矿业研究与开发杂志

矿业研究与开发杂志2023年第5期

• 急倾斜薄矿体脉外采准上向水平分层充填采矿法研究

  柏杨,周亚博,崔越,刘也,张佰通,孙星

  针对急倾斜薄矿体开采过程中存在的机械化程度低、矿体连续性差、生产能力低等问题,以阿尔哈达矿业公司深 部接续工程ⅠＧ３矿体为研究对象,对矿体赋存条件和开采 条件进行了调查,根据该矿体的开采技术难题,对传统上向 水平分层充填采矿工艺进行优化研究,提出一种适用于急倾 斜薄矿体的上向水平分层分级尾砂充填采矿法,形成了一套 针对急倾斜薄矿体高效开采的回采、充填体系.现场工业试 验结果表明,新方法大幅提高了采场出矿量及采矿作业安全 性,采矿损失率降低至６．５％,主要技术经济指标得到明显提 升,对同类型矿山具有重要的参考价值.

• 破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

  路燕泽,,,甘德清,,王立杰,王社光,张雅洁,,王福全

  为保障破碎矿体采场稳定,减少矿石损失和贫化,实现 安全高效开采,以某铁矿破碎采场为背景,利用 FLAC３D 分 析不同宽度采场的稳定性,确定合理的采场结构参数.通过 计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应 力、位移和塑性破坏区变化特征,得出不同结构参数采场的 稳定情况.结果表明,当采场宽度超过１４m 时,顶板的应力 和位移都较大,采场的稳定性变差;随着采场宽度的增大,侧 帮的应力和位移变化范围逐渐减小,有利于采场的稳定;当 采场宽度大于１２m 时,两帮容易发生剪切滑移破坏,采场的 稳定性变差.因此,建议采场宽度选择为１０~１２m.工程 实践表明,优化选择的采场结构参数合理.

• 中细粒全尾砂静动态絮凝沉降规律试验研究

  杨纪光,,李强,,吴再海,,郭加仁,,盛宇航,,李广波,,荆晓东,,王玉亮,

  为探究给料速度、泥层沉降速率、底流质量浓度和屈服 应力等多因素耦合条件下中细粒全尾砂絮凝沉降规律,在静 态絮凝沉降试验的基础上,利用自主研发的连续浓密测试系 统模拟立式砂仓内尾砂的动态絮凝沉降过程.研究结果表 明,不同砂浆质量、不同絮凝剂添加量条件下,静态絮凝沉降 曲线均呈现出先快速下降后基本趋于水平的形态;在给料速 度为０．６t/(m２??h)时,动态絮凝沉降的底流质量浓度最高;底流质量浓度与底流屈服应力呈正相关关系,与泥层沉降速 率呈负相关关系,并随着给料速度的增加而增大;絮团通过紊 流区后呈现先加速沉降后稳定沉降的规律.研究结果指导了 某矿实现了立式砂仓絮凝浓密中细粒全尾砂的工业应用.

• 基于超细粒级尾砂的水泥基充填复合材料性能研究

  吉龙华,周文,何磊

  为提高超细粒级尾砂消纳量,降低充填成本,以尾砂替 代部分水泥,研究尾砂取代率、粉煤灰掺量和偏高岭土掺量 对复合充填材料流动性能、抗压强度、抗氯离子渗透能力、抗 硫酸盐侵蚀性能及抗冻融性能的影响.研究结果表明:料浆 流动度和抗压强度与尾砂取代率呈负相关,粉煤灰能够改善 料浆流动性能,对充填体早期强度具有削弱作用,对后期强 度的发展具有改善效果,当粉煤灰掺量为１２％时,２８d和９０ d抗压强度分别达最大值,为８．０３MPa和８．９２MPa;偏高岭 土能够吸附自由水,加速水化反应进程,对料浆具有明显的 增稠作用,促进 C S H 凝胶成核,改善充填体内部孔细结 构,阻断氯离子传输通道,提高充填体力学性能和抗氯离子 渗透性能;在硫酸盐和温度协同侵蚀作用下,充填体试块质 量和抗压强度均呈先升高后降低的趋势,钙矾石和石膏的生 成,增加了试块质量和抗压强度,但过量的钙矾石导致结构 挤压膨胀,充填体出现损伤劣化;随着冻融循环次数的增多,充填体质量损失率和强度损失率逐渐增大,低温降低了水化 反应速率,冰晶的膨胀作用,导致水化产物对骨料颗粒的黏 结包裹作用减弱.

