟合,对比分析实际试验数据与模型参数,结果表明;试验实际数据值与理论计算值吻合度均大于0.93,改进的西原体模型能够准确描述岩石加速蠕变阶段的特征,验证了该模型的正确性和适用性,具有重要的理论意义。

• 基于CT扫描的承压破碎石灰岩空隙结构演化特征

  杨晓军，，刘继勇，王晓东

  为探究承压破碎石灰岩内部空隙的空间演化特性,对不同应力状态下的破碎石灰岩开展了CT扫描重构,通过图像优化处理及三维重构技术,实现了破碎石灰岩内部空隙的可视化、定量化表征。研究结果表明:颗粒在应力作用下发生了再破碎,二次破碎颗粒逐渐“填充”到空隙中,造成颗粒间空隙的减小;随着应力的增大,颗粒间的空隙不断被挤压、分割,导致各层位的空隙数量增多,且上部层位增加幅度尤为明显﹔应力带来颗粒再破碎的同时直接影响着破碎石灰岩空隙结构的演化特征,随着应力的增大,试样整体空隙率呈线性减小趋势,而应变增大速率逐渐减小,直至趋于稳定;承压破碎石灰岩空隙结构存在着明显的分层演化特性;同一应力下,空隙率在不同层位大小依次为下部层位、中部层位、上部层位,即距离施力端越近,颗粒再破碎行为及空隙率减小程度越明显。

• 基于多尺度卷积和注意力机制的 MCAＧGRU瓦斯浓度预测模型

  杨科，宋克静，张杰

  为了有效地提取关键信息的多尺度特征,从而提高瓦斯浓度的预测精度﹐提出了一种多尺度卷积和注意力机制的门控循环单元神经网络模型(MCA-GRU)。首先将处理后的瓦斯浓度数据经过多尺度卷积层,提取到数据的多尺度特征;其次经过空间注意力模块对特征信息进行注意力权重分配,以捕捉时序数据中的重要模式和动态变化;最后经过GRU层充分提取时间序列的相关性信息。本模型能够有效获取并聚焦瓦斯浓度时间序列的重要特征,从而提高瓦斯浓度的预测精度。以某矿瓦斯监测数据为样本,该模型与传统CNN-LSTM模型和CNN模型的对比结果表明:MCA-GRU模型克服传统预测方法无法获取多特征和关键信息的缺点，其总体预测效果最优,尤其在预测峰谷值时更为突出﹔MCA-GRU模型的泛化能力较强﹐与 CNN-LSTM模型相比,其平均绝对误差和均方根误差分别降低了14.3%和20 %,R2提高了4.5%。

• 基于遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合数值模拟研究

  王文才，杨少晨，吴周康，张玲玉，苏保山

  采空区遗煤自燃与瓦斯爆炸两者存在复杂的耦合关系,易连锁发生,影响煤矿安全生产。以乌海某矿1012工作面为研究背景,提出向采空区注 N2以减少事故的发生。为探究合理注氮方案,利用Fluent模拟分析不同注氮方案下采空区氧浓度与瓦斯浓度场的分布情况,并确定其各类危险区面积,随后使用隧道工程安全评价法确定其各自区域和不同注氮方案对应的危险程度﹐并使用Origin求出其耦合函数,据此确定最佳注氮方案是注氮量为379 m3/h,注氮位置位于工作面58 m处,最终对该方案进行工程实测验证,防治效果良好,其研究成果可为类似工程提供借鉴。

• 注热升温条件下煤体瓦斯解吸规律研究

  范红伟，杨涛

  为研究注热升温条件下煤体瓦斯解吸规律,利用自主设计的注热煤体瓦斯解吸试验测试系统测定不同注热温度下的瓦斯解吸量﹐并采用数值模拟方法进一步对单孔、双孔注热方式下,注热温度分别为303K和333K的煤体热响应规律﹑煤体瓦斯压力变化特征展开研究。结果表明:瓦斯解吸量随时间的变化呈现出先急剧上升后趋于平稳的趋势﹐且注热温度越高﹐瓦斯解吸量越大﹐表明注热促进了瓦斯解吸;数值模拟结果发现,在单孔注热方式下,形成以注热孔为中心的高温圆心区域,煤体有效加热区域随着注热时间的增加而增大,距注热孔越近,煤体温度越高﹐瓦斯压力下降越大,注热温度越高注热效果越明显,但注热孔、抽采孔中间煤体瓦斯压力下降较小;在双孔注热方式下,受双孔高温注热叠加热效应的影响,形成以注热孔为中心的高温椭圆形区域;当双孔注热温度为333 K时,经过50 d的注热,注热孔和抽采孔之间的低压力有贯通的趋势,较单孔注热效果更显著。