• 聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化性能研究

  刘亚军,张立华,马晓霞,孙燕飞,赵磊５

  为保证聚丙烯腈纤维调控水泥基复合充填料浆满足深 井矿山管输要求,以纤维掺量、纤维长度、激发剂掺量、磷石 膏掺量为影响因素,开展正交试验,研究各因素对充填料浆 凝结时间、稠度、分层度、泌水率及流变性能的影响.研究结 果表明:随着激发剂掺量的增加,料浆凝结时间和和易性能 呈先降低后增加的趋势,磷石膏对复合充填料浆具有显著缓 凝作用.纤维对充填料浆具有促凝增稠作用,当纤维长度为１１mm、掺量为０．２％ 时,初凝时间为 ３１１ min,终凝时间为４２６min;当纤维长度为１１mm、掺量为０．１５％时,初凝时间 为２６８min,终凝时间为３７２ min.掺纤维复合充填料浆流 变曲线符合 HershelＧBulkley模型,纤维消耗了胶凝体系的自 由水和水化产物,增加了固相颗粒间的碰撞接触,增强了水化 产物间的黏滞力和摩擦力,提高了料浆的屈服应力和黏度.

• 高硫尾砂充填体强度特性及外加剂应用研究

  朱艳艳,王培强,祝鑫,,彭亮,,李新玉,石勇,

  为解决某铅锌矿细粒级、高含硫尾砂充填时强度偏低、后期强度劣化的问题,通过对充填材料进行分析,采用粗骨 料与全尾砂作为充填骨料进行充填,开展了充填材料配比、强度特性室内试验研究,并根据高硫尾砂特性研发了 CKY充填外加剂.结 果 表 明:全 尾 砂 与 粗 骨 料 配 比 为 ８∶２ 和７∶３时,充填料浆保水性均较好,质量浓度为７６％~７８％的 料浆具有较好的和易性,不发生沉降或有少部分尾砂沉降,适合充填;尾砂含硫量达３２％,充填体试块在６０d、９０d龄 期时出现不同程度劣化,加入了２％添加剂后,全尾砂∶粗 骨料为８∶２的充填体前、后期强度增长明显,全尾砂∶粗骨料 为７∶３的充填体前期强度虽未增长,但后期强度增长明显,且未出现强度劣化现象,表明 CKY 添加剂对于维持充填体 强度的效果较好.

• 软岩巷道围岩变形与分区控制技术研究

  徐涛,,张国华,代少军

  复杂地质条件下软岩巷道围岩稳定控制是技术性难 题.以现场实测为主、理论分析为辅的研究方法,构建了非 等压巷道围岩弹性 损伤力学模型,对荣华矿西翼运输大巷 围岩变形特征及控制方法进行了研究.研究结果表明:断层 形成后,水平应力和初始水平应力比值为４．３~８．５;较小的 内摩擦角、内聚力及较大的侧压系数对应较大的塑性区半径 及较高的蝶形塑性区概率,塑性区半径扩展速度可间接表征 蝶叶塑性区是否形成;对于易松动软岩,应在支护初期保持 支护阻力及改善围岩性质;巷道前方水平裂隙较为发育,围 岩整体变形量较小,两帮 移 近 量 和 顶 板 下 沉 量 分 别 在 １５０ mm、４０ mm 以 内,验 证 了 分 区 支 护 策 略 及 支 护 参 数 的 合 理性.

• 厚煤层分层采动直覆砂岩运移规律研究

  金宁平,付宝杰

  为分析厚煤层分层开采后直覆砂岩顶板岩层移动规 律,以顾北矿 A 组煤南Ｇ１采区１３１２１ 上 工作面为工程背景,采用物理相似试验和理论分析相结合的方式对顾北矿厚煤 层分层开采覆岩运动进行了研究.通过构建分层开采覆岩 的结构力学模型,得出覆岩荷载计算公式.研究结果表明:直接顶垮落步距为８５m;工作面前方１８~２０m 处实体煤处 于支承压 力 峰 值,下 分 层 应 力 峰 值 范 围 为 １９．０７~２３．３５ MPa、上分层应力峰值范围为１７．９８~２０．９８ MPa;１１．６m 厚 细砂岩层及其下部岩层发生破坏,失去对其上覆岩层的承载 能力,导致下分层的应力峰值大于上分层;上分层裂隙带高 度为３２m,垮落带高度为１７m,下分层裂隙带高度为４０m,垮落带高度为２３m,下分层垮落范围比上分层发育.为顾 北矿分层开采提供参考依据.

• 孔隙水压作用下主井砂岩变形强度特性研究

  谢先斌

  以湖北祥云磷矿矿区含水层的砂岩为研究对象,开展 了水 力耦合试验,探讨围压和孔隙水压对岩石变形特性和 强度特性的影响.研究结果表明:水 力耦合作用下砂岩试 件的应力 应变曲线的发展趋势基本一致,其轴向应变 应 力曲线均经历了原生裂隙压缩闭合阶段、线弹性阶段、裂纹 稳定扩展阶段、裂纹不稳定发展阶段和峰后残余阶段等５个 阶段;试件的峰值轴向应变与孔隙水压呈负相关,与围压呈 正相关,而峰值环向应变和体积应变随着孔隙水压的增大而 上下波动;砂岩的峰值偏应力、残余偏应力、起始扩容偏应力 与孔隙水压呈线性正相关关系,而与围压呈现负相关.研究 成果展现了地下水对祥云磷矿砂岩力学性能的影响规律和 影响程度,可为该矿区砂岩的稳定性分析提供参考.

• 极近距煤层群重复采动覆岩破坏规律相似模拟试验研究

  康志鹏,,,余国锋,,,罗勇,,,段昌瑞,,,赵靖,,

  针对近距离煤层群下行开采时重复采动引起的覆岩冲 击性破断问题以及再生破碎顶板条件下工作面安全开采问 题,以潘二矿１１２２１,１１２２３工作面为研究背景,通过物理相 似模拟试验,对极近距煤层群重复采动覆岩破坏及裂隙发育 规律进行了研究.结果表明,１煤工作面覆岩垮落带平均高 度２２m,裂隙最大发育高度８５m,“两带”发育高度相当于采 高的２４．２倍;受３煤、１煤工作面联合采动影响,裂隙带相对 向上发育增加１５m,覆岩采动充分垮落角基本对称,顶板破 坏范围增大;随着工作面推进,煤层群顶板均经历垮落、裂隙 发育、采空区冒矸被压实的演变过程,１４m 厚的粗砂岩层作 为关键层抑制裂隙向上发育,在回采结束后其下方产生较大 离层;３煤顶板覆岩垮落形态近似呈非对称“Π”型,相对于３煤,１煤采完后,工作面呈现出“两大一小”的特征;“两带”高 度发育大,垮落带和裂隙带的高度分别增加了４６％、２１％,顶板下沉量大,顶板垮落步距小,初次垮落步距和周期垮落 步距明显减小,来压较为缓和.研究结果可为煤层群开采的 围岩控制提供参考.

• 基于半工业环管试验的充填料浆输送压力损失预测模型

  张诏飞,席伟

  以 刚 果 (金 )某 露 天 矿 边 坡 滑 坡 监 测 为 例,结 合FLAC３D数值模拟和真实孔径边坡雷达(RAR)两种手段,进行边坡稳定性分析和监测预警研究,实现了滑坡区域、滑 坡时间的精准预报,为现场争取了２．５h以上的临滑应急处 置时间,有效避免了滑坡损失;在边坡风险区域位移发展变 化特征、滑动破坏初始位置和滑动区域等方面,RAR 边坡雷 达监测数据均验证了 FLAC３D 数值模拟结果的准确性;同 时表明 FLAC３D 可 及 时 发 现 当 前 滑 坡 隐 患 区 域 之 外 的 风 险,为雷达监测做必要的补充,为充分处置滑坡隐患提供依 据,提高了露天矿边坡管控水平.研究成果可为同类边坡的 蠕动型滑动破坏预警提供参考.

• 煤矸石覆土填沟关键工艺参数确定与应用

  王旭锋,张云峰,刘峰,余锦柱,韩锦城,胡晓娟

  煤矸石大规模堆积排放造成的环境问题一直是行业关 注的热点和难点.针对某煤矿地表冲沟发育、煤矸石产量大 的特征,因地制宜、因企制宜提出采用覆土填沟的处理方法,并建立煤矸石分层覆土填沟模型,通过排矸场地内部温度 渗流场的变化,研究“煤矸石＋黄土”不同层厚比例下煤矸石 阻燃的效果.研究结果表明:该矿煤矸石中铬、镍、铜、锌等 重金属含量符合农用土壤标准,可以用作填沟的材料;随着 覆土层厚的增加,煤矸石内部的温度传递速度和空气的渗流 速度逐渐降低,结合灰色关联模型,综合考虑阻燃效果和黄 土含水率确定最优覆土厚度为 ５０cm;确 定 并 实 施 了“３００ cm 煤矸石＋５０cm 黄土”的覆土填沟参数及工艺,该工艺参 数应用后,煤矸石层温度与表层黄土温度和地表的外界温度 相近,煤矸石自燃的防治效果良好,研究成果可为矸石地表 规模无害处置方式提供借鉴.