• 固结 固化技术在高含水率铜尾矿泥浆处置中的应用及经济性研究

  程敏，张凯，罗静，吴云鑫，徐锴，吴志强

  针对湖北某铜矿尾矿库闭库过程中库尾高含水率尾矿处置的难题,提出了真空排水固结联合固化的处理技术。采用研制的模型试验装置开展了真空压力作用下水泥固化尾矿泥水分离试验。结果表明,真空荷载有效提高了水泥固化尾矿的泥水分离过程,能够降低土体的含水率,大幅减小尾矿的体积。尾矿经处理后其密实度提高,同时颗粒间的摩擦强度也增大,水化产物增强了尾矿颗粒间的骨架强度,进一步提高了水泥固化尾矿的抗压强度。经济性对比分析结果表明,不同技术工艺闭库的经济性存在明显差异,采用固结-固化技术可大幅降低闭库成本﹐该技术可用于高含水率尾矿泥浆的减容和处置利用。

• 基于数字钻孔的钻头磨损与随钻参数关系研究

  王光胜，岳小磊，岳中文，李世辉，戴诗清

  通过随钻参数反演岩石力学参数是数字钻孔技术的核心问题﹐PDC钻头是数字钻孔技术中破岩的主要结构。为了分析PDC钻头磨损程度对随钻参数的影响,基于煤矿液压锚杆钻机建立了数字钻进系统。利用该系统进行了钻头不同磨损程度下的数字钻进试验﹐同时结合有限元软件对钻进过程进行模拟,研究了PDC钻头磨损条件下随钻参数的变化规律。研究结果表明:钻进过程中各随钻参数之间的相关性与岩石强度变化规律显著;随钻参数对钻头磨损程度响应明显,在相同动力以及岩石强度条件下,钻进速度随着钻头磨损程度的增大而减小,钻杆扭矩随磨损程度增加而增大。试验结果与数值计算结果变化规律一致,证明了钻头不同磨损程度对于数字钻孔技术确定岩石性质具有重要影响。该研究为PDC钻头在数字钻孔中合理调整钻进参数以及反演岩石力学参数提供了参考。

• 矿用轴流风机的中低频噪声隔声板设计优化研究

  杜翠凤，范德珍，王远

  为减少矿用轴流风机的中低频噪声,设计了一种局域共振型声子晶体双层板,并提出了一种隔声板隔声性能评价方法,基于该评价方法,利用数值模拟软件COMSOL对声子晶体双层板进行了结构参数优选。结果表明:声子晶体单板的带隙宽度随着包覆层厚度的增加而降低,而随着振子半径的增加而增加;在特定频段内,设计的声子晶体双层板隔声性能优于声子晶体单板。声子晶体双层板对轴流风机目标降噪频段(200～800 Hz)的传声损失(STL)比声子晶体单板高5 dB,对其噪声峰值频率(500 Hz)处的STL达到最大值58 dB,且不存在明显的隔声低谷频段﹐具有良好的隔声效果。

• 工作参数对立轴冲击式破碎机物料颗粒破碎过程的影响研究

  孙可,赵丽梅,曹振,胡育齐,汪龙华,龙启涛

  为了提高立轴冲击式破碎机的破碎效率,研究了破碎机内进料速度和转速对物料颗粒运动状态及碰撞情况的影响。首先,建立立轴冲击式破碎机破碎系统仿真模型,分析工作参数对破碎腔内物料颗粒运动速度的影响;其次,采用网格划分方法,揭示转速与进料速度对物料颗粒群碰撞能量和碰撞次数的影响;最后,通过建立碰撞能量损失谱,揭示碰撞能量与碰撞次数之间的关系。结果表明:转速和进料速度对立轴冲击式破碎机内物料颗粒的运动状态有重要影响;﹔破碎腔内物料颗粒平均碰撞能量损失与转速之间呈现良好的正相关线性关系,同时平均碰撞能量损失随进料速度的增大而逐渐降低;应选取合适的转速控制破碎腔内的高能碰撞次数;冲击作用对矿石的破碎起重要作用;当转速和进料速度分别为1400 r/min和50 kg/s时,立轴冲击式破碎机破碎效率最佳。