• 切顶条件下“煤柱 充填体”协同承载性能及巷道稳定性分析

  赵兵朝,,韦启蒙,翟迪,王京滨,赵柯,陈攀

  为了分析在切顶条件下不同“煤柱 充填体”支护对巷 道围岩稳定性的影响,以某矿１２２６综采工作面运输巷为研 究背景,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,对切顶条 件下应力转移过程和不同“煤柱 充填体”支护时垂直应力 变化规律展开研究.研究结果表明:“煤柱 充填体”支护条 件下,切顶时运输巷实体煤侧巷帮的垂直应力相对于未切顶 时降低了９．５％,护巷煤柱侧巷帮的垂直应力降低了４５％,运输巷两帮水平变形和巷旁支护压缩变形分别降低了２１％和３０．８％,即利用切顶卸压技术可以实现运输巷围岩应力及 变形的双重优化,有利于运输巷围岩的长期稳定;巷旁支护 垂直应力是影响巷道围岩稳定的主控因素,巷旁支护垂直应 力平均降低速率随着充填强度的增加呈线性增加趋势,最大 为５．８％,巷旁支护垂直应力平均降低速率随着煤柱宽度的 增大呈先增后降趋势,最大为１３．６％;根据“煤柱 充填体”协同承载性能变化对巷旁支护垂直应力的影响规律,拟合了 不同煤柱宽度和充填体强度与巷旁支护垂直应力之间的函 数关系式.在切顶条件下,留设护巷煤柱宽度为７．５ m、充 填体强度为６．５MPa时,对巷道围岩稳定的控制效果较好.

• 某隧道穿越富水断层破碎带围岩 大变形成因分析及稳定性预测

  李永靖,王松,刘维青,文成章,高航

  为保证隧道穿越富水断层破碎带施工安全,在福宜高 速阳宗隧道左幅ZK４２＋８４５至ZK４３＋０５０段围岩大变形成 因分析基础之上,采用灰色 尖点突变理论和 SSAＧELM 智 能模型对围岩稳定性现状及发展趋势进行了评价;此外,结 合隧道围岩大变形成因有针对性地进行了支护加固,并对加 固后的围岩稳定性进行了全面分析.研究结果表明:阳宗隧 道研究区段围岩大变形与断层富水、围岩微膨胀性及高地应 力密切相关,由突变特征值Δ＜０及 SSAＧELM 模型变形预 测综合分析可知,该段围岩具有塌方等安全风险,采用径向 注浆、超前注浆支护、加强锁脚及垫脚槽钢、调整变形量等有 效措施,控制了穿越富水断层段隧道围岩的变形,使得围岩 整体受力更加均衡.工程实践表明,将灰色 尖点突变理论 与SSAＧELM 模型综合运用可准确有效地评价与预测围岩 稳定性.

• 基于图像深度特征学习的矿山井筒设施隐患检测方法研究

  邢远秀,,许小迪,徐红阳

  针对人工完成矿山井筒设施检测时面临成本高和安全 威胁等问题,提出利用采集的井筒设施监控视频图像,采用 基于图像深度特征学习的矿山井筒设施隐患检测方法对井 筒设施进行隐患检测.构建包含大量正常设施图像和少量 隐患图像的数据集;同时构建包含特征提取网络和分类网络 的并行神经网络作为训练网络,在正常图像集、外部图像集 和少量隐患图像数据集上,设计联合损失函数对网络进行训 练;通过聚类策略选择具有代表性的正常图像深度特征作为 特征模板,通过模板匹配实现隐患图像检测.试验结果表 明,在构建的矿山井筒井架设施图像数据集上,所提算法训 练的特征提取模型能有效提高图像特征的表达能力,模型的 隐患检测精度可达到９２％以上,为利用矿山井筒设施图像 进行矿山井筒的隐患检测提供了新思路.

• 煤层钻孔卸压效果定量化评估及应力分布研究

  徐钰东,刘广建,邵彩军,牟宗龙,高军强,王康宇,曾朝亮,杨成

  大直径钻孔作为煤层巷道常用的卸压手段,其卸压效 果在定量化评估方面有待提高.采用 FLAC３D 数值模拟软 件,对钻孔直径、钻孔间距及钻孔深度进行了正交试验模拟 分析,提出了钻孔卸压评价指标,运用极差分析法对卸压效 果进行了定量化研究,并探讨了不同冲击倾向性煤层钻孔后 的应力重新分布情况.结果表明:钻孔直径对卸压效果影响 最大,与卸压比值 K 呈正相关关系,钻孔间距影响次之,钻 孔深度影响最小;钻孔直径的增大能提升卸压区范围,钻孔 间距的减小有利于卸压区的贯通,钻孔深度的增大能使高应 力区向煤层深部转移,转移距离与钻孔深度呈正相关关系;钻孔卸压区的贯通能显著降低高应力区整体应力且能有效 避免孔间应力集中.研究结果对冲击地压煤层大直径钻孔 参数设计具有指导意义.

• 循环冲击作用下岩石能量耗散特征及损伤研究

  郭连军,马昊阳,徐景龙,王雪松,邓琪昌,李萍丰

  为研究玄武岩在循环冲击作用下的能耗特征及损伤,采用带围压装置的霍普金森压杆(SHPB)系统设置５种冲击 气压梯度对玄武岩试样开展单轴冲击试验和两种围压状态 下的循环冲击试验.研究发现,随着循环次数增加,试样单 位体积吸收能呈现前期匀速缓慢增长,临近破碎时增长速率 急剧攀升的趋势,玄武岩试样单位体积吸收能与冲击气压值 呈正相关;施加围压可大大增加玄武岩抵抗外部冲击的能 力,破碎时累计比能量吸收值比无围压状态提升１０倍以上;随着循环冲击次数的增加,损伤因子 D 先匀速上升,而后上 升速率加大,临近破碎时,岩石吸能效率下降,损伤因子又趋 于平稳;损伤因子 D 达到０．４左右时,玄武岩试样出现较为 明显的剪切裂纹.

• 水冷却花岗岩力学特性及脆性指标研究

  刘坤,孙嘉彬,纪沛志,王永岩,秦楠

  为研究经历不同高温水冷却后花岗岩所呈现出的相关 物理力学性质及脆性指标,对经过２００~８００℃高温水冷却 的花岗岩试样进行单轴压缩试验、声波损伤检测,探究了质 量损失率、孔隙率、声波波速、单轴抗压强度等随温度的变化 规律,并建立了基于起裂应力和损伤应力的脆性指标.研究 结果表明:花岗岩质量损失率随温度升高逐渐增大;孔隙率 的变化与温度的变化呈正比关系,４００℃为孔隙率剧增的分 界点;声波波速值随温度的升高不断下降;花岗岩单轴抗压 强度随温度升高呈下降趋势,６００℃是花岗岩热冲击后抗压 强度劣化效果转变的阈值;针对高温水冷却后的花岗岩进行 了脆性程度分析,所得测试结果与花岗岩应力应变曲线和破 裂形式所得结论一致,花岗岩随温度升高脆性逐渐减弱,延 性增强.这一研究对干热岩开发过程中的失稳问题和地下 热储层建立等问题具有重要意义.

• 区域化结构与破裂耦合作用下的岩石破裂演化规律

  刘臻,,,姚旭龙,,,张艳博,,,刘祥鑫,,,梁鹏,,

  单轴压缩过程中,岩石内部区域化结构的演化导致破 裂,破裂同样与区域化结构互相作用.为研究二者耦合作用 下岩石破裂的演化规律,通过声发射 声波成像技术获取岩 石内部波速数据,将其与颗粒流程序导出的颗粒信息自动匹 配成组,针对加载过程中区域化结构的动态演化行为,进行 模型优化,对区域化结构与破裂耦合作用下的岩石破裂演化 规律展开研究.结果表明:构建出的动态演化模型,其破裂 形态与室内试验具有良好的相似性;在时间上,裂纹萌生于 区域化结构退化演化阶段,在空间上,裂纹萌生于退化后的Ⅲ类区域化结构内部;当区域化结构强化演化时,裂纹多在 边界处扩展,在力学属性较弱区域聚集成核,当区域化结构 持续劣化演化时,裂纹汇集成裂纹带,并在靠近边界位置处 向演化方向扩展.

• 岩石热损伤破裂的数值模拟研究

  赵璐敏,郤保平,,曹钰,常亮亮,尚思远,吴玮琛

  基于颗粒流离散元程序 PFC２D 建立热力耦合数学模 型,针对温度作用下花岗岩的破坏裂纹扩展演化规律展开模 拟研究.数值模型计算结果表明:热冲击下数值模型的裂纹 均从四周开始向内部延伸,并在边界处产生相对较密的裂 纹;升温与降温均会对岩石造成一定的热损伤,升、降温过程 中裂纹均率先出现在热膨胀系数较大的颗粒之间,４００℃为 该岩种的起裂温度;升降温过程分别产生的主要裂纹的力学 属性不同;降温导致岩石宏观力学特性小幅增强后大幅劣 化,力学性质衰减４２％.计算结果与试验现象保持较好的 一致性.