• 内蒙古某氰化尾矿再选试验研究

  颜芝，唐艺秋，黄业豪，孙景敏

  内蒙古某氰化尾矿Au品位为0.46 g/t,储量近100万t,并伴有Ag、Cu、Pb、Zn等有价元素,为开发二次资源，在样品基本性质详细分析的基础上,并结合现有在产工艺流程进行了大量的试验研究,研究结果表明:以MA＋WPS-100为捕收剂,以2节油为起泡剂,采用现有生产中一粗三扫两精的工艺流程,无需额外增加预处理工艺,即可实现Au、Ag、Cu、 Pb、Zn等有价元素的综合回收,实验室闭路试验可以获得产率为8.44%的混合精矿,精矿中Au、Ag、Cu、Pb、Zn的品位分别为4.34 g/t、136.62 g/t、1.33%、0.65%、2.39%,回收率分别为70.18%、67.80%、79.82%、28.54%、77.76%,总体选矿指标良好,且选矿废水对环境和生产流程不会产生不利影响。关键词:氰化

• 金属阳离子对高岭石颗粒沉降影响机理研究

  黄雯昊，程伟

  高岭石是高泥化煤泥水中的主要矿物,具有粒度细、易泥化、表面荷电等特点,在煤泥水中长时间保持稳定分散状态,不利于煤泥水快速沉降。研究了常见金属阳离子Na+ 、K+ ,Mg2 ,Ca2+ 、AI13+对高岭石颗粒沉降特性的影响,并采用Zeta电位、傅里叶变换红外光谱﹑微量热、接触角及激光粒度仪等分析手段揭示金属阳离子在高岭石沉降过程中的作用机理。结果表明,在自然pH条件下,加入A1后综合沉降指标最优,沉降效果最好﹐其次是Ca2+和Mg2+,加入K+和Na+沉降效果相对较差;加入金属阳离子可降低高岭石表面Zeta电位绝对值,压缩双电层,促进高岭石颗粒凝聚及沉降;金属阳离子可与高岭石表面亲水性羟基官能团发生反应,抑制高岭石的水化作用,导致表面疏水性增强,有利于高岭石颗粒疏水聚团及沉降。

• 矿产资源开发效率与经济高质量发展耦合协调关系研究

  崔娜

  矿产资源开发与经济高质量发展是相互影响相互作用的关系。为高效利用矿产资源﹑推进经济高质量发展﹐通过构建矿产资源开发与经济高质量发展评价指标体系,运用SBM模型﹑嫡值法、耦合协调度模型和相对发展度模型﹐分析2003—2021年我国矿产资源开发效率与经济高质量发展耦合协调关系与相对发展状况。结果表明,矿产资源开发效率呈波动上升趋势,而经济高质量发展呈稳定上升态势。两者耦合水平已达高度磨合阶段,耦合协调度经历了濒临失调到优质协调的演变过程,但并未实现全程同步发展,矿产资源开发效率超前于经济高质量发展。矿产资源开发为我国经济高质量发展提供了坚实的物质支持与保障。为促进二者的协调发展﹐需合理配置矿产资源投入,进一步提高矿产资源开发效率,同时多渠道提高经济高质量发展水平。

• 西北地区矿产资源督察技术方法研究

  李普涛,徐永,罗根根

  矿产资源督察是国家自然资源督察机构依据有关法律法规政策,对地方落实矿产资源保护和开发利用中的主体责任、监管职责等情况进行监督、检查和评估。2021年至2022年,国家自然资源总督察办公室通过试点,逐步在全国范围内开展矿产资源督察工作。当前,由于矿产资源督察工作首次全面开展,在工作程序和技术方法等方面尚无成熟经验可借鉴。依托国家自然资源督察2022年在西北地区6个省级行政区开展的矿产资源督察工作,围绕解决“督什么?如何督?”的需求,从督察任务、问题分类、数据来源、问题分类、判定依据、责任划分、研判路径、督察成果、存在的问题及政策建议等方面,对矿产资源督察工作进行全面梳理和总结,初步建立起有效的矿产资源督察工作技术方法体系。督察实践表明,当前矿产资源督察所采取的工作程序和技术方法有效﹐能够满足督察需求,为矿产资源督察工作的提升和常态化开展提供了思路和方法支撑。

• 基于依存句法分析的智慧矿山知识图谱构建方法

  王忠强，宋建鑫，余数三，叶鸥

  当前关于智慧矿山的研究较少梳理现有知识资源,从而不能有效通过知识工程的构建和知识关联,实现由感知智能向认知智能转变的智慧矿山。为解决该问题,提出了一种基于依存句法分析的智慧矿山知识图谱构建方法。该方法首先针对智慧矿山领域的知识要素,提出一种依靠依存句法分析实现实体抽取的方法﹔然后,根据语句结构特点,设计了基于知识三元组的依存句法树结构,并对智慧矿山领域的知识资源进行了知识抽取与表示;最后,利用可视化建模手段实现了面向智慧矿山的知识图谱。试验结果表明,所提出的方法的性能指标准确率、召回率和F值分别达到了86.3%、82.6%和84.6%,较其他方法更优,能够可视化呈现智慧矿山领域的知识图谱。