• 应力波作用下岩体结构面对电磁辐射传播的影响

  万国香,李夕兵,王其胜,刘科伟,陈国森,聂凯艺

  为进一步明确岩体结构面对电磁辐射传播的影响,考 虑到节理的存在是岩石分层的本因,用麦克斯韦模型对含水 节理进行模拟,结合压电方程,获得了节理岩石中电场随节 理参数变化的解析解,在此基础上,分别研究了单一介质和 复合介质中节理对电场幅值的影响.结果表明:含水节理的 存在使得电场幅值降低,电场的能量发生衰减;电场幅值随 节理的黏性系数和刚度增大而增大;相对于频率而言,低频 时黏性系数对电场幅值的影响更大.对于复合介质,采用固 定变量法,电场随单一参数的变化趋势是明确的,但如果考 虑实际多项因素组合的复杂性,电场幅值的变化需要按影响 因素的权重进行具体分析.

• 巷道空间特征对煤矿瓦斯爆炸超压的影响

  朱云飞,,王德明,赵安宁,张玉涛

  为研究巷道空间特征对煤矿瓦斯爆炸的影响,应用气 体爆炸数值模拟软件建立了真实尺度下的巷道模型,研究巷 道长度和截面形状对瓦斯爆炸超压的影响.结果表明,在同 一截面直巷中,相同的预混瓦斯爆炸产生相同的初始超压,超压在接近出口前的衰减规律也相同;巷道截面形状越接近 正方形,高烈度爆炸产生的超压越低,巷道截面积和形状决 定了爆炸超压的极限值.研究认为通过降低巷道摩擦阻力 系数和截面约束度有助于弱化瓦斯爆炸源头附近的超压,进 而降低致灾强度.

• 深部大角度正断层分层注浆堵水及检验

  闫鑫,,蒲治国,,丁湘,,李哲,,纪卓辰,,张寅,

  针对某矿同时切割多个高承压含水层的大角度正断层可 能造成的水害威胁,基于矿井水文地质条件和断层发育特征,提 出通过“头顶戴帽”和“脚底穿靴”的堵水方案,分层注浆封堵断 层,治理完成后,通过压水试验和井下钻探检验了堵水效果,采 用数值模拟等方法评价了煤层回采安全性.结果表明,分层注 浆堵水后,断层不含(导)水,相邻工作面具备安全回采条件.煤 层上下两盘邻近工作面均已安全完成回采,达到了治理目标,为 大型断层治理提供了借鉴经验.

• 露天矿山自卸卡车行驶扬尘浓度数值模拟研究

  王新喆,王鹏飞,,刘岩

  为了优化露天矿山道路粉尘的控制措施,揭示自卸卡 车扬尘规律,通过数值模拟方法,建立几何模型,采用离散项 模型及动网格技术,对自卸卡车行驶过程中粉尘分布特征和 车身周围气流进行数值计算.研究结果表明:随着自卸卡车 车速提高,扬尘高度与浓度均增加,车速越快,车尾粉尘浓度 越高,当车速达到４０km/h时,道路粉尘浓度为３５８mg/m３;在车尾附近,扬尘浓度随着地面粉尘粒径减小而增加,平均 粉尘粒径为１μm 时,扬尘浓度最高;地面粉尘质量流率越 大,扬尘浓度越高.基于自卸卡车运输粉尘扩散规律和模拟 结果,建议自卸卡车运行车速为２５km/h,同时增加粉尘粒 径和地面粉尘质量,为下一步实施降尘措施打下基础.

• 矿井水钠钾离子浓度对喷雾雾化特性影响研究

  郑豪,,高亚斌,,曹敬,,张少奇,

  优化喷雾雾化特性是提高矿井喷雾降尘效率的有效方 法.为研究矿井水 Na＋ 、K＋ 离子浓度对其雾化特性的影响,提高矿井粉尘治理效果,采用表面张力测量仪和激光粒度测 试系统表征不同矿井水的表面张力和雾化特性,分析矿井水 中 Na＋ 、K＋ 离子浓度引起的表面张力差异及其对雾化特性 的影响.结果表明:低离子浓度条件下,矿井水表面张力与 其 Na＋ 、K＋ 离子浓度呈正相关.在相同喷雾压力下,雾滴粒 径与表面张力成正相关,降低矿井水表面张力可提高降尘效 率;表面张力减小可延长雾化区分布范围,延长粉尘捕集范 围,增加粉尘沉降数量;雾场中各雾滴粒径随表面张力减小 而逐渐呈现均一性分布,这有利于提升雾滴对粉尘的润湿能 力.研究结果对优化喷雾雾化特性,提高喷雾降尘效率,促 进矿井水资源治理具有重要意义.

• 新型复合浆料喷涂系统研发与应用效果评价

  苏学友,孙志猛

  针对传统大型喷涂作业粉尘浓度高、工艺复杂、成本高 等问题,以黏土为主要基料、加入不同比例的水泥及工程纤 维制备新型复合喷涂浆料,并采用实验室的方法测定了该浆 料的气密性、抗弯曲性及黏度.研发出了新型复合浆料喷涂 系统,并对该系统的效果进行了评价.研究表明:(１)采用黏 土∶水泥∶添加剂∶工程纤维质量比为８４∶１４∶１．８５∶０．１５制成的新型复合喷涂浆料,具有良好的气密性与抗弯曲性 能,黏附性也较好,可用于井巷的喷涂;(２)新型复合浆料喷 涂系统喷射距离在１．５m 左右喷涂效果相对较好,回弹率仅 为０．０１％,作业现场的粉尘浓度均在１５mg/m３ 以内,相比 传统喷涂工艺,涂料回弹率和粉尘浓度分别降低了９９％和９３．３％,抑尘效果良好;(３)新型复合浆料喷涂工艺可有效堵 住漏风通道,缩短了漏风带宽度,抑制瓦斯与 CO 异常涌出,其粉料流量和有效流量都明显低于传统喷涂工艺,虽然该工 艺可以满足现场的基本作业效率需求,但与传统喷涂工艺相 比,在喷涂作业效率方面仍需提高.

• 高陡岩坡生态修复的智能灌溉设计与应用———以深圳某废弃采石场为例

  邹琼燕,刘杰,苏吉平

  在高陡岩质边坡的生态修复工作中,最大的问题是在 栽培完成后如何灌溉养护,以保证植物的成活,达到生态修 复的目的.设计出了一套全新的智能自循环渗透灌溉系统.该系统以太阳能为动力,收集净化区域内地表雨水和地下水 作为灌溉水,埋设湿度感应器实时掌控土壤状态,并及时反 馈给智能水电控制系统进行总体控制,最终通过高分子纳米 渗透管实现自动化精准灌溉.同时,灌溉水通过下渗和大气 蒸发降雨进行反向补给,实现了水资源的循环利用,节约了 宝贵的水资源.系统采用太阳能系统供电,无碳排放,契合 国家碳中和理念,绿色环保,清洁节能.工程实例显示１２个 月坡面植被覆盖率约达７０％,预测２０a维护和使用成本相 对传统灌溉方式降低了约９３％,生态修复效果良好,经济效 益显著,可以为类似废弃矿山高陡岩质边坡的生态修复工作 提供参考.

• 不同角度结构面岩体的爆破振动传播特性研究

  史春宇,张志鸿,周杰,岳星辰,杨凡杰,陈治

  为探讨岩体中不同角度结构面对爆破振动波传递的影 响,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)动力冲击试验装置,对预制结构面角度为３０°、６０°和９０°的岩样分别进行 SHPB动力冲击试验.基于试验结果,提出最大振速折减系数k 与 结构面角度关系的计算公式,并结合周盘沟隧道现场监测数 据对计算公式进行验证.结果表明:结构面角度为３０°时对 爆破振动波的衰减作用最为显著,随着结构面角度的增加,衰减作用逐渐减小;基于试验结果得到的最大振速折减系数 计算公式具有较高的拟合性;通过现场监测数据对计算公式 进行验证,计算结果与实际结果十分接近,表明计算公式具 有较强的适用性.研究结果可为地下工程爆破安全施工提 供指导和参考依据.

• 矿井火灾逃生 VR系统开发及人员心理负荷研究

  崔传波,宋志强,邓存宝

  为研究矿井突发火灾场景下个体心理负荷差异,基于３Dmax、Unity３D等工具开发具有教学模块以及火场逃生模 块并借助 HTC VIVE 设备运行的 VR 系统,进行了仿真逃 生试验,通过艾森克人格问卷了解被试者人格类型,采用生 理信号监测系统(PhysioLAB)监测被试者静息状态和应激 状态下心率、皮电、皮温以及呼吸率,并应用 SPSS２０．０软件 对应激前后的生理指标值进行显著性检验;采用 KＧ均值模 糊聚类算法探究两种人格类型被试者应激前后的心理负荷 差异性,引入应激反应水平指数(F 值)量化个体矿井火灾情 境下的应激反应水平.结果表明:相较于静息期,矿井突发 火灾情境下,被试者各项生理信号变化符合统计学中显著性 检验标准且皮电指标变化幅度最大,皮温指标变化幅度最 小;情绪型人格被试者心理负荷均高于稳定型人格被试者,应激反应水平弱于稳定型被试者.

• 地下矿山岩体质量分级三维可视化应用研究

  焦文宇,,廖文景,

  以某矿山勘探钻孔获得的岩体 RQD 值为基础,应用Surpac软件的三维建模可视化技术,通过三维块段估值计 算,构建了矿区岩体质量分级分区三维模型.统计分析岩体 质量 的 空 间 分 布 状 态. 结 果 表 明,矿 体 Ⅰ 级 岩 体 占 比２９．４％、Ⅱ级岩体占比４１．２％、Ⅲ级岩体占比２４．４％、Ⅳ级和Ⅴ级岩体仅占５％,在－２６０m 中段以上以Ⅱ、Ⅲ级为主,在－２６０m 中段以下以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主.根据岩体质量分级 结果,建议该矿区岩体质量Ⅲ级及以下的矿体回采采用进路 充填采矿法,Ⅰ、Ⅱ级岩体采用分段充填或阶段空场嗣后充 填采矿法,井下溜井或硐室布置根据岩体质量的空间分布避 开Ⅲ级以下的岩体,深部矿体回采的采场结构参数可以适当 加大,宽度为１５~１８ m,长度为 ４５~７５ m,阶段高度为 ６０ m.岩体质量分级分区三维模型可为矿山的生产建设提供 重要的指导.

• 基于改进加权引导滤波的煤矿井下图像除雾算法研究

  张延军,夏黎明

  针对暗通道先验理论在煤矿井下尘雾图像处理中出现 的图像失真、颜色偏暗、细节丢失等问题,提出了一种基于亮 暗通道先验理论的煤矿井下图像除雾算法.首先,融合暗、亮双通道先验知识,重构局部大气光;其次,分析双边滤波的 滤波特性,建立基于局部像素差值的改进加权引导滤波算 法;最后,利用暗通道大气光和原始图像的像素差值自适应 调节图像的整体亮度.试验结果表明,改进加权引导滤波算 法能够有效除去煤矿井下图像中的尘雾影响,与基于引导滤 波的 He算法和 RetinexＧMSR算法相比,本算法拥有较高的 平均梯度和标准方差,复原后的图像清晰度更高,单张图像 处理时间均低于１s,比 RetinexＧMSR 算法运行时间缩短了 近１/２.

• 复合捕收剂在低温反浮选铁矿石中的协同效应

  刘鸿,李颖,王舰,姜效军,马艺闻,张琦

  针对一种非离子型聚氧乙烯表面活性剂与酸值１６５、碘值 １１０ 的 脂 肪 酸 组 成 的 复 合 捕 收 剂,从 红 外 光 谱、矿 物Zeta电位测定、接触角的角度对复合捕收剂的协同效应进行 了研究.基于白云鄂博磁选铁矿高氟低硅的矿物特点开展 了一粗二精一扫闭路试验,得到品位６６．２５％的精矿,比现场 提高０．６３个百分点,精矿含氟量０．３８％,比现场降低１．９３个 百分点.红外光谱测试结果表明,复合捕收剂中 C—O 键可 以稳定地与活化后的萤石表面发生化学吸附;矿物 Zeta电 位测定表明,脂肪酸根离子与钙离子生成疏水的脂肪酸钙吸 附于萤石表面,促进矿物上浮;接触角测定表明,吸附复合捕 收剂后萤石的接触角由５０．５０°增大到７７．４３°,表明疏水性增 强,有利于萤石上浮.研究结果证明复合捕收剂对萤石有较 好的捕收效果,可为磁铁矿低温反浮选设计提供依据.

• 碱激发矿渣 金尾矿基泡沫混凝土的制备及其特性研究

  王大鹏,吴凯

  针对黄金尾矿堆存量大、处置困难、资源化利用率低等 问题,为实现矿山尾砂的资源化利用,将黄金尾矿替代传统 砂石骨料制备碱激发矿渣泡沫混凝土,并分析水灰比、稳泡 剂掺量、泡沫掺量和水玻璃模数对浆体流动性、干密度、导热 系数及抗压强度的影响规律.试验结果表明:水灰比从０．３增加至０．５的过程中,浆体流动度不断增加,干密度不断降 低,导热系数和抗压强度呈先增加后降低的趋势,当水灰比 为０．３５时,导热系数和抗压强度达最大值;０．１％~０．４％的稳 泡剂掺量对混凝土性能影响不显著;随着泡沫掺量的增加,混凝土结构形成大量连通孔,孔隙率增加,混凝土各性能均 呈不断降低趋势;水玻璃模数是改善混凝土性能的关键因 素,当水玻璃模数为１．６时,浆体流动度为１４９mm,干密度 为８７２kg/m３,导热系数为０．０８８ W/(m??K),试样的３d、７ d、２８d抗压强度分别为１０．１６,１４．６７,１８．８２MPa